Los contenedores han revolucionado la forma en que se crean, implementan y administran las aplicaciones, haciendo que el desarrollo de software sea más fácil, rápido y eficiente. Con su capacidad de permitir que las aplicaciones se ejecuten de manera consistente en diferentes entornos informáticos, los contenedores se han convertido en una tecnología popular en la orquestación de la computación en la nube.
Los contenedores son unidades de software ejecutables y autónomas que empaquetan el código de la aplicación junto con todas sus dependencias, incluidas bibliotecas, marcos y archivos de configuración. Las aplicaciones en contenedores se ejecutan de manera consistente y confiable en cualquier entorno informático, ya sea un escritorio, un centro de datos tradicional o una plataforma en la nube.
Centro Infra explica qué son los contenedores, cómo funcionan y para qué sirven. Además, exploramos conceptos clave que incluyen la importancia de un motor de contenedores y el proceso de orquestación de contenedores. Finalmente, Centro Infra analiza las ventajas y desventajas de los contenedores, junto con los servicios de contenedores administrados de los principales proveedores de servicios en la nube (CSP) como Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure y Google Cloud.
¿Qué son los contenedores?
Los contenedores surgieron como una solución a los desafíos de implementar y administrar aplicaciones, de manera consistente y eficiente, cuando se trasladan de un entorno informático a otro. Por ejemplo, a lo largo de su ciclo de vida, una aplicación tiene que pasar de un entorno de desarrollo y prueba a un entorno de producción. Es posible que también deba migrar desde un servidor físico local a la nube pública. Como tal, es difícil garantizar que la aplicación se ejecute sin problemas en cada uno de estos entornos potencialmente diferentes, y pueden surgir inconsistencias e incompatibilidades.
La contenedorización es una técnica estandarizada que coloca una aplicación o servicio junto con todas sus dependencias, como versiones específicas de componentes de tiempo de ejecución (intérpretes de idiomas, bibliotecas y herramientas del sistema), necesarias para ejecutar la aplicación en un paquete ejecutable independiente llamado contenedor.
Los contenedores resuelven problemas relacionados con discrepancias de versiones y dependencias abstrayendo aplicaciones del entorno en el que se ejecutan. Proporcionan un entorno virtualizado que incluye todas las herramientas del sistema, bibliotecas y configuraciones de aplicaciones necesarias para que las aplicaciones se ejecuten. Esta técnica permite que aplicaciones y servicios se ejecuten en cualquier entorno informático y en cualquier infraestructura que admita contenedores. Hace que los contenedores sean ideales para la computación en la nube, donde las aplicaciones deben implementarse, escalarse y administrarse en Múltiples servidores y entornos (es decir, nube pública, nube privada, nube híbrida, y multinube).
¿Cuál es la diferencia entre un contenedor y una máquina virtual (VM)?
Los contenedores a menudo se comparan con máquinas virtuales (VM), como las que ofrece VMware, ya que ambos son unidades únicas y portátiles de computación empaquetadas. Sin embargo, son muy diferentes y resuelven problemas diferentes.
A diferencia de las máquinas virtuales, los contenedores no tienen su propia instancia separada de un sistema operativo (SO) con asignación de recursos dedicados. En cambio, comparta el sistema operativo host, mientras que los recursos se pueden asignar de forma dinámica y eficiente según las necesidades de la aplicación. En consecuencia, se pueden implementar varios contenedores en un servidor independientemente de sus limitaciones de hardware.
En otras palabras, las máquinas virtuales abstraen un sistema operativo del servidor físico, mientras que los contenedores abstraen aplicaciones del sistema operativo subyacente. De manera similar a cómo los hipervisores de VM virtualizan el hardware para alojar múltiples sistemas operativos aislados, un motor de contenedor virtualiza el sistema operativo para hospedar múltiples aplicaciones aisladas (virtualización a nivel de sistema operativo). De hecho, los contenedores pueden ejecutarse sobre máquinas virtuales, lo que proporciona una capa adicional de abstracción y aislamiento.
Los contenedores también son naturalmente más livianos que las máquinas virtuales, ya que no empaquetan una imagen del sistema operativo ni requieren recursos estáticos. Están diseñados específicamente para ejecutar una aplicación y empaquetar solo la cantidad mínima absoluta de datos y ejecutables necesarios. Al ser livianos y eficientes, los contenedores se adaptan mejor a los enfoques modernos de desarrollo e implementación, como DevOps, microservicios y computación sin servidor.
Por el contrario, las VM proporcionan un mayor nivel de aislamiento y seguridad, ya que tienen su propio sistema operativo y recursos dedicados. Esto los hace más adecuados para entornos e industrias sujetos a un estricto cumplimiento normativo. Al proporcionar una virtualización completa del hardware subyacente, las máquinas virtuales también son una alternativa viable para ejecutar aplicaciones que requieren acceso directo a hardware o interfaces de red específicas.
¿Cómo funcionan los contenedores?
Los contenedores aprovechan la virtualización a nivel del sistema operativo, lo que permite que múltiples instancias de tiempo de ejecución aisladas (contenedores) se ejecuten en un único host, compartiendo su sistema operativo (SO) y otros recursos. El proceso de creación de contenedores comienza con la creación de una imagen de contenedor, que contiene toda la información necesaria para ejecutar un contenedor, como el código de la aplicación, el sistema operativo y otras dependencias (bibliotecas, marcos y archivos de configuración).
OCI (Open Container Initiative) es un proyecto de la Fundación Linux que proporciona estándares industriales abiertos para imágenes de contenedores y garantiza la compatibilidad e interoperabilidad entre diferentes tecnologías y sistemas de contenedores. El formato de imagen Docker, el formato de imagen de contenedor más utilizado, también cumple con las especificaciones de imagen de contenedor OCI.
La imagen del contenedor se almacena en un repositorio, como Docker Hub. Las imágenes almacenadas se pueden extraer y ejecutar en cualquier host que tenga un motor de contenedor, como Docker, rkt (pronunciado “rocket”) y LXD (Linux Container Daemon). El motor del contenedor se ejecuta en el host del contenedor (por ejemplo, una computadora física o un servidor en la nube) y descarga la imagen del contenedor e inicia una nueva instancia de la misma. Un contenedor, en contenedorización, es esencialmente una imagen de contenedor que ha sido iniciada o ejecutada por el motor de contenedor.
Los contenedores están completamente aislados de su host y de otros contenedores que se ejecutan en el mismo host. Una vez que el motor del contenedor comienza a ejecutar un contenedor y el código de la aplicación empaquetada, cualquier cambio realizado en el contenedor, como las actualizaciones del sistema de archivos, no afectará al host del contenedor ni a otros contenedores. Esta capacidad de proporcionar abstracción entre los sistemas operativos nativos o el proveedor de nube nativo y la aplicación y los datos que definen la solución empresarial permite la portabilidad, que fue el punto de venta inicial de los contenedores. Sin embargo, la contenedorización puede proporcionar mucho más que interoperabilidad y portabilidad.
¿Para qué se utilizan los contenedores?
Los contenedores generalmente brindan un buen soporte a la comunidad de desarrollo durante el cambio a la computación en la nube, lo que permite mover aplicaciones entre diferentes entornos de desarrollo, prueba y producción. Además, los contenedores complementan la arquitectura de microservicios, permitiendo a los desarrolladores dividir aplicaciones monolíticas en componentes más pequeños, más manejables y reutilizables.
Además, los contenedores pueden proporcionar un entorno de ejecución mejorado para aplicaciones que pueden ser mejores que un sistema operativo estándar, incluida la capacidad de agrupar contenedores utilizando plataformas de orquestación de contenedores, como Kubernetes. La agrupación en clústeres permite implementar y administrar contenedores en múltiples hosts o nodos de manera coordinada, de modo que funcionen como una sola unidad. Esto garantiza una mejor disponibilidad, escalabilidad y gestión de recursos.
La mayoría de las empresas ahora eligen la orquestación de contenedores y la agrupación en clústeres para crear nuevas aplicaciones en la nube, así como para rediseñar y reconstruir aplicaciones para entornos de nube pública.
Motor de contenedores y orquestación de contenedores
Los motores de contenedores y las plataformas de orquestación son los componentes claves que permiten la contenedorización para el desarrollo y la implementación de aplicaciones modernas. Los contenedores y la orquestación de contenedores se refieren en gran medida a los contenedores estilo Docker y a la orquestación de contenedores Kubernetes.
Motor de contenedor
Un motor de contenedores, también conocido como tiempo de ejecución de contenedores o administrador de contenedores, es una plataforma de software que gestiona todo el ciclo de vida (creación, gestión y ejecución) de contenedores. Se implementa en un sistema operativo host y proporciona la funcionalidad de bajo nivel necesaria para administrar contenedores y los recursos subyacentes, como CPU, memoria y almacenamiento.
Ejemplos de motores de contenedores populares incluyen Docker, rkt y LXC (Linux Containers)/LXD (Linux Container Daemon).
Acoplador
Docker proporciona una plataforma como servicio (PaaS) que permite a los usuarios ejecutar aplicaciones en contenedores en un escritorio de una manera simplificada y estandarizada. Docker Engine es el componente principal de la plataforma Docker. Es el motor de contenedores líder en el mercado y muchas plataformas en la nube incluyen servicios que admiten contenedores Docker. Básicamente, es una herramienta de creación de contenedores que proporciona una interfaz de programación de aplicaciones (API) y una interfaz de línea de comandos (Cliente Docker) para permitir a los usuarios ejecutar y administrar contenedores Docker.
Los contenedores Docker son muy portátiles y se pueden ejecutar en varias plataformas, incluidas Linux, Windows y macOS.
Orquestación de contenedores
El término orquestación de contenedores se refiere principalmente al ciclo de vida completo de la gestión de contenedores en entornos dinámicos como la nube, donde las máquinas (servidores) van y vienen según sea necesario. La orquestación de contenedores brinda la capacidad de ejecutar muchos contenedores similares o diferentes en clústeres para brindar una mejor escalabilidad y flexibilidad.
Las plataformas de orquestación de contenedores se basan en motores de contenedores y brindan funcionalidad adicional para administrar y coordinar la implementación, el escalamiento y la administración de múltiples contenedores como una sola unidad. Esto incluye tareas como programar contenedores en múltiples hosts, administrar recursos de red y almacenamiento y garantizar que los contenedores tengan alta disponibilidad y se recuperen sin problemas en caso de falla.
Ejemplos de plataformas populares de orquestación de contenedores incluyen Kubernetes, Docker Swarm y Apache Mesos. Juntos, los motores de contenedores y las plataformas de orquestación permiten el uso de contenedores al proporcionar las herramientas y la infraestructura necesaria para crear, administrar e implementar aplicaciones en contenedores a escala.
Kubernetes
Kubernetes, también conocido como K8, es un sistema de orquestación de contenedores de código abierto que se utiliza para controlar grupos de contenedores. Utilice sistemas de agrupación y orquestación de contenedores que pueden lanzar, administrar y destruir contenedores con facilidad en cualquier cantidad de plataformas. Kubernetes proporciona funciones que incluyen implementación y escalado automatizado de contenedores, equilibrio de carga, autorreparación y recuperación automática.
En términos más generales, Kubernetes se ha convertido en el estándar de facto para la orquestación de contenedores y se utiliza ampliamente en el desarrollo e implementación de aplicaciones modernas, especialmente para aplicaciones nativas de la nube. Puede ejecutarse en la mayoría de las plataformas y nubes y admite múltiples tiempos de ejecución de contenedores, incluido Docker.
Ventajas y desventajas de los contenedores
Ventajas de los contenedores
Las ventajas de los contenedores son aislamiento y seguridad, portabilidad, diseño liviano, utilización de recursos, reutilización y soporte, y resiliencia y escalabilidad.
1) Aislamiento y Seguridad
Altar empaquetar todo lo que una aplicación necesita en un contenedor, se aísla la aplicación del servidor en el que se ejecuta. Esto da como resultado un aislamiento a nivel de proceso, lo que significa que los procesos que se ejecutan en un contenedor no pueden interferir con los procesos que se ejecutan fuera del contenedor o en otros contenedores. De manera similar, cada contenedor está limitado a la cantidad de CPU, memoria y otros recursos que se le asignan.
Cada contenedor también puede tener su propia política de seguridad y controles de acceso, lo que permite que los contenedores se ejecuten con diferentes niveles de seguridad. Las vulnerabilidades y fallas en un contenedor no afectan a otros contenedores ni al host subyacente en su mayor parte.
2) portabilidad
Los contenedores pueden ejecutarse en cualquier lugar, en máquinas virtuales (VM) o servidores físicos, en las instalaciones o en la nube. Incluyen todas las dependencias que las aplicaciones en contenedores necesitan para ejecutarse, lo que hace que las aplicaciones sean independientes de la plataforma y portátiles en todos los entornos informáticos. Esta portabilidad es el beneficio clave de la contenedorización, ya que elimina el riesgo de dependencia de un proveedor o proveedor.
3) Diseño liviano
Los contenedores comparten el sistema operativo (SO) host en lugar de ejecutar su propia instancia de un sistema operativo. Esto las hace más livianas, más rápidas de iniciar y eficientes en cuanto a recursos en comparación con las máquinas virtuales (VM). Los contenedores están diseñados para ser efímeros y desechables, lo que los hace perfectos para entornos dinámicos de nube.
4) Utilización de recursos
Los contenedores proporcionan una forma altamente eficiente de administrar y utilizar recursos, en comparación con las máquinas virtuales tradicionales y los servidores bare metal. Más específicamente, los contenedores no requieren un sistema operativo completo ni una capa de virtualización de hardware, lo que significa que no tienen que replicar los mismos recursos para cada instancia. Los contenedores solo utilizan los recursos que absolutamente necesitan para funcionar y pueden activarse y destruirse rápidamente según sea necesario para evitar el desperdicio de recursos.
5) Reutilización y soporte
Los contenedores tienen un gran ecosistema de proveedores externos para todo, incluidos sistemas de seguridad, bases de datos, sistemas de gobernanza y sistemas operativos. Al ser reutilizable y frecuente, los desarrolladores casi siempre pueden encontrar una solución para sus requisitos únicos, en lugar de construir todo desde cero.
6) Resiliencia y escalabilidad
Los contenedores se pueden replicar o clonar fácilmente en múltiples nodos y clústeres para lograr escalabilidad y resiliencia. La plataforma de orquestación de contenedores puede redirigir automáticamente el tráfico a contenedores de respaldo para mantener las aplicaciones disponibles incluso si uno o más nodos fallan. De manera similar, las plataformas de orquestación de contenedores pueden crear nuevos contenedores a medida que aumentan la demanda y destruirlos cuando ya no sean necesarios. De esta manera, las aplicaciones en contenedores pueden manejar distintos niveles de tráfico.
Desventajas de los contenedores
Las desventajas de los contenedores son la sobreaplicación, el costo, la complejidad operativa y la falta de habilidades.
1) Sobreaplicación
Los contenedores, como cualquier otra tecnología, no son adecuados para todas las aplicaciones. Específicamente, es posible que las aplicaciones con dependencias únicas o personalizadas, alto consumo de recursos o necesidades de rendimiento en tiempo real no puedan tolerar los costos generales de la contenedorización. Las organizaciones necesitan analizar sus sistemas antes de colocarlos en contenedores. Por ejemplo, buscar la portabilidad cuando es poco probable que la aplicación se mueva de su plataforma actual es inútil.
2) Costo
Las organizaciones suelen subestimar la cantidad de tiempo y dinero necesarios para trasladar las aplicaciones existentes a un contenedor. El costo de aprovechar los contenedores incluye el costo de desarrollo, implementación y operaciones. Las empresas pueden terminar gastando cantidades excesivas de tiempo y dinero en crear o mover aplicaciones en contenedores.
3) Complejidad operativa
Los contenedores aportan una complejidad adicional, lo que significa que las organizaciones necesitan herramientas de abstracción y automatización para gestionarlos de forma eficaz. Esto puede resultar problemático para las organizaciones que necesitan operar contenedores y sistemas de orquestación de contenedores, además de sus plataformas y herramientas existentes para aplicaciones heredadas.
4) Brecha de habilidades
Crear correctamente soluciones en contenedores requiere capacitación y experiencia para aprovechar la tecnología adecuada para escenarios únicos. Cuando las organizaciones no pueden encontrar el talento adecuado, pueden optar por conformarse con desarrolladores y diseñadores poco calificados o retrasar por completo el cambio a contenedores. Cualquiera de estas opciones puede generar costos y riesgos adicionales.
Servicios de contenedores en la nube
Los contenedores proporcionan una tecnología eficaz de desarrollo e implementación para la nube, que a su vez promueve el uso de plataformas de computación en la nube. De hecho, el movimiento “nativo de la nube” se basó en gran medida en contenedores, orquestación de contenedores (Kubernetes) y microservicios – todas tecnologías estrechamente acopladas.
El objetivo principal de aprovechar los contenedores en la nube es evitar el bloqueo de la nube y la plataforma. Los contenedores y los servicios de orquestación de contenedores realizan el trabajo pesado del procesamiento de aplicaciones y utilizan las plataformas subyacentes para proporcionar únicamente servicios de plataforma primitivos, como computación, almacenamiento, redes, bases de datos y seguridad. Bajo esta arquitectura, las plataformas subyacentes, en particular los proveedores de nube pública, ya no están en el centro de la arquitectura, sino que son solo proveedores de servicios de computación y almacenamiento.
Orquestadores de contenedores por parte de proveedores de servicios en la nube
Todos los principales proveedores de servicios en la nube (CSP) ofrecen orquestadores de contenedores y admiten motores de contenedores y plataformas de orquestación líderes para permitir a las organizaciones implementar y administrar aplicaciones en contenedores sin tener que supervisar la infraestructura subyacente.
A continuación se muestran ejemplos de orquestadores de contenedores proporcionados por Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure y Google Cloud:
Servicios web de Amazon (AWS)
Las organizaciones pueden utilizar Amazon Elastic Container Service (ECS) o Amazon Elastic Kubernetes Service (EKS) para organizar enjambres de contenedores Docker en AWS utilizando recursos de Amazon Elastic Compute Cloud (EC2).
- Amazon ECS: servicio de orquestación de contenedores totalmente administrado que admite contenedores Docker
- Amazon EKS: servicio Kubernetes totalmente gestionado
MicrosoftAzure
- Azure Kubernetes Service (AKS): servicio de orquestación de contenedores de Kubernetes totalmente administrado
- Azure Container Instances (ACI): servicio de alojamiento de contenedores sin servidor que admite múltiples motores de contenedores, incluidos Docker y Open Container Initiative (OCI).
- Azure Service Fabric: plataforma de sistemas distribuidos para implementar y administrar microservicios y contenedores escalables, altamente disponibles y confiables.
Nube de Google
- Google Kubernetes Engine (GKE): servicio Kubernetes totalmente gestionado
