ما المقصود بمنصة Docker؟

الحاويات هي عناصر موحدة وقابلة للتنفيذ تجمع بين مصدر رمز التطبيق ومكتبات نظام التشغيل (OS) والتبعيات المطلوبة لتشغيل ذلك الرمز في أي بيئة.

تجدر الإشارة إلى أنه عندما يتحدث الناس عن Docker، فإنهم عادةً ما يشيرون إلى Docker Engine، وهو وقت التشغيل لبناء الحاويات وتشغيلها. ويشير Docker أيضًا إلى Docker, Inc.¹، الشركة التي تبيع النسخة التجارية من Docker. كما يشير أيضًا إلى مشروع Docker مفتوح المصدر² الذي تساهم فيه شركة .Docker, Inc والعديد من المنظمات والأفراد الآخرين.

تعمل الحاويات على تبسيط عملية تطوير التطبيقات الموزعة وتسليمها. وقد أصبحت شائعة بشكل متزايد مع تحول المؤسسات إلى تطوير السحابة الأصلية والبيئات الهجينة متعددة السحابة. يمكن للمطورين إنشاء حاويات بدون Docker من خلال العمل مباشرةً مع القدرات المضمنة في Linux وأنظمة التشغيل الأخرى، ولكن Docker تجعل النقل بالحاويات أسرع وأسهل. حتى وقت كتابة هذه السطور، أفادت Docker أن أكثر من 20 مليون مطور يستخدمون المنصة شهريًا³. مثل تقنيات الحاويات الأخرى، بما في ذلك Kubernetes، تلعب Docker دورًا مهمًا في تطوير البرامج الحديثة، وتحديدًا بنية الخدمات المصغرة.

على النقيض من النهج التقليدي المتجانس للتطبيق الكبير المترابط بإحكام، توفر الخدمات المصغرة إطار عمل بنية السحابة الأصلية. يُشكل هذا الإطار تطبيقًا واحدًا من العديد من العناصر أو الخدمات الأصغر حجمًا والأقل اقترانًا والقابلة للنشر بشكل مستقل. ويمكن وضع كل خدمة في حاويات باستخدام Docker، ما يسهل عملية النشر ويسمح للفرق بطرح إصدارات جديدة وتوسيع نطاق التطبيقات حسب الحاجة.

أصبحت الحاويات ممكنة بفضل قدرات عزل العمليات والمحاكاة الافتراضية المضمنة في نواة Linux. وتتضمن هذه القدرات مجموعات التحكم (Cgroups) لتخصيص الموارد بين العمليات و مساحات الأسماء لتقييد وصول العملية أو رؤيتها للموارد أو المناطق الأخرى في النظام.

تمكّن الحاويات عناصر التطبيقات المتعددة من مشاركة موارد مثيل واحد من نظام التشغيل المضيف. وتشبه هذه المشاركة الطريقة التي يسمح بها مراقب الأجهزة الافتراضية لعدة أجهزة افتراضية (VMs) بمشاركة وحدة المعالجة المركزية (CPU) ، والذاكرة والموارد الأخرى لخادم جهاز واحد.

توفر تقنية الحاويات جميع وظائف ومزايا الأجهزة الافتراضية (VMs)، بما في ذلك عزل التطبيقات وقابلية التوسع الفعّالة من حيث التكلفة، إضافةً إلى مزايا مهمة أخرى:

• أخف وزنًا: على عكس الأجهزة الافتراضية، لا تحمل الحاويات حمولة مثيل ومراقب أجهزة افتراضية لنظام تشغيل كامل. فهي تتضمن فقط عمليات نظام التشغيل والتبعيات اللازمة لتشغيل الرمز. تُقاس أحجام الحاويات بالميجابايت (مقابل الجيجابايت لبعض الأجهزة الافتراضية)، وتستفيد بشكل أفضل من سعة الأجهزة وتتمتع بأوقات بدء تشغيل أسرع.
  
  
• تحسين الإنتاجية: يمكن كتابة التطبيقات المعبأة في حاويات مرة واحدة وتشغيلها في أي مكان. بالمقارنة مع الأجهزة الافتراضية، تكون الحاويات أسرع وأسهل في النشر والتوفير وإعادة التشغيل.
  
  
• كفاءة أكبر: باستخدام الحاويات، يمكن للمطورين تشغيل عدة نسخ من تطبيق على الأجهزة نفسها أكثر من التي يمكنهم تشغيلها باستخدام الأجهزة الافتراضية. ويمكن أن تقلل هذه الكفاءة من الإنفاق على السحابة.

أبلغت المؤسسات التي تستخدم الحاويات عن العديد من المزايا الأخرى بما في ذلك تحسين جودة التطبيق والاستجابة الأسرع لتغيرات السوق والمزيد.

يُعد Docker أكثر أدوات الحاويات استخدامًا على نطاق واسع، إذ يستحوذ على حصة سوقية تبلغ 82.84%.⁴ ويحظى Docker بشعبية كبيرة حاليًا إلى درجة استخدام مصطلحي "Docker" و"الحاويات" بالتبادل. ومع ذلك، كانت أولى التقنيات المرتبطة بالحاويات متاحة لسنوات، بل لعقود⁵قبل طرح Docker للعامة كمشروع مفتوح المصدر في عام 2013.

على وجه الخصوص، في عام 2008، استُخدم LinuXContainers (LXC) في نواة Linux، ما أتاح المحاكاة الافتراضية الكاملة لمثيل واحد من Linux. وبينما لا يزال LXC مستخدمًا حتى اليوم، تتوفر تقنيات نواة Linux أحدث. يوفر Ubuntu، وهو نظام تشغيل Linux حديث مفتوح المصدر، هذه القدرة أيضًا. سمح Docker للمطورين بالوصول إلى قدرات النقل بالحاويات الأصلية هذه باستخدام أوامر بسيطة وأتمتتها من خلال واجهة برمجة تطبيقات (API) موفرة للجهد.

هناك العديد من المزايا لاستخدام Docker مقارنةً بـ LXC الأقدم والأقل توافقًا.

اليوم، تعمل عملية النقل بالحاويات الخاصة بمنصة Docker أيضًا Microsoft Windows Server وApple MacOS. ويمكن للمطورين تشغيل حاويات Docker على أي نظام تشغيل. يقدم كل مقدمي الخدمات السحابية (CSPs) الرائدين، بما في ذلك Amazon Web Services (AWS) وMicrosoft Azure وGoogle Cloud Services و®IBM Cloud، خدمات محددة لمساعدة المطورين على إنشاء التطبيقات في حاويات باستخدام Docker ونشرها وتشغيلها.

تستخدم Docker بنية العميل/الخادم. فيما يأتي تفصيل للعناصر الأساسية المرتبطة بمنصة Docker، إلى جانب مصطلحات Docker وأدواتها الأخرى.

مضيف Docker: مضيف Docker هو جهاز فعلي أو افتراضي يعمل بنظام التشغيل Linux (أو أي نظام تشغيل آخر متوافق مع Docker-Engine).

Docker Engine: محرك Docker هو تطبيق عميل/خادم يتكون من العمليات الخلفية لمنصة Docker وواجهة برمجة تطبيقات Docker التي تتفاعل مع العمليات الخلفية وواجهة سطر الأوامر (CLI) التي تتحدث إلى العمليات الخلفية.

عملية Docker الخلفية: عملية Docker الخلفية هي خدمة تنشئ صور Docker وتُديرها باستخدام الأوامر من العميل. تعمل عملية Docker الخلفية بشكل أساسي كمركز تحكم لتطبيق Docker.

عميل Docker: يوفر عميل Docker واجهة سطر الأوامر التي تصل إلى واجهة برمجة تطبيقات Docker (واجهة برمجة تطبيقات نقل الحالة التمثيلية) للتواصل مع عملية Docker الخلفية عبر مقابس Unix أو واجهة الشبكة. يمكن توصيل العميل بعملية خلفية عن بُعد، أو يمكن للمطور تشغيل العملية الخلفية والعميل على نظام الكمبيوتر نفسه.

كائنات Docker: كائنات Docker هي عناصر نشر Docker التي تساعد على حزم التطبيقات وتوزيعها. وهي تشمل الصور والحاويات والشبكات ووحدات التخزين والمكونات الإضافية وغيرها.

حاويات Docker: حاويات Docker هي المثيلات المباشرة قيد التشغيل لصور Docker. في حين أن صور Docker هي ملفات للقراءة فقط، فإن الحاويات هي محتوى مباشر وزائل وقابل للتنفيذ. يمكن للمستخدمين التفاعل معها، ويمكن للمسؤولين ضبط إعداداتها وشروطها باستخدام أوامر Docker.

صور Docker: تحتوي صور Docker على مصدر رمز التطبيق القابل للتنفيذ وكل الأدوات والمكتبات والتبعيات التي يحتاجها رمز التطبيق للتشغيل كحاوية. عندما يشغل المطور صورة Docker، تصبح مثيلاً واحدًا (أو عدة مثيلات) للحاوية.

من الممكن إنشاء صور Docker من الصفر، ولكن معظم المطورين يستخرجونها من المستودعات الشائعة. ويمكن للمطورين إنشاء صور Docker متعددة من صورة أساسية واحدة وسيتشاركون القواسم المشتركة للمجموعة.

تتكون صور Docker من طبقات، وتتوافق كل طبقة مع إصدار من الصورة. وكلما أجرى مطور تغييرات على صورة ما، تُنشأ طبقة علوية جديدة، وتحل هذه الطبقة العلوية محل الطبقة العلوية السابقة كإصدار حالي للصورة. ويُحتفظ بالطبقات السابقة لحالات التراجع أو لإعادة استخدامها في مشروعات أخرى.

في كل مرة تُنشأ فيها حاوية من صورة Docker، تُنشأ طبقة جديدة إضافية تُعرف باسم طبقة الحاوية. وتُحفظ التغييرات التي تُجرى على الحاوية، مثل إضافة الملفات أو حذفها، في طبقة الحاوية، ولا تستمر هذه التغييرات إلا أثناء تشغيل الحاوية.

تزيد عملية إنشاء الصورة التكرارية هذه من الكفاءة الإجمالية حيث يمكن تشغيل عدة مثيلات حاوية مباشرة من صورة أساسية واحدة. وعندما يفعلون ذلك، يستخدمون مجموعة مشتركة.

بناء Docker: بناء Docker هو أمر يحتوي على أدوات وميزات لبناء صور Docker.

Dockerfile: تبدأ كل حاوية من حاويات Docker بملف نصي بسيط يحتوي على تعليمات حول كيفية بناء صورة حاوية Docker. يجعل Dockerfile عملية إنشاء صور Docker آلية. إنه في الأساس قائمة بتعليمات واجهة سطر الأوامر التي سيشغلها Docker Engine لتجميع الصورة. قائمة أوامر Docker واسعة ولكنها موحدة: تعمل عمليات Docker بالطريقة نفسها بغض النظر عن المحتويات أو البنية التحتية أو متغيرات البيئة الأخرى.

وثائق Docker: تشير وثائق Docker، أو مستندات Docker، إلى مكتبة Docker الرسمية للموارد والأدلة والإرشادات الخاصة ببناء التطبيقات في حاويات.

Docker Hub: Docker Hub⁶ هو المستودع العام لصور Docker، ويطلق على نفسه أكبر مكتبة ومجتمع لصور الحاويات في العالم⁷. يحتوي على أكثر من 100000 صورة حاوية مصدرها موردو البرامج التجارية والمشروعات مفتوحة المصدر والمطورون الأفراد. يتضمن Docker Hub صورًا أنتجتها شركة .Docker, Inc وصورًا معتمدة تنتمي إلى Docker Trusted Registry وآلاف الصور الأخرى.

يمكن لجميع مستخدمي Docker Hub مشاركة صورهم حسب الرغبة. ويمكنهم أيضًا تنزيل الصور الأساسية المحددة مسبقًا من نظام ملفات Docker كنقطة انطلاق لأي مشروع نقل بالحاويات.

توجد مستودعات صور أخرى، بما في ذلك GitHub⁸. GitHub هي خدمة استضافة مستودعات معروفة جيدًا لأدوات تطوير التطبيقات وكمنصة تعزز التعاون والتواصل. يمكن لمستخدمي Docker Hub إنشاء مستودع (repo) الذي بإمكانه احتواء العديد من الصور. ويمكن أن يكون المستودع عامًا أو خاصًا ومرتبطًا بحسابات GitHub أو BitBucket.

سطح مكتب :Docker DesktopDocker هو تطبيق لنظام التشغيل Mac أو Windows يتضمن Docker Engine وعميل Docker CLI و Docker Compose و Kubernetes وغيرها. كما يوفر الوصول إلى Docker Hub.

سجل Docker: سجل Docker هو نظام تخزين وتوزيع مفتوح المصدر قابل للتوسع لصور Docker. وهو يمكّن المطورين من تتبع إصدارات الصور في المستودعات باستخدام الوسم لتحديد الهوية. ويتم هذا التتبع والتعريف باستخدام Git، وهي أداة للتحكم في الإصدار.

مكونات Docker الإضافية: يستخدم المطورون المكونات الإضافية لجعل Docker Engine أكثر فاعلية. يوجد العديد من مكونات Docker الإضافية التي تدعم التخويل ووحدة التخزين والشبكة في نظام المكونات الإضافية لمحرك Docker Engine؛ ويمكن تحميل المكونات الإضافية لجهات خارجية أيضًا.

إضافات Docker: تمكّن إضافات Docker المطورين من استخدام أدوات الطرف الثالث داخل Docker Desktop لتوسيع وظائفه. تتضمن إضافات أدوات المطورين تطوير تطبيق Kubernetes، والأمان، وقابلية الملاحظة وغيرها.

Docker Compose: يمكن للمطورين استخدام Docker Compose لإدارة التطبيقات متعددة الحاويات، حيث تعمل كل الحاويات على مضيف Docker نفسه. ينشئ Docker Compose ملف YAML (.YML) يحدد الخدمات المضمنة في التطبيق ويمكنه نشر الحاويات وتشغيلها بأمر واحد. ونظرًا لأن بناء جملة YAML لا يعتمد على اللغة، يمكن استخدام ملفات YAML في البرامج المكتوبة بلغة Java و Python و Ruby والعديد من اللغات الأخرى.

يمكن للمطورين أيضًا استخدام Docker Compose لتحديد وحدات التخزين الثابتة للتخزين وتحديد العقد الأساسية وتوثيق تبعيات الخدمة وتكوينها.

عند تشغيل عدد قليل من الحاويات، فإن إدارة تطبيق ما داخل Docker Engine، وهو وقت التشغيل الفعلي في الصناعة، أمر بسيط للغاية. ومع ذلك، بالنسبة لعمليات النشر التي تضم آلاف الحاويات ومئات الخدمات، يكاد يكون من المستحيل مراقبة دورات حياة الحاويات وإدارتها من دون أداة لتنسيق الحاويات .

بينما يتضمن Docker أداة التنسيق الخاصة به (تسمى Docker Swarm)، فإن Kubernetes هو معيار الصناعة. تشمل منصات تنسيق الحاويات الشائعة الأخرى Apache Mesos وNomad.

Kubernetes هي منصة مفتوحة المصدر لتنسيق الحاويات منبثقة من Borg، وهو مشروع طُور للاستخدام الداخلي في Google. يعمل Kubernetes، الذي طُرح للجمهور في عام 2014، على جدولة وأتمتة المهام التي تُعد جزءًا لا يتجزأ من إدارة البنى القائمة على الحاويات، بما في ذلك نشر الحاويات والتحديثات واكتشاف الخدمات وتوفير التخزين وموازنة الأحمال ومراقبة السلامة وغير ذلك. وفي عام 2015، تبرعت Google بمنصة Kubernetes إلى مؤسسة حوسبة السحابة الأصلية (CNCF)⁹، وهي مركز مفتوح المصدر ومحايد للموردين لحوسبة السحابة الأصلية.

بالإضافة إلى ذلك، فإن النظام البنائي المفتوح المصدر لأدوات Kubernetes، بما في ذلك  Istio و Knative  و Tekton، يمكّن المؤسسات من نشر منصة عالية الإنتاجية كخدمة (PaaS) للتطبيقات في حاويات. كما يوفر هذا النظام البنائي أيضًا طريقًا أسرع للحوسبة من دون خادم.

مبادرة الحاويات المفتوحة (OCI)¹⁰ ، التي تأسست في عام 2015 بعد أن تبرعت شركة Docker بمواصفات صورة الحاوية ورمز وقت التشغيل runc، هي مشروع تابع لمؤسسة Linux ملتزم بإنشاء معايير مفتوحة للصناعة حول تنسيق صورة الحاوية ووقت تشغيلها. تتألف مبادرة الحاويات المفتوحة من شركات رائدة، بما في ذلك Docker وIBM و®Red Hat. وهي تدعم الابتكار وتساعد المؤسسات على تجنب الاحتكار لمنتج معين.

على الرغم من أن Docker هي أكثر تقنيات الحاويات شهرةً واستخدامًا، إلا أن النظام البنائي الأوسع نطاقًا قد وحَّد معايير الحاويات على containerd والبدائل الأخرى، بما في ذلك LXC وCRI-O وPodman وغيرها. في عام 2017، تبرعت شركة Docker بمشروع containerd إلى مؤسسة حوسبة السحابة الأصلية. Containerd هو وقت تشغيل حاوية قياسي في الصناعة يستخدم runc وهو وقت تشغيل الحاوية الأساسي لمحرك Docker Engine.

يتطلب التعقيد الذي يحيط بأحمال التشغيل في الحاويات تنفيذ ضوابط الأمان التي تحمي الحاويات وبنيتها التحتية الأساسية وصيانتها. صُممت ممارسات أمان حاويات Docker لحماية التطبيقات في حاويات من المخاطر مثل حالات اختراق الأمن والبرامج الضارة والجهات سيئة النية.

نظرًا لأن حاويات Docker معزولة عن بعضها وعن النظام المضيف، فإنها تمتلك مستوى أمانًا متأصلاً في تصميمها. ومع ذلك، فإن هذا العزل ليس مطلقًا. يتمحور أمان Docker حول إطار عمل ثقة صفرية شامل يشمل وقت تشغيل الحاويات وبناءها وتنسيقها.

أدت الحاجة إلى أمان Docker وغيره من التقنيات المرتبطة بالحاويات إلى زيادة انتشار DevSecOps وهو نهج أمني يؤتمت دمج ممارسات الأمان في كل مرحلة من مراحل دورة حياة تطوير البرمجيات، بدءًا من التصميم الأولي مرورًا بالتكامل والاختبار والتسليم والنشر. كما تشمل أفضل ممارسات أمان Docker أدوات وحلول أمان الحاويات التابعة لجهات خارجية، بما في ذلك أدوات الفحص والمراقبة، التي تستطيع اكتشاف مشكلات الأمان قبل تأثيرها في بيئات الإنتاج.