譯者 | 李睿

在快速發展的數字時代，DevOps已經成為重塑軟件開發格局的關鍵范例。DevOps這個術語源于“開發（Developmen）”和“運營（Operations）”的組合，它將這兩個歷史上孤立的功能集成到一個統一的方法中，專注于縮短軟件開發生命周期。因此，DevOps實踐促進了更快、更可靠的軟件發布，并促進了持續集成、持續交付和高可用性，增強了業務競爭力和靈活性。

然而，對提高效率和更健壯的交付過程的不斷追求產生了一種創新，這種創新對人們開發和交付軟件的方式產生了深遠的影響：容器化。容器化涉及封裝或打包軟件代碼及其所有依賴項，以便在任何基礎設施上統一一致地運行。這項非凡的技術不僅僅是DevOps世界的一個增量改進，也是一個重大的飛躍，改變了軟件開發和部署的操作效率。

本文將深入探討DevOps場景中容器化的變革力量，探討它的好處、挑戰及其對軟件開發未來的影響。

容器化的出現

隨著云計算時代的開始，開發人員處理軟件開發的方式發生了根本性的變化。伴隨這個時代的一個重大突破是容器化的概念。隨著企業努力解決管理多環境部署的復雜性和解決跨多個平臺的兼容性問題，容器化作為一種解決方案出現了。

基本知識

容器化是全機虛擬化的一種輕量級替代方案，它涉及到將應用程序與其操作系統一起封裝在容器中。它將應用程序與軟件運行所需的所有相關配置、依賴項、庫和二進制文件捆綁在一起。這個打包的單元（稱為容器）確保應用程序在多個計算環境中一致地運行。

用最簡單的術語來說，容器可以被視為一個盒子，其中包含了運行軟件所需的所有內容。每個容器都是一個獨立的單元，這意味著它不會干擾其他容器，也不依賴于特定的主機操作系統配置。容器固有的隔離性和可移植性使它們在DevOps場景中特別有價值，因為在DevOps場景中，跨不同環境的一致性、自主性和無縫功能至關重要。

簡而言之，容器化徹底改變了“一次寫入，在任何地方運行”的概念，為更快地開發應用程序、更有效地管理升級提供了機會，并減少了與管理不同平臺上的部署相關的成本和工作量。它在DevOps世界中的重要性才剛剛開始被真正理解和利用。

DevOps中的演進和接受

容器化并不是一個新概念；它起源于Unix世界，其中在chroot等技術中使用了隔離和分段原則。然而，2013年發布的Docker使容器化成為主流，并引發了軟件開發和運營的重大變革。

Docker使得通過容器創建、部署和運行應用程序的過程變得簡單而高效。它易于使用的命令行界面，龐大的開源社區，以及用于構建容器映像的Dockerfiles的引入，使Docker在開發人員和運維團隊中都很受歡迎。

Docker的推出恰逢微服務架構的興起。隨著企業從單一架構轉向微服務，對能夠有效管理這些單獨服務的技術的需求變得顯而易見。事實證明，容器提供了一種獨立分割和管理這些服務的方法，同時保持一致性，并減少開銷。

微服務的興起和Docker的引入引發了DevOps實踐中容器化的快速采用。專注于持續集成和交付、自動化和協作解決問題的DevOps在容器中找到了一個強大的工具。

Kube.NETes于2014年推出，它將容器化推進了一步，為跨主機集群的應用程序容器的自動化部署、擴展和管理提供了一個平臺。它為容器編排帶來了新的能力和靈活性，它與DevOps實踐的集成在推動容器化的接受和成功方面發揮了重要作用。

隨著開發人員不斷發展和完善軟件開發和操作實踐，容器化已經成為DevOps工具集的支柱，提供了前所未有的效率、可擴展性和一致性。

容器化對DevOps的影響

容器化已經成為DevOps領域的關鍵，有助于簡化流程和提高生產力。人們需要更深入地了解容器化的作用，并通過行業專業人士的視角了解它對DevOps的影響。

容器化的作用

正如KodeKloud公司的聯合創始人HuzAIfa Ahsan指出的那樣，容器化的主要好處在于“能夠將應用程序及其整個運行時環境捆綁在一起，將所有依賴項捕獲到一個可部署單元中”。這種捆綁解決了常見的“在我的機器上工作”問題，實現了整個開發、測試和生產階段的一致性。此外，由于應用程序運行所需的一切都包含在容器中，開發人員可以更專注于編寫出色的代碼，因為無論其環境如何，它都將按預期運行。

容器化還為軟件開發過程引入了高度的可移植性。捆綁的應用程序可以在不同的環境之間移動，無論是開發人員的本地機器、測試環境還是生產服務器，都不需要進行任何更改。這種可移植性使開發、質量保證（QA）和運維團隊之間的交互變得更加順暢，從而培養出一種更具協作性和效率的DevOps文化。

來自Durable Programming公司的David Berube指出了容器化在再現客戶端環境中的實用性：“讓Docker端到端參與進行，讓我們能夠以一種邏輯和可復制的方式有效地將開發機器與無數的客戶端生產環境相匹配。”這種說法強調了容器化在促進跨多個平臺和環境的可復制性和可預測性方面的強大功能。此外，它顯著地減少了以前管理和解決環境相關問題所需的時間和精力，從而加快了軟件開發過程。

通過促進一致性和可移植性，容器化已經深刻地影響了DevOps領域。它提高了軟件開發的速度和質量，并營造了一個有利于不同團隊之間無縫協作的環境。這種與DevOps哲學的內在一致性使得容器化成為當今軟件開發管道中不可或缺的一部分。

微服務和容器化

最近幾年見證了軟件開發的重大轉變，從單片應用轉向微服務架構。微服務架構涉及將應用程序分解為松散耦合的服務集合，每個服務都可以獨立開發、部署和擴展。容器化的出現極大地促進了這種轉變。

Ahsan指出：“通過容器化，我們已經成功地將單片應用程序劃分為微服務。”容器為管理和部署微服務提供了理想的環境，因為每個服務都可以與其依賴關系打包到單獨的容器中。這種方法允許每個服務隔離運行，防止級聯故障，并支持基于單個服務需求的獨立擴展。

通過將應用程序分解為更小的、可管理的部分，容器化不僅簡化了對代碼庫的理解和維護，而且還顯著地減少了潛在問題的范圍。例如，一個服務中的錯誤不會直接影響其他服務，任何有問題的服務都可以獨立更新或回滾，而不會影響應用程序的其余部分。

容器提供的封裝也使它們非常適合持續集成（CI）/持續交付（CD）管道，這是DevOps實踐的核心組件。每個微服務都可以在不中斷其他服務的情況下持續開發、測試和部署，從而促進更快的發布和更健壯的應用程序。

微服務和容器化之間的共生關系有助于推進DevOps模型。使用容器，開發人員可以構建和部署速度、敏捷性和可靠性更高的微服務，從而實現更有效的軟件交付流程，更好地響應業務需求。

Docker和Kubernetes在容器化中的作用

Docker和Kubernetes一直處于容器化革命的前沿，在將該技術集成到DevOps流程中發揮著關鍵作用。它們各自在管理和編排容器方面提供不同但互補的功能。

采用Docker簡化DevOps

Docker因其簡單、可用性和健壯的容器管理特性而成為容器化的代名詞。它允許開發人員將應用程序及其環境打包成一個獨立的、自給自足的單元，稱為Docker容器。

Docker對DevOps流程的實際影響是深遠的。Berube說:“通過將Nix和Docker作為我們測試、開發和生產的黃金標準，我們可以經濟有效地幫助客戶實現開發實踐的現代化，而不必強迫他們采用專有技術。”Docker與平臺無關的特性確實使得創建反映生產環境的統一開發環境成為可能，從而導致更少的意外和更順暢的部署。

Docker還與許多流行的DevOps工具無縫集成，使其成為完美適應現有工作流的通用解決方案。此外，它還有助于在整個軟件交付生命周期（從開發人員的工作站到生產環境）中維護應用程序的一致性。這種一致性顯著地降低了與應用程序部署和維護相關的復雜性，促進了更高效和有效的DevOps文化。

Docker的容器化方法使得應用程序的開發、發布和運行更加簡化和直接。使用Docker，開發團隊可以享受增強的控制和可預測性，從而在他們的DevOps過程中提高效率和生產力。

在容器化中利用Kubernetes

Docker已經徹底改變了容器的創建和部署，而Kubernetes已經成為管理這些容器的黃金標準，尤其是在規模上。Kubernetes是一個容器編排平臺，可以自動部署、擴展和管理跨服務器集群的容器化應用程序。

Ahsan簡明扼要地總結了Kubernetes的作用：“Kubernetes是一個容器編排平臺，它與Docker配合得很好，使我們能夠自動化應用程序的部署、擴展和管理。”Kubernetes可以跨多個服務器處理數百個Docker容器，使其成為大型分布式應用程序的理想工具。

Kubernetes提供了幾個重要的特性來增強容器化的好處。例如，它提供了自動裝箱、水平擴展、自動轉出和回滾、服務發現和負載平衡。此外，Kubernetes確保應用程序的故障轉移，這意味著如果容器或節點發生故障，Kubernetes可以自動替換它，以保持服務順利運行。

在DevOps場景中，Kubernetes最有價值的方面之一是它能夠隨時間維護應用程序狀態，而不受容器生命周期的影響。它使DevOps團隊能夠管理服務而不是管理單個容器，從而促進持續集成(CI)/持續部署/(CD)、日志記錄和監控，這些都是成功DevOps實踐的關鍵組成部分。

憑借大規模管理復雜應用程序的能力，Kubernetes增強了容器化的能力，并使其與DevOps的原則保持一致。通過自動化部署和擴展容器化應用程序所涉及的許多人工過程，Kubernetes已經成為DevOps工具庫中必不可少的工具。

實施容器化的挑戰與解決方案

雖然容器化提供了許多好處，并且是DevOps工具包中的一個強大工具，但它并非沒有挑戰。實現容器化需要深思熟慮的方法，克服其挑戰需要對技術及其前景有深入的了解。

共同的挑戰

• 復雜性：實施容器化，尤其是大規模容器化可能會很復雜。它需要對容器化的應用程序和底層技術都有深刻的理解。此外，了解如何使用Kubernetes創建Docker映像、管理Dockerfiles或編排容器，對于容器化的新手來說可能是一個陡峭的學習曲線。
• 安全性：容器共享主機系統的內核，如果容器被泄露，可能會帶來安全風險。此外，如果沒有適當的管理和更新，應用程序或其綁定在容器中的依賴項中的漏洞可能會被利用。
• 網絡：容器化環境中的網絡可能會帶來復雜性。有必要配置跨不同主機的容器之間的通信，處理容器的動態IP地址，并管理向外部世界公開服務，所有這些都可能具有挑戰性。
• 監控和記錄：由于容器的瞬態特性，傳統的監控和記錄工具可能無法在容器化環境中有效工作。由于容器經常被停止、啟動或移動，跟蹤它們的性能和日志可能會有問題。
• 數據管理：容器本質上是短暫的，這意味著它們可以在任何時候啟動或停止。在處理持久數據存儲和確保跨各種容器和會話的數據一致性時，這可能會帶來問題。
• 資源管理：過度使用資源會導致性能問題，而資源利用不足會導致操作效率低下。要達到適當的平衡，需要仔細管理和理解容器化環境中的資源分配。

學習曲線和初始挑戰

向容器化環境的過渡并不是一項簡單的任務，特別是對于新接觸該技術的團隊。理解和實現容器化需要一個初始的學習曲線。正如Berube所指出的，即使是像Dockerfiles這樣基本的構建文件也會帶來挑戰。他說，“雖然理論上說這種情況不應該發生，但經驗表明，在實踐中，Dockerfiles可以像其他代碼一樣及時停止工作——它們可能非常依賴于其他文件或圖像，這些文件或圖像會及時發生變化。”

Dockerfile本質上是一個腳本，其中包含如何構建Docker鏡像的說明。在理想情況下，它應該被設計成自包含的，而不是依賴于可以隨時間變化的文件或圖像。然而，軟件開發的現實意味著依賴關系和配置可以而且確實會改變，而這些改變會影響Dockerfiles的可靠性。因此，它需要仔細的管理和版本控制，就像任何其他代碼一樣。

此外，了解如何使用Kubernetes管理容器增加了另一層復雜性。Kubernetes是一個功能強大的編排工具，但它豐富的特性和功能可能會讓新手感到不知所措。學習定義Kubernetes對象、設置集群和處理Kubernetes網絡是團隊可能面臨的最初挑戰之一。

重要的是要記住，這些最初的障礙并非不可克服。通過充分的培訓、可靠的文檔和增量采用，團隊可以克服這些挑戰，并在他們的DevOps實踐中獲得容器化的好處。

解決技術復雜性

克服實現容器化的技術挑戰需要創造性地解決問題，利用工具的內置功能，并可能結合第三方解決方案。以下是一些應對這些復雜性挑戰的策略：

• 處理持久數據：如上所述，容器是短暫的，并且跨容器重啟管理持久數據可能具有挑戰性。然而，Ahsan提供了一個出色的解決方案。他說，“我們利用了Kubernetes中的持久卷特性，還探索了第三方解決方案來維護跨容器重啟的數據持久性。”Kubernetes中的持久卷(PV)和持久卷聲明(PVC)提供了一種方法來聲明和管理獨立于容器的存儲資源，并確保數據在容器重啟后仍然存在。
• 為遺留軟件創建Docker鏡像：Dockerizing遺留軟件可能看起來令人生畏，特別是當現有的例子不再工作時。然而，正如Berube所建議的那樣，“如果可以讓軟件編譯，可以為它創建一個Docker鏡像——即使遺留軟件的例子可能不再工作，也可以創建一個沒有太多麻煩的解決方案，假設仍然可以找到一種方法讓有問題的軟件編譯。”當然，這種方法需要對軟件和Docker有深入的了解，但它表明了即使在復雜的遺留環境中也可以應用容器化。
• 安全與網絡：利用容器化工具的內置安全特性和網絡策略可以解決許多相關風險。例如，Docker提供了用戶名空間、seccomp配置文件和功能等安全特性，而Kubernetes提供了網絡策略來控制IP地址或端口級別的流量。
• 監控和日志記錄：采用特定于容器的監控和日志記錄工具可以簡化這些任務。諸如用于監控的Prometheus和用于日志聚合的Fluentd或Loki等工具旨在處理容器的動態特性，并提供有關容器性能的有價值的見解。

當這些策略與對容器化環境和應用程序的特定需求的深入理解相結合時，可以幫助解決在DevOps實踐中實現容器化的技術復雜性。

結論

容器化已經成為軟件開發和DevOps領域的游戲規則改變者。它的影響力怎么強調都不為過，因為它從根本上改變了人們開發、部署和管理應用程序的方式。從創建跨環境的一致性到促進微服務架構，再到提高部署的速度和可靠性，容器化給DevOps帶來了巨大的好處。

Docker和Kubernetes是容器化領域的兩大領先工具，它們在實現這些優勢方面發揮了重要作用。Docker將應用程序及其整個運行時環境捆綁到一個可部署單元的能力，以及Kubernetes大規模有效管理這些容器的能力，極大地簡化了DevOps流程。

然而，采用容器化的過程并非沒有挑戰。最初的學習曲線、處理與持久數據、安全性、網絡和監視相關的復雜性是團隊經常面臨的障礙。正如人們所看到的，這些挑戰可以通過內置工具特性、第三方解決方案和可靠的技術策略的組合來解決和克服。

展望未來，容器化在DevOps中的作用只會變得更加突出。隨著應用程序的復雜性和規模不斷增加，對提高效率、一致性和可擴展性的解決方案的需求也將增加。容器化以其固有的優勢，準備好滿足這些需求并推動DevOps的未來。

通過不斷發展和適應不斷變化的軟件開發環境，容器化將仍然是現代DevOps實踐的基石，使開發團隊能夠在未來幾年更快、更可靠地交付更好的軟件。

原文標題：Redefining DevOps: The Transformative Power of Containerization，作者：Samir Hazra