Qu’est-ce que la conteneurisation ?

Avec une meilleure portabilité et une meilleure efficacité des ressources que les machines virtuelles (VM), les conteneurs sont devenus les unités de calcul de facto des applications cloud natives modernes.

La conteneurisation permet aux développeurs de créer et de déployer des applications plus rapidement et en toute sécurité. Avec les méthodes traditionnelles, les développeurs écrivent du code dans un environnement informatique spécifique qui, lorsqu’il est transféré vers un nouvel emplacement, engendre souvent des bogues et des erreurs. Par exemple, cela peut se produire lorsqu’un développeur transfère du code d’un ordinateur de bureau vers une machine virtuelle ou d’un système d’exploitation Linux vers un système d’exploitation Windows. La conteneurisation élimine ce problème en regroupant le code de l’application avec les fichiers de configuration, les bibliothèques et les dépendances nécessaires à son fonctionnement. Ce package logiciel unique ou « conteneur » est extrait du système d’exploitation hôte. Par conséquent, il est autonome et devient portable, c'est-à-dire qu'il peut fonctionner sur n'importe quelle plateforme ou n'importe quel cloud, sans aucun problème.

Le concept de conteneurisation et d’isolation des procédés remonte à plusieurs décennies. Cependant, l’émergence en 2013 de Docker open source, une norme industrielle pour les conteneurs dotée d’outils de développement simples et d’une approche à formule universelle, a accéléré l’adoption de cette technologie. Aujourd’hui, les entreprises utilisent de plus en plus la conteneurisation pour créer de nouvelles applications et moderniser les applications existantes pour le cloud.

Selon un rapport de Forrester¹, 74 % des décideurs américains en matière d’infrastructure affirment que leurs entreprises adoptent les conteneurs au sein d’une plateforme en tant que service (PaaS), que ce soit dans un environnement sur site ou dans le cloud public.

Les conteneurs sont « légers », ce qui signifie qu'ils partagent le noyau du système d'exploitation de la machine et qu'ils n'ont pas à associer un système d'exploitation à chaque application. Les conteneurs ont une capacité intrinsèquement plus faible que les machines virtuelles et nécessitent moins de temps de démarrage. Cette capacité permet d'exécuter beaucoup plus de conteneurs sur la même capacité de calcul qu'une seule machine virtuelle. Cette capacité permet d'améliorer l'efficacité des serveurs et, par conséquent, de réduire les coûts des serveurs et des licences.

Plus important encore, la conteneurisation permet aux applications d’être « écrites une seule fois et exécutées n’importe où » dans les centres de données sur site, le cloud hybride et les environnements multicloud.

Cette portabilité accélère le développement, empêche l'enfermement propriétaire de cloud et offre d'autres avantages notables tels que l'isolation des pannes, la facilité de gestion, la simplification de la sécurité, etc.

La vidéo suivante fournit de plus amples informations sur la conteneurisation :

L'architecture de conteneurisation se compose de quatre couches de composants essentielles.

Les conteneurs encapsulent une application en un seul paquet exécutable de logiciel qui regroupe le code de l'application avec tous les fichiers de configuration, bibliothèques et dépendances associés nécessaires à son exécution.

Les applications conteneurisées sont « isolées », ce qui signifie qu’elles ne regroupent pas une copie du système d’exploitation. À la place, une exécution de conteneur open source ou un moteur de conteneur (comme le moteur d'exécution Docker) est installé sur le système d'exploitation de l'hôte et devient le conduit permettant aux conteneurs de partager un système d'exploitation avec d'autres conteneurs sur le même système informatique.

Les autres couches de conteneurs, comme les fichiers binaires communs (bins) et les bibliothèques, peuvent être partagées entre plusieurs conteneurs. Cette fonctionnalité élimine les frais généraux liés à l’exécution d’un système d’exploitation dans chaque application et réduit la capacité des conteneurs et leur permet de démarrer plus rapidement que les machines virtuelles, ce qui améliore l’efficacité des serveurs. L'isolation des applications en tant que conteneurs réduit également le risque qu'un code malveillant dans un conteneur ait un impact sur d'autres conteneurs ou envahisse le système hôte.

L’abstraction du système d’exploitation hôte rend les applications conteneurisées portables et capables de s’exécuter uniformément et de manière cohérente sur n’importe quelle plateforme ou n’importe quel cloud. Les conteneurs peuvent être facilement transférés d’un ordinateur de bureau à une machine virtuelle (VM) ou d’un système d’exploitation Linux à un système d’exploitation Windows. Les conteneurs s’exécutent également de manière cohérente sur des infrastructures virtualisées ou des serveurs bare metal traditionnels, sur site ou dans un centre de données cloud.

La conteneurisation permet aux développeurs de logiciels de créer et de déployer des applications plus rapidement et de manière plus sécurisée, qu’il s’agisse d’une application monolithique traditionnelle (une application logicielle à un seul niveau) ou d’une application modulaire reposant sur une architecture de microservices. Les développeurs peuvent créer de toutes pièces de nouvelles applications basées sur le cloud sous forme de microservices conteneurisés, divisant ainsi une application complexe en une série de services plus petits, spécialisés et gérables. Ils peuvent également reconditionner les applications existantes dans des conteneurs (ou des microservices conteneurisés) qui utilisent les ressources de traitement plus efficacement.

Les conteneurs sont souvent comparés aux machines virtuelles (VM), car ces deux technologies permettent de réaliser des économies de calcul significatives en permettant à plusieurs types de logiciels (basés sur Linux ou Windows) de s’exécuter dans un seul environnement. 

La virtualisation utilise un hyperviseur, une couche logicielle placée sur un ordinateur ou un serveur physique qui permet à l’ordinateur physique de séparer son système d’exploitation et ses applications de son matériel. La technologie de virtualisation permet à plusieurs systèmes d’exploitation et applications logicielles de fonctionner simultanément et de partager les ressources d’un seul ordinateur physique ou d’une seule machine hôte (par exemple, le processeur, le stockage et la mémoire). Par exemple, une organisation informatique peut faire fonctionner à la fois Windows et Linux ou plusieurs versions d’un système d’exploitation, ainsi que diverses applications sur le même serveur.

Chaque application et son système de fichiers, ses bibliothèques et ses autres dépendances, y compris une copie du système d’exploitation (OS), sont regroupés sous la forme d’une machine virtuelle. L’exécution de plusieurs machines virtuelles sur une seule machine physique permet de réaliser d’importantes économies en termes de coûts d’investissement, d’exploitation et d’énergie.

La conteneurisation, quant à elle, utilise les ressources informatiques de manière encore plus efficace. Un conteneur crée un package logiciel exécutable unique qui regroupe le code de l’application avec toutes ses dépendances nécessaires à son exécution. Contrairement aux machines virtuelles, cependant, les conteneurs ne constituent pas une copie du système d’exploitation. Au lieu de cela, le moteur d'exécution des conteneurs est installé sur le système d'exploitation du système hôte, ou « système d'exploitation hôte », devenant ainsi le canal par lequel tous les conteneurs du système informatique partagent le même système d'exploitation.

Les conteneurs sont souvent appelés « légers » : ils partagent le noyau du système d'exploitation de la machine et ne nécessitent pas le surcoût d'associer un système d'exploitation à chaque application (comme c'est le cas avec une machine virtuelle). D'autres couches de conteneurs (bacs et bibliothèques communs) peuvent également être partagées entre plusieurs conteneurs, ce qui rend les conteneurs intrinsèquement plus petits en capacité qu'une machine virtuelle et plus rapides à démarrer. Plusieurs conteneurs peuvent s'exécuter sur la même capacité de calcul qu'une seule machine virtuelle, ce qui permet d'améliorer d'autant plus l'efficacité des serveurs et de réduire les coûts de serveur et de licence.

La vidéo suivante présente une analyse plus approfondie des conteneurs par rapport aux machines virtuelles :

La conteneurisation offre des avantages significatifs aux développeurs et aux équipes de développement, en particulier dans les domaines suivants.

Avec le développement des solutions basées sur les conteneurs, le besoin de normes concernant la technologie des conteneurs et l'approche de l'empaquetage du code logiciel est apparu. L'Open Container Initiative (OCI⁾², un projet Linux créé en juin 2015 par Docker et d'autres leaders de l'industrie, est apparu comme un moyen de promouvoir des normes et spécifications communes, minimales et ouvertes autour de la technologie des conteneurs. Depuis, l’OCI a contribué à élargir le choix des moteurs open source afin que les utilisateurs puissent éviter l’enfermement propriétaire. Les développeurs peuvent également profiter des technologies certifiées OCI qui leur permettent de créer des applications conteneurisées à l’aide d’un ensemble diversifié d’outils DevOps et de les exécuter de manière cohérente sur l’infrastructure de leur choix.

Pour dissiper toute confusion, Docker fait également référence à Docker, Inc.³, la société qui développe des outils de productivité basés sur la technologie de conteneurs Docker. Le terme désigne également le projet open source Docker ⁴ auquel contribuent Docker, Inc. et de nombreuses autres organisations et personnes.

Bien que Docker soit la technologie de moteur de conteneur la plus connue et la plus utilisée, l’écosystème dans son ensemble s’est standardisé sur containerd et d’autres alternatives comme CoreOS rkt, Mesos Containerizer, LXC Linux Containers, OpenVZ et crio-d.

Aujourd’hui, une entreprise peut avoir des centaines ou des milliers de conteneurs, une quantité qu’il serait presque impossible pour les équipes de gérer manuellement. C’est là que l’orchestration de conteneurs entre en jeu.

Une plateforme d’orchestration de conteneurs planifie et automatise la gestion comme le déploiement de conteneurs, la mise en réseau, l’équilibrage de charge, l’évolutivité et la disponibilité.

Kubernetes, l’outil d’orchestration de conteneurs le plus populaire actuellement, est une technologie open source (initialement open source par Google, sur la base de son projet interne appelé Borg) qui automatise les fonctions de conteneur Linux. Kubernetes fonctionne avec de nombreux moteurs de conteneurs, comme Docker Engine. Il fonctionne également avec tout système de conteneurs conforme aux normes de l’Open Container Initiative (OCI) pour les formats d’images de conteneurs et les moteurs d’exécution.

Bien que Kubernetes soit la norme du secteur, il existe d’autres plateformes populaires d’orchestration de conteneurs, par exemple Apache Mesos, Nomad et Docker Swarm.

Pour en savoir plus sur l’orchestration de conteneurs, regardez cette vidéo qui explique le fonctionnement de Kubernetes :

La conteneurisation fait partie intégrante de la modernisation des applications. Ce processus fait référence à la transformation d’applications monolithiques (héritées) en applications cloud natives basées sur une architecture de microservices conçue pour s’intégrer dans n’importe quel environnement cloud.

Les microservices constituent une approche supérieure du développement et de la gestion d’applications par rapport au modèle monolithique précédent, qui combine une application logicielle avec l’interface utilisateur associée et la base de données sous-jacente en une seule entité sur une plateforme à serveur unique. Avec les microservices, une application complexe est divisée en une série de services plus petits et plus spécialisés, chacun ayant sa propre base de données et sa propre logique métier. Les microservices communiquent via des interfaces communes (telles que les API) et des interfaces REST (telles que HTTP). En utilisant des microservices, les équipes de développement peuvent se concentrer sur la mise à jour de zones spécifiques d’une application sans l’affecter dans son ensemble, ce qui accélère le développement, les tests et le déploiement.

Les concepts derrière les microservices et la conteneurisation sont similaires. Les deux sont des pratiques de développement logiciel qui transforment essentiellement les applications en ensembles de services ou de composants plus petits, portables, évolutifs, efficaces et plus faciles à gérer.

De plus, les microservices et la conteneurisation fonctionnent bien lorsqu'ils sont utilisés ensemble. Les conteneurs fournissent une encapsulation légère de toute application, qu'il s'agisse d'un monolithe traditionnel ou d'un microservice modulaire. Un microservice, développé dans un conteneur, bénéficie alors de tous les avantages inhérents à la conteneurisation, tels que la portabilité.

Dans l’ensemble, les conteneurs, les microservices et le cloud computing ont fusionné, portant le développement et la livraison des applications à un niveau supérieur. Ces technologies simplifient les workflows DevOps et prennent en charge les pipelines d’intégration continue et de livraison continue (CI/CD) pour accélérer le développement logiciel. Ces approches de nouvelle génération ont apporté agilité, efficacité et fiabilité au cycle de développement logiciel, conduisant à une livraison plus rapide des applications conteneurisées et à des améliorations pour les utilisateurs et le marché.

Les entreprises continuent de migrer vers le cloud, où les utilisateurs peuvent développer des applications rapidement et efficacement. La conteneurisation est devenue un cas d’utilisation métier essentiel pour la migration vers le cloud, le processus de déplacement des données, des applications et des workloads d’un centre de données sur site vers une infrastructure cloud ou d’un environnement cloud à un autre.

La migration vers le cloud est une partie essentielle de l’environnement de cloud hybride de l’entreprise, qui combine des services cloud sur site ainsi que des services de cloud public et privé pour créer une infrastructure informatique unique, flexible et rentable qui prend en charge et automatise la gestion du workload dans les environnements cloud.

Aujourd’hui, les applications et données cloud sont accessibles depuis n’importe quel appareil connecté à Internet, ce qui permet aux membres de l’équipe de travailler à distance et en déplacement. Les fournisseurs de services cloud (CSP), tels qu’Amazon Web Services (AWS), Google Cloud Services, IBM Cloud ou Microsoft Azure, gèrent l’infrastructure sous-jacente, ce qui permet aux entreprises de réaliser des économies sur le coût des serveurs et d’autres équipements, tout en bénéficiant de sauvegardes réseau automatisées pour une fiabilité accrue. Les infrastructures cloud évoluent à la demande et ajustent dynamiquement les ressources informatiques, la capacité et l’infrastructure en fonction de l’évolution des besoins en charge. De plus, les CSP mettent régulièrement à jour leurs offres, donnant aux utilisateurs un accès continu aux dernières technologies innovantes, telles que l’IA générative.

La plupart des principaux fournisseurs de services cloud proposent des conteneurs en tant que service (CaaS). Essentiellement un sous-ensemble de l’infrastructure en tant que service (IaaS), le CaaS se situe entre l’IaaS et la plateforme en tant que service (PaaS) dans la pile de cloud computing, offrant un équilibre entre le contrôle offert par l’IaaS et la simplicité du PaaS.

Le CaaS fournit une plateforme basée sur le cloud sur laquelle les utilisateurs peuvent rationaliser les processus de virtualisation et de gestion des conteneurs. Il fournit également des environnements d’exécution de conteneurs, des couches d’orchestration et une gestion du stockage persistant. En 2022, le marché mondial du CaaS était évalué à près de 2 milliards de dollars⁵.

L’informatique sans serveur (« serverless ») est un modèle de développement et d’exécution d’applications qui permet aux développeurs de générer et d’exécuter du code sans mettre en place ni gérer de serveurs ou d’infrastructure backend.

Dans le cas de l’informatique sans serveur, le fournisseur de services cloud alloue des ressources machine à la demande, en maintenant les serveurs pour le compte de ses clients. Plus précisément, le développeur et le CSP gèrent l'approvisionnement de l'infrastructure cloud nécessaire à l'exécution du code et la mise à l'échelle de l'infrastructure à la hausse et à la baisse à la demande selon les besoins. Le fournisseur adhère à un modèle de tarification à l'utilisation.

L’informatique sans serveur peut améliorer la productivité des développeurs en permettant aux équipes de se concentrer sur l’écriture de code, et non sur la gestion de l’infrastructure. En revanche, les conteneurs offrent plus de contrôle et de flexibilité, ce qui peut aider à gérer les applications existantes et à les migrer vers le cloud.

Les pratiques de sécurité pour les environnements conteneurisés nécessitent une stratégie couvrant l'ensemble du cycle de vie du conteneur, y compris le développement, les tests et le déploiement.

Ces pratiques doivent concerner toutes les couches de la pile, y compris la plateforme de conteneurisation, les images de conteneurs, la plateforme d’orchestration et les conteneurs et applications individuels.

Avant tout, les politiques de sécurité des conteneurs doivent s’articuler autour d’un cadre zero-trust. Ce modèle vérifie et autorise chaque connexion utilisateur et garantit que l’interaction répond aux exigences conditionnelles des politiques de sécurité de l’entreprise. Une stratégie de sécurité zero-trust authentifie et autorise également chaque appareil, flux réseau et connexion sur la base de politiques dynamiques, en utilisant le contexte provenant du plus grand nombre possible de sources de données.

La sécurité des conteneurs est devenue une préoccupation grandissante, car de plus en plus d’organisations s’appuient sur la technologie de conteneurisation, y compris les plateformes d’orchestration, pour déployer et faire évoluer leurs applications. Selon un rapport de Red Hat⁶, les vulnérabilités et les erreurs de configuration sont les principales préoccupations en matière de sécurité des environnements de conteneurs et Kubernetes.

Comme mentionné précédemment, les applications conteneurisées présentent naturellement un certain niveau de sécurité puisqu'elles peuvent s'exécuter en tant que processus isolés et fonctionner indépendamment des autres conteneurs. Cette isolation signifie que cela peut potentiellement empêcher tout code malveillant d'affecter d'autres conteneurs ou d'envahir le système hôte. Cependant, les couches d'application au sein d'un conteneur sont souvent partagées entre plusieurs conteneurs. En termes d'efficacité des ressources, c'est un avantage, mais cela ouvre également la porte aux interférences et aux violations de sécurité entre les conteneurs. Il en va de même pour le système d'exploitation partagé, car plusieurs conteneurs peuvent être associés au même système d'exploitation hôte. Les menaces de sécurité pour le système d'exploitation commun peuvent avoir un impact sur tous les conteneurs associés ; inversement, une violation d'un conteneur peut potentiellement envahir le système d'exploitation hôte.

Mais qu’en est-il des risques et des vulnérabilités associés à l’image du conteneur elle-même ? Une stratégie de conteneurisation robuste inclut une approche « sécurisée par défaut », ce qui signifie que la sécurité doit être inhérente à la plateforme et non à une solution déployée et configurée séparément. À cette fin, le moteur de conteneur prend en charge toutes les propriétés d'isolation par défaut inhérentes au système d'exploitation sous-jacent. Des autorisations de sécurité peuvent être définies pour empêcher automatiquement les composants indésirables d'entrer dans les conteneurs ou pour limiter les communications avec les ressources inutiles.

Par exemple, Linux Linux Namespaces permet de fournir une vue isolée du système à chaque conteneur ; cela inclut la mise en réseau, les points de montage, les ID de processus, les ID utilisateur, la communication inter-processus et les paramètres de nom d’hôte. Les espaces de noms peuvent limiter l'accès à l'une de ces ressources via des processus au sein de chaque conteneur. En règle générale, les sous-systèmes qui ne prennent pas en charge les espaces de noms ne sont pas accessibles depuis un conteneur. Les administrateurs peuvent facilement créer et gérer ces « contraintes d'isolement » sur chaque application conteneurisée via une interface utilisateur simple.

De plus, une large gamme de solutions de sécurité des conteneurs est disponible pour automatiser la détection et la réponse aux menaces dans toute l’entreprise. Ces outils permettent de surveiller et d’appliquer les politiques de sécurité, ainsi que de respecter les normes du secteur afin de garantir la sécurité des flux de données. Par exemple, les outils logiciels de gestion de la sécurité permettent d’automatiser les pipelines CI/CD, de bloquer les vulnérabilités avant la mise en production et d’enquêter sur les activités suspectes grâce à une visibilité en temps réel. Cette approche relève du DevSecOps, le processus d’application et de développement qui automatise l’intégration des pratiques de sécurité à tous les niveaux du cycle de développement logiciel.