O que é conteinerização?

Com melhor portabilidade e eficiência de recursos do que as máquinas virtuais (VMs), os contêineres se tornaram as unidades de computação padrão de aplicações nativas da nuvem modernas.

A conteinerização permite que os desenvolvedores criem e implementem aplicações com mais rapidez e segurança. Com métodos tradicionais, os desenvolvedores escrevem código em um ambiente de computação específico que, quando transferido para um novo local, geralmente resulta em bugs e erros. Por exemplo, isso pode acontecer quando um desenvolvedor transfere o código de um computador desktop para uma VM ou de um sistema operacional Linux para Windows. A conteinerização elimina esse problema ao agrupar o código da aplicação com os arquivos de configuração, bibliotecas e dependências relacionados necessários para sua execução. Esse único pacote de software ou "contêiner" é separado do sistema operacional hospedeiro. Portanto, ele é autônomo e se torna portátil, capaz de ser executado em qualquer plataforma ou nuvem, sem problemas.

O conceito de conteinerização e isolamento de processos já existe há décadas. No entanto, o surgimento em 2013 do Docker de código aberto, padrão do setor para contêineres com ferramentas de desenvolvimento simples e uma abordagem universal de empacotamento, acelerou a adoção dessa tecnologia. Hoje, as organizações estão cada vez mais recorrendo à conteinerização para criar novas aplicações e modernizar as aplicações existentes para a nuvem.

De acordo com um relatório da Forrester¹, 74% dos responsáveis pelas decisões de infraestrutura dos EUA afirmam que suas empresas estão adotando contêineres em uma plataforma como serviço (PaaS) em ambiente local ou na nuvem pública.

Os contêineres são "leves", o que significa que compartilham o kernel do sistema operacional da máquina e não exigem a sobrecarga de associar um sistema operacional em cada aplicação. Os contêineres são inerentemente menores em capacidade do que as VMs e exigem menos tempo de inicialização. Esse recurso permite que muito mais contêineres sejam executados com a mesma capacidade de computação de uma única VM. Esse recurso aumenta a eficiência do servidor e, por sua vez, reduz os custos com servidor e licenciamento.

O mais importante é que a conteinerização possibilita que as aplicações sejam "escritas uma vez e executadas em qualquer lugar" em ambientes de data center local, na nuvem híbrida e multinuvem.

Essa portabilidade acelera o desenvolvimento, evita o lock-in com o fornecedor de nuvem e oferece outros benefícios notáveis, como isolamento de falhas, facilidade de gerenciamento, segurança simplificada e muito mais.

O vídeo a seguir fornece mais explicações sobre conteinerização:

A arquitetura de conteinerização consiste em quatro camadas de componentes essenciais.

Os contêineres encapsulam uma aplicação como um único pacote executável de software que agrupa o código da aplicação com todos os arquivos de configuração, bibliotecas e dependências relacionados necessários para sua execução.

As aplicações em contêineres são "isoladas", o que significa que não são agrupadas em uma cópia do sistema operacional. Em vez disso, um mecanismo de contêiner ou tempo de execução de contêiner de código aberto (como o mecanismo de tempo de execução do Docker) é instalado no sistema operacional do hospedeiro e se torna o canal para que os contêineres compartilhem um sistema operacional com outros contêineres no mesmo sistema de computação.

Outras camadas de contêiner, como binários comuns (bins) e bibliotecas, podem ser compartilhadas entre vários contêineres. Esse recurso elimina a sobrecarga de executar um sistema operacional em cada aplicação e torna os contêineres menores em capacidade e mais rápidos de inicializar do que as VMs, aumentando a eficiência do servidor. O isolamento das aplicações como contêineres também reduz a chance de que o código malicioso em um contêiner afete outros contêineres ou invada o sistema hospedeiro.

A abstração do sistema operacional hospedeiro torna as aplicações em contêineres portáteis e capazes de serem executados de maneira uniforme e consistente em qualquer plataforma ou nuvem. Os contêineres podem ser facilmente transportados de um computador desktop para uma máquina virtual (VM) ou de um sistema operacional Linux para um Windows. Os contêineres também serão executados constantemente em infraestruturas virtualizadas ou em Bare Metal Servers tradicionais, seja no local ou em um data center na nuvem.

A conteinerização permite que os desenvolvedores de software criem e implementem aplicações com mais rapidez e segurança, seja a aplicação um monólito tradicional (uma aplicação de software de camada única) ou uma aplicação modular criada na arquitetura de microsserviços . Os desenvolvedores podem criar novas aplicações baseadas em nuvem desde o início como microsserviços em contêineres, dividindo uma aplicação complexa em uma série de serviços menores, especializados e gerenciáveis. Eles também podem reempacotar as aplicações existentes em contêineres (ou microsserviços em contêineres) que usam recursos de computação de forma mais eficiente.

Os contêineres são frequentemente comparados a máquinas virtuais (VMs) porque ambas as tecnologias permitem eficiências computacionais significativas, permitindo que vários tipos de software (baseados em Linux ou Windows) sejam executados em um único ambiente.

A virtualização utiliza um hipervisor, uma camada de software colocada em um computador ou servidor físico que permite ao computador físico separar seu sistema operacional e aplicações do seu hardware.A tecnologia de virtualização permite que vários sistemas operacionais e aplicações de software sejam executados simultaneamente e compartilhem um único computador físico ou recursos da máquina hospedeira (por exemplo, CPU, armazenamento e memória). Por exemplo, uma organização de TI pode executar o Windows e o Linux ou várias versões de um sistema operacional com várias aplicações no mesmo servidor.

Cada aplicação e seu sistema de arquivos, bibliotecas e outras dependências relacionadas, incluindo uma cópia do sistema operacional (SO), são empacotados juntos como uma VM. Com várias VMs em execução em uma única máquina física, é possível obter economias significativas nos custos de capital, operacionais e de energia.

A conteinerização, por outro lado, usa os recursos de computação de forma ainda mais eficiente. Um contêiner cria um único pacote executável de software que agrupa o código da aplicação com todas as suas dependências necessárias para sua execução. No entanto, ao contrário das VMs, os contêineres não são agrupados em uma cópia do sistema operacional. Em vez disso, o mecanismo de tempo de execução do contêiner é instalado no sistema operacional do sistema hospedeiro, ou "SO hospedeiro", tornando-se o canal por meio do qual todos os contêineres no sistema de computação compartilham o mesmo sistema operacional.

Os contêineres costumam ser chamados de "leves" – eles compartilham o kernel do sistema operacional da máquina e não exigem a sobrecarga de associar um sistema operacional a cada aplicação (como é o caso de uma VM). Outras camadas de contêiner (compartimentos e bibliotecas comuns) também podem ser compartilhadas entre vários contêineres, tornando os contêineres inerentemente menores em capacidade do que uma VM e mais rápidos para inicializar. Vários contêineres podem ser executados na mesma capacidade computacional de uma única VM, aumentando ainda mais a eficiência do servidor e reduzindo os custos de servidor e licenciamento.

O vídeo a seguir aborda mais detalhadamente o contêiner versus VMs:

A conteinerização oferece benefícios significativos para os desenvolvedores e equipes de desenvolvimento, especialmente nas seguintes áreas.

À medida que o crescimento das soluções baseadas em contêineres aumentou, surgiu a necessidade de padrões em torno da tecnologia de contêineres e a abordagem para o código de software de empacotamento. A Open Container Initiative (OCI)², um projeto Linux estabelecido em junho de 2015 pela Docker e outros líderes do setor, surgiu como uma forma de promover padrões e especificações comuns, mínimos e abertos em torno da tecnologia de contêineres. Desde então, a OCI ajudou a ampliar as opções de mecanismos de código aberto para que os usuários pudessem evitar ficar presos ao fornecedor. Os desenvolvedores também podem aproveitar as tecnologias certificadas pela OCI, que permitem criar aplicações em contêineres usando um conjunto diversificado de ferramentas de DevOps e executá-las de forma consistente na(s) infraestrutura(s) de sua escolha.

Para esclarecer qualquer confusão, o termo "Docker" também se refere à Docker, Inc.³, a empresa que desenvolve ferramentas de produtividade baseadas na tecnologia de contêineres Docker. E também está relacionado ao projeto de código aberto Docker⁴ para o qual a Docker, Inc. e muitas outras organizações e indivíduos contribuem.

Embora o Docker seja a tecnologia de mecanismo de contêiner mais conhecida e usada, o ecossistema mais amplo padronizou o contêiner e outras alternativas, como CoreOS rkt, Mesos Containerizer, LXC Linux Containers, OpenVZ e crio-d.

Hoje, uma organização pode ter centenas ou milhares de contêineres, uma quantidade que seria quase impossível para as equipes gerenciarem manualmente. É aqui que entra a orquestração de contêineres .

Uma plataforma de orquestração de contêiner programa e automatiza o gerenciamento, como implementação de contêiner, rede, balanceamento de carga, escalabilidade e disponibilidade.

Kubernetes, a ferramenta de orquestração de contêiner mais popular disponível, é uma tecnologia de código aberto (originalmente de código aberto do Google baseada em seu projeto interno chamado Borg) que automatiza as funções de contêiner do Linux. O Kubernetes funciona com muitos mecanismos de contêiner, como o Docker Engine. Também funciona com qualquer sistema de contêiner que estiver em conformidade com os padrões da Open Container Initiative (OCI) para formatos de imagem de contêiner e tempos de execução.

Embora o Kubernetes seja o padrão do setor, outras plataformas populares de orquestração de contêiner incluem Apache Mesos, Nomad e Docker Swarm.

Para saber mais sobre a orquestração de contêineres, confira este vídeo que explica como o Kubernetes funciona:

A conteinerização é parte integrante da modernização de aplicações. Esse processo se refere à transformação de aplicações monolíticas (legadas) em aplicações nativas da nuvem criadas em uma arquitetura de microsserviços projetada para se integrar a qualquer ambiente de nuvem.

Os microsserviços são uma abordagem superior ao desenvolvimento e gerenciamento de aplicações em comparação com o modelo monolítico anterior, que combina uma aplicação de software com a interface de usuário associada e o banco de dados subjacente em uma única unidade em uma plataforma de servidor único. Com os microsserviços, uma aplicação complexa é dividida em uma série de serviços menores e mais especializados, cada um com seu próprio banco de dados e sua própria lógica de negócios. Os microsserviços se comunicam por meio de interfaces comuns (como APIs) e interfaces REST (como HTTP). Ao usar microsserviços, as equipes de desenvolvimento podem se concentrar na atualização de áreas específicas de uma aplicação sem afetá-la como um todo, resultando em um desenvolvimento, teste e implementação mais rápidos.

Os conceitos por trás dos microsserviços e da conteinerização são semelhantes. Ambas são práticas de desenvolvimento de software que basicamente transformam as aplicações em conjuntos de serviços ou componentes menores portáteis, escaláveis, eficientes e mais fáceis de gerenciar.

Além disso, os microsserviços e a conteinerização funcionam bem quando usados juntos. Os contêineres fornecem um encapsulamento leve de qualquer aplicação, seja um monólito tradicional ou um microsserviço modular. Um microsserviço, desenvolvido dentro de um contêiner, obtém todos os benefícios inerentes à conteinerização, como a portabilidade.

Em geral, os contêineres, os microsserviços e a computação em nuvem se fundiram, levando o desenvolvimento e a entrega de aplicações a um novo nível. Essas tecnologias simplificam os fluxos de trabalho do DevOps e oferecem suporte a pipelines de integração contínua e entrega contínua (CI/CD) para acelerar o desenvolvimento de software. Essas abordagens de última geração trouxeram agilidade, eficiência e confiabilidade ao ciclo de vida do desenvolvimento de software, levando a uma entrega mais rápida de aplicações em contêineres e melhorias para os usuários e o mercado.

As organizações continuam migrando para a nuvem, onde os usuários podem desenvolver aplicações de forma rápida e eficiente. A conteinerização tornou-se um caso de uso comercial essencial para a migração para a nuvem, o processo de migrar dados, aplicações e cargas de trabalho de um data center local para uma infraestrutura baseada em nuvem ou de um ambiente de nuvem para outro.

A migração para a nuvem é uma parte essencial do ambiente de nuvem híbrida de uma organização, que combina serviços de nuvem privada local e pública para criar uma infraestrutura de TI única, flexível e econômica que ofereça suporte e automatize o gerenciamento da carga de trabalho em ambientes de nuvem.

Hoje, as aplicações e dados baseados na nuvem podem ser acessados a partir de qualquer dispositivo conectado à internet, permitindo que os membros da equipe trabalhem remotamente e em qualquer lugar. Provedores de serviços de nuvem (CSPs) (por exemplo, Amazon Web Services (AWS), Google Cloud Services, IBM Cloud ou Microsoft Azure)) gerenciam a infraestrutura subjacente, o que economiza para as organizações o custo com servidores e outros equipamentos e também fornece backups de rede automatizados para confiabilidade adicional. As infraestruturas de nuvem escalam sob demanda e ajustam dinamicamente os recursos de computação, a capacidade e a infraestrutura à medida que os requisitos de carga mudam. Além disso, os CSPs atualizam regularmente as ofertas, oferecendo aos usuários acesso contínuo às mais recentes tecnologias inovadoras, como a IA generativa.

Muitos dos principais provedores de serviços em nuvem oferecem contêineres como serviço (CaaS). Basicamente, um subconjunto de infraestrutura como serviço (IaaS), o CaaS fica entre a IaaS e a plataforma como serviço (PaaS) no stack de computação em nuvem, fornecendo um equilíbrio entre o controle oferecido pela IaaS e a simplicidade da PaaS.

O CaaS fornece uma plataforma baseada em nuvem onde os usuários podem simplificar a virtualização baseada em contêiner e os processos de gerenciamento de contêiner.O CaaS também fornece tempos de execução de contêineres, camadas de orquestração e gerenciamento de armazenamento persistente. Em 2022, o mercado global de CaaS foi avaliado em quase US$ 2 bilhões.⁵

A computação sem servidor (serverless) é um modelo de execução e desenvolvimento de aplicações que permite que os desenvolvedores criem e executem códigos de aplicações sem precisar provisionar nem gerenciar servidores ou infraestruturas de back-end.

Na computação serverless, o provedor de serviços de nuvem aloca os recursos de máquina sob demanda, mantendo os servidores em nome dos seus clientes. Especificamente, o desenvolvedor e o CSP lidam com o provisionamento da infraestrutura de nuvem necessária para executar o código e escalar a infraestrutura para cima e para baixo sob demanda, conforme necessário. O provedor adere a um modelo de preços de pagamento conforme o uso.

A computação serverless pode melhorar a produtividade do desenvolvedor, permitindo que as equipes se concentrem no desenvolvimento do código, não no gerenciamento da infraestrutura. Por outro lado, os contêineres oferecem mais controle e flexibilidade, o que pode ajudar a gerenciar as aplicações existentes e migrá-las para a nuvem.

As práticas de segurança para ambientes em contêineres exigem uma estratégia que abranja todo o ciclo de vida do contêiner, incluindo desenvolvimento, teste e implementação.

Estas práticas devem abranger todas as camadas do stack, incluindo a plataforma de contêineres, as imagens de contêineres, a plataforma de orquestração e os próprios contêineres e aplicações.

Em primeiro lugar, as políticas de segurança do contêiner devem girar em torno de um framework de zero trust. Este modelo verifica e autoriza cada conexão de usuário e garante que a interação atenda aos requisitos condicionais das políticas de segurança da organização. Uma estratégia de segurança de zero trust também autentica e autoriza todos os dispositivos, fluxos de rede e conexões com base em políticas dinâmicas, usando o contexto do maior número possível de fontes de dados.

A segurança de contêineres tornou-se uma preocupação cada vez mais significativa à medida que mais organizações passaram a confiar na tecnologia de conteinerização, incluindo plataformas de orquestração, para implementar e escalar suas aplicações. De acordo com um relatório da Red Hat⁶, as vulnerabilidades e configurações incorretas são as principais preocupações de segurança em ambientes de contêineres e Kubernetes.

Como mencionado anteriormente, as aplicações em contêineres têm inerentemente um nível de segurança, já que podem ser executados como processos isolados e operar de forma independente de outros contêineres. Quando realmente isolado, isso pode impedir que qualquer código malicioso afete outros contêineres ou invada o sistema hospedeiro. No entanto, as camadas de aplicações dentro de um contêiner geralmente são compartilhadas entre contêineres. Em relação à eficiência de recursos, isso é uma vantagem, mas também abre a porta para interferências e violações de segurança em contêineres. O mesmo pode ser dito do sistema operacional compartilhado, já que vários contêineres podem ser associados ao mesmo sistema operacional hospedeiro. As ameaças à segurança do sistema operacional comum podem afetar todos os contêineres associados; por outro lado, uma violação do contêiner pode possivelmente invadir o sistema operacional hospedeiro.

Mas e os riscos e vulnerabilidades associados à própria imagem do contêiner? Uma estratégia robusta de conteinerização inclui uma abordagem "segura por padrão", o que significa que a segurança deve ser inerente à plataforma e não uma solução implementada e configurada separadamente. Para isso, o mecanismo de contêiner é compatível com todas as propriedades de isolamento padrão inerentes ao sistema operacional subjacente. As permissões de segurança podem ser definidas para bloquear automaticamente a entrada de componentes indesejados nos contêineres ou para limitar as comunicações com recursos desnecessários.

Por exemplo, o Linux Namespaces ajuda a fornecer uma visão isolada do sistema para cada contêiner; isso inclui rede, pontos de montagem, IDs de processos, IDs de usuários, comunicação entre processos e configurações de nome de hospedeiro. O Namespaces podem limitar o acesso a qualquer um desses recursos por meio de processos dentro de cada contêiner. Normalmente, os subsistemas que não têm suporte para Namespace não são acessíveis a partir de um contêiner. Os administradores podem criar e gerenciar facilmente essas "restrições de isolamento" em cada aplicação em contêiner por meio de uma interface de usuário simples.

Além disso, há uma ampla gama de soluções de segurança de contêineres disponíveis para automatizar a detecção e a resposta a ameaças em toda a empresa. Essas ferramentas ajudam a monitorar e aplicar políticas de segurança e atender aos padrões do setor para garantir o fluxo seguro dos dados. Por exemplo, as ferramentas de software de gerenciamento de segurança podem ajudar a automatizar pipelines de CI/CD, bloquear vulnerabilidades antes da produção e investigar atividades suspeitas com visibilidade em tempo real. Essa abordagem se enquadra no DevSecOps, o processo de desenvolvimento e aplicação que automatiza a integração das práticas de segurança em todos os níveis do ciclo de vida de desenvolvimento do software.