Обзор Docker

• Что такое Docker 
• Для чего нужен Docker
• Архитектура Docker 
• Принцип работы Docker
• Docker vs. виртуальные машины: в чем разница
• Плюсы и минусы использования Docker 
• Как работать с Docker
• Выводы

Современная разработка постоянно стремится к ускорению релизов, экономии ресурсов и удобству масштабирования. Именно в таких условиях появляются инструменты, которые не только облегчают работу программистов, но и задают тенденции на годы вперед. 

В этой статье расскажем, что такое Docker и зачем он нужен. 

Что такое Docker 

Docker — это технология с открытым исходным кодом, которая позволяет «упаковать» приложение вместе со всеми зависимостями в так называемый контейнер. Внутри него создается предсказуемая среда: система библиотек, настройки, служебные утилиты и всё, что требуется для запуска приложения. 

Такой подход работает на любой операционной системе, где установлен Docker (Windows, Linux, macOS), потому что контейнер не привязан жестко к характеристикам хостовой машины.

Docker эффективно использует возможности ядра операционной системы, чтобы одновременно запускать несколько контейнеров в одной среде. Каждый контейнер получает свою часть ресурсов, но при этом не мешает другим. Для разработчиков это упрощает процесс создания и доставки приложений, так как все уже упаковано и настроено под нужные параметры.

Для чего нужен Docker

Docker упрощает работу разработчиков, тестировщиков и DevOps-специалистов. Его основная цель — сделать запуск, перенос и масштабирование приложений максимально удобными. 

Он полезен, если нужны:

• Универсальность и портативность. Главная причина популярности Docker — возможность переносить контейнер с одного сервера на другой без необходимости подстраиваться под уникальное окружение каждой машины. Разработчик может быть уверен, что если приложение корректно работает у него на локальном компьютере, то оно будет работать и на тестовом сервере, и в продакшене — при условии, что везде установлен Docker.
• Ускорение процессов разработки и тестирования. С Docker каждая команда разработчиков может быстро создавать новые экземпляры окружения, не занимая лишние ресурсы и не рискуя сломать что-то у других. Это упрощает написание тестов и позволяет автоматически проверять работоспособность приложения в стабильном, изолированном контейнере. В итоге становится легче поддерживать высокое качество кода и устранять ошибки еще на ранних этапах.
• Надежное развертывание микросервисов. При переходе от монолитной архитектуры к микросервисам появляется много независимых сервисов, каждый со своими зависимостями и требованиями к окружению. Docker помогает запускать каждый сервис в собственном контейнере, сохраняя его конфигурацию отдельно от остальных. Если в одном микросервисе нужно обновить библиотеку или внести изменения в код, это не нарушит работу других. Таким образом, новые версии сервисов разворачиваются быстрее и безопаснее, а общее приложение остается стабильным.
• Автоматизация и CI/CD. Один из ключевых сценариев использования Docker — интеграция с системами непрерывной интеграции (CI) и непрерывного развертывания (CD). С его помощью можно выстроить конвейер: разработчик вносит изменения в код, система автоматически собирает Docker-образ, тестирует его и, при успехе, разворачивает на сервере. Такой подход существенно снижает риск человеческого фактора и экономит массу времени.
• Удобство управления ресурсами. Контейнеры потребляют меньше ресурсов, чем полноценные виртуальные машины, что упрощает масштабирование и дает возможность эффективно распределять нагрузку. Взаимодействие с хост-системой происходит только через Docker-демон, который следит за тем, чтобы контейнеры получали нужные ресурсы и не мешали друг другу. Но о нем поговорим позже.
• Экономия и гибкость при тестировании. Благодаря Docker можно поднять тестовые окружения даже на машинах со скромными характеристиками. Нет необходимости покупать дополнительное железо или настраивать полноценные виртуальные машины: вы просто запускаете нужное количество контейнеров там, где установлен Docker. При этом нагрузка на основной сервер снижается, а тестирование становится более гибким: сегодня вы проверяете одно приложение, завтра другое — и все это без сложных перенастроек системы.
• Упрощенная миграция и поддержка. С Docker переезд на другие сервера или обновление оборудования тоже перестанет быть проблемой. При наличии Docker-образа вы можете быстро разворачивать нужное окружение где угодно. Так вы упростите себе не только масштабирование инфраструктуры, но и регулярное обслуживание контейнеров.

Архитектура Docker 

Docker построен по модульному принципу и включает несколько ключевых компонентов, которые работают вместе для создания, управления и запуска контейнеров. 

Рассмотрим каждый из них.

Docker Host 

Docker работает поверх операционной системы хост-машины. Это может быть сервер или рабочая станция, на которой установлен Docker. Хост управляет контейнерами и предоставляет доступ к вычислительным ресурсам, таким как процессор, оперативная память и файловая система.

Демон Docker  

Демон — это фоновая служба, управляющая контейнерами, образами, сетями и хранилищами данных. Демон принимает команды от клиента Docker и выполняет их. Без него работа Docker невозможна.

Клиент Docker 

Клиент — это интерфейс для взаимодействия с демоном. Чаще всего используется командная строка, но есть и графические клиенты. Клиент отправляет команды демону, который их обрабатывает.

Образ Docker 

Образ — это неизменяемый шаблон, который содержит все необходимое для запуска контейнера: код приложения, зависимости, настройки окружения. Он представляет собой серию слоёв, где каждый слой вносит изменения в базовый образ. Из одного образа можно создать множество контейнеров.

Контейнер Docker

Контейнер — это запущенный экземпляр образа. Он работает изолированно, но использует ресурсы хостовой системы. Контейнеры легко создавать, копировать, останавливать и удалять.

Реестр образов Docker

Реестр — это хранилище для образов Docker. Существует публичный Docker Hub, где можно найти тысячи готовых образов, а также частные реестры для хранения собственных образов.

Dockerfile 

Докерфайл — это скрипт, который содержит инструкции по созданию образа. В нем описываются базовый образ, устанавливаемые пакеты, настройки и команды для работы контейнера.

Docker Compose 

Когда приложение состоит из нескольких контейнеров (например, фронтенд, бэкенд, база данных), удобно управлять ими с помощью docker-compose.yml. Он позволяет описать в одном файле все зависимости и связи между сервисами.

Принцип работы Docker

Docker использует виртуализацию на уровне операционной системы, позволяя контейнерам работать на общем ядре хостовой системы. В отличие от традиционных виртуальных машин, контейнеры не требуют отдельной операционной системы для каждого экземпляра, а используют только необходимые зависимости и библиотеки. 

Основа работы Docker — послойная файловая система, которая позволяет эффективно управлять образами и контейнерами. Каждый образ состоит из нескольких слоев, а каждый слой содержит изменения, внесенные в предыдущую версию. Такой подход экономит место и ускоряет развертывание, так как при обновлении нужно пересобирать только измененные слои, а не весь образ целиком.

Контейнеры Docker работают в изолированных пространствах, называемых namespace. У каждого контейнера своя файловая система, сетевой стек и процессы, что позволяет запускать несколько контейнеров на одной системе без конфликтов зависимостей. 

Для создания контейнера Docker используется файл-инструкция Dockerfile, в котором прописаны команды для установки нужного окружения, копирования файлов и запуска приложения. Сборка образа выполняется поэтапно, а полученный контейнер можно запустить на любой машине, где установлен Docker. Независимо от среды разработки или продакшена, контейнер всегда будет работать одинаково.

Docker vs. виртуальные машины: в чем разница

Разница между контейнеризацией и традиционной виртуализацией заключается в уровне изоляции. Виртуальные машины создают полные копии операционной системы, что требует значительных ресурсов и времени на загрузку. Контейнеры же работают в пределах существующего ядра, обеспечивая моментальный запуск и более эффективное использование вычислительных мощностей. 

Виртуальные машины подходят для запуска приложений, которым нужна строгая изоляция и полное управление операционной системой, например, при тестировании разных ОС или создании отказоустойчивых сред. Docker удобнее, если нужно быстро развернуть приложение с минимальными затратами ресурсов, например, в облаке или среде CI/CD. 

В итоге, контейнеризация эффективнее для масштабируемых, облачных и микросервисных решений, а виртуализация актуальна для задач, которые требуют полной независимости окружений.

Плюсы и минусы использования Docker 

Docker значительно упрощает работу с приложениями, делая их развертывание предсказуемым, а инфраструктуру — гибкой. Однако у контейнеризации есть и свои ограничения, особенно в сложных системах.

Плюсы:

• Изоляция и отсутствие конфликтов зависимостей. Каждый контейнер работает независимо от других, что исключает конфликты между библиотеками и версиями программ. 
• Быстрое развертывание и масштабируемость. Контейнеры запускаются за секунды, поскольку они не требуют загрузки отдельной ОС. Это ускоряет CI/CD-процессы, позволяет динамически управлять ресурсами и эффективно масштабировать приложения в облаке.
• Экономия ресурсов. В отличие от виртуальных машин, контейнеры не создают копию операционной системы, а используют общее ядро хостовой системы. Благодаря этому снижается нагрузка на процессор и оперативную память, что позволяет запускать больше сервисов на одном сервере.
• Гибкость и переносимость. Образы Docker можно легко перемещать между разными окружениями — локальным компьютером, тестовым сервером или облачной платформой. 
• Оптимизация хранения данных. Docker использует многослойную файловую систему, где каждый слой изменяет предыдущий. Если несколько контейнеров используют один и тот же образ, они не дублируют файлы, а обращаются к уже существующим данным.
• Интеграция с DevOps-инструментами. Docker хорошо сочетается с системами CI/CD, включая Jenkins, GitLab CI и GitHub Actions. 

Минусы:

• Ограничения из-за общего ядра ОС. Контейнеры зависят от ядра хостовой системы. А значит, нельзя, например, запустить Linux-контейнер на Windows без дополнительных решений вроде WSL2. 
• Сложность управления в больших системах. Если контейнеров становится слишком много, ими тяжело управлять вручную. В таких случаях нужны оркестраторы, например, Kubernetes, что усложняет инфраструктуру и требует дополнительных ресурсов.
• Проблемы с безопасностью. При работе с контейнерами важно следить за безопасностью образов. Если использовать публичные образы из Docker Hub без проверки, можно получить уязвимости или вредоносный код. Также неправильная настройка прав доступа может привести к утечке данных.
• Хранение данных внутри контейнера. По умолчанию контейнеры не сохраняют изменения после перезапуска. Для работы с постоянными данными необходимо использовать тома или подключаемые хранилища.

Как работать с Docker

Работа с Docker начинается с установки, настройки и базовых команд, которые позволяют управлять контейнерами и образами. Давайте посмотрим, как запустить Docker, какие инструменты использовать и с чего начать.

Установка Docker

Ранее мы уже рассказывали, как установить Docker на Ubuntu в руководстве «Как установить Docker на Ubuntu 22.04: инструкция», поэтому здесь повторяться не будем. Но, если вы хотите более простой способ, который подойдет разным операционным системам, то обратите внимание на Docker Desktop.

Docker Desktop — это графический клиент, который включает в себя все основные компоненты Docker и позволяет работать с контейнерами без необходимости использовать командную строку. Он поддерживается на Windows, macOS и Linux. В отличие от стандартного Docker Engine, который требует ручной настройки, Docker Desktop предоставляет удобный интерфейс, интеграцию с Kubernetes и возможность управлять локальными контейнерами в несколько кликов.

Создание контейнеров

Одна из ключевых команд при работе с Docker — docker run. Она позволяет запустить контейнер на основе определённого образа. Например, если вам нужен веб-сервер Nginx, достаточно выполнить:

Здесь -d указывает на запуск в фоновом режиме, а -p 8080:80 пробрасывает порт 80 контейнера на 8080 хостовой системы. Теперь веб-сервер будет доступен по адресу http://localhost:8080.

Чтобы увидеть запущенные контейнеры, используйте команду:

А чтобы остановить контейнер, пропишите:

Управление образами

Все контейнеры создаются на основе образов, которые можно скачать из Docker Hub или создать самостоятельно. 

Чтобы найти нужный образ, используйте команду:

Чтобы вывести список загруженных образов, выполните:

Чтобы скачать образа пропишите:

Чтобы создать собственный образ, нужно для начала написать Dockerfile, а затем воспользоваться командой:

Еще несколько полезных команд:

• docker rmi [название-образа] — удалит образ;
• docker inspect [название-образа] — выдаст информацию об образе;
• docker image prune -a — очистит неиспользуемые образы. 

Работа с Docker Compose

Если ваш проект состоит из нескольких сервисов (например, фронтенд, бэкенд, база данных), удобнее использовать Docker Compose. Он позволяет описывать всю инфраструктуру в одном файле docker-compose.yml, а затем запускать ее одной командой.

Пример файла для Node.js-приложения с базой данных PostgreSQL:

Запустить все сервисы можно командой:

Выводы

Docker уже давно стал стандартом для создания и развертывания контейнеров в самых разных средах — от небольших стартапов до крупных корпораций. Он помогает сокращать издержки при разработке, облегчает масштабирование и предлагает гибкость при настройке инфраструктуры. 

С Docker у специалистов появляется больше свободы при создании и развитии проектов: его экосистема богата инструментами, а сообщества, в которых легко найти помощь, растут с каждым днем. Если вы еще не пробовали контейнеры в деле, самое время начать.