Hệ Sinh Thái Docker: Tìm Hiểu Các Thành Phần Phổ Biến và Ứng Dụng Thực Tế

Containerization, hay đóng gói container, là quá trình triển khai và phân phối ứng dụng một cách linh hoạt và dễ dàng dự đoán. Quá trình này giúp đóng gói tất cả các thành phần và phụ thuộc của ứng dụng vào các môi trường tiến trình tiêu chuẩn, nhẹ và cách ly, gọi là container. Hiện nay, nhiều tổ chức chú trọng đến việc phát triển các ứng dụng và dịch vụ có thể triển khai dễ dàng trên các hệ thống phân tán, giúp tăng khả năng mở rộng linh hoạt và đảm bảo tính ổn định, giảm thiểu tác động của sự cố máy móc hoặc lỗi ứng dụng. Docker, một nền tảng containerization mạnh mẽ, đã ra đời với mục tiêu đơn giản hóa và chuẩn hóa quy trình triển khai trên các môi trường khác nhau. Docker đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy xu hướng thiết kế và quản lý dịch vụ này, đồng thời, hàng loạt phần mềm đã được phát triển để chạy hiệu quả trong hệ sinh thái container phân tán.

Để triển khai Docker hiệu quả, việc lựa chọn VPS giá rẻ là giải pháp tối ưu cho các nhà phát triển. Với chi phí thấp, bạn vẫn đảm bảo hiệu suất cao, phù hợp chạy container. Khám phá ngay danh mục VPS giá rẻ của chúng tôi để bắt đầu dự án của bạn!

Docker và đóng gói Container

Docker là phần mềm containerization phổ biến nhất hiện nay. Trong khi có những hệ thống đóng gói container khác tồn tại, Docker làm cho việc tạo và quản lý container trở nên đơn giản và tích hợp tốt với nhiều dự án mã nguồn mở.

Trong hình minh họa bên dưới (dưới dạng tóm tắt đơn giản), bạn có thể thấy được mối quan hệ giữa các container và hệ thống chủ (host). Các container cách ly từng ứng dụng riêng lẻ và sử dụng tài nguyên của hệ điều hành đã được Docker trừu tượng hóa. Ở góc nhìn “phân lớp” (exploded view) bên phải, chúng ta nhận thấy các container có thể được xây dựng theo dạng “layering”, tức là nhiều container có thể chia sẻ các lớp nền tảng, giúp giảm thiểu việc sử dụng tài nguyên.

Ưu điểm chính của Docker là:

• Tiết kiệm tài nguyên: Thay vì ảo hóa toàn bộ hệ điều hành, container chỉ cách ly ở cấp độ tiến trình và sử dụng kernel của hệ thống chủ.
• Tính di động: Tất cả các phụ thuộc cho một ứng dụng được đóng gói bên trong container, cho phép nó chạy trên bất kỳ máy chủ Docker nào.
• Tính dự đoán: Hệ thống chủ không cần quan tâm ứng dụng đang chạy bên trong container và container cũng không phụ thuộc vào máy chủ nó đang chạy. Các giao diện (interfaces) đã được tiêu chuẩn hóa và các tương tác trở nên dễ dự đoán.

Thông thường, khi thiết kế một ứng dụng hoặc dịch vụ sử dụng Docker, cách làm việc hiệu quả nhất là tách biệt các chức năng thành từng container riêng lẻ – một quyết định thiết kế được gọi là kiến trúc hướng dịch vụ (service-oriented architecture). Điều này cho phép bạn dễ dàng mở rộng hoặc cập nhật các thành phần một cách độc lập trong tương lai. Chính tính linh hoạt này là một trong những lý do khiến Docker trở nên hấp dẫn cho cả phát triển lẫn triển khai ứng dụng.

Để tìm hiểu thêm về việc đóng gói container với Docker, hãy nhấp vào đây.

Phát hiện dịch vụ và kho lưu trữ cấu hình toàn cầu

Service discovery là một thành phần trong chiến lược tổng thể nhằm làm cho các triển khai container có thể mở rộng và linh hoạt hơn. Service discovery được sử dụng để các container có thể tự nhận biết môi trường mà chúng được đưa vào mà không cần sự can thiệp của quản trị viên. Nhờ đó, chúng có thể lấy thông tin kết nối của các thành phần mà chúng cần tương tác và đồng thời đăng ký chính mình để các công cụ khác biết rằng chúng đang sẵn sàng hoạt động. Những công cụ này thường hoạt động như các kho lưu trữ cấu hình phân tán trên toàn cầu, nơi mà các cài đặt cấu hình tuỳ ý cho các dịch vụ trong hạ tầng của bạn có thể được thiết lập.

Trong hình minh họa bên trên, bạn có thể thấy một ví dụ về quy trình mà một ứng dụng đăng ký thông tin kết nối của mình với hệ thống service discovery. Một khi đã đăng ký, các ứng dụng khác có thể truy vấn dịch vụ này để biết cách kết nối tới ứng dụng đó.

Các công cụ này thường được triển khai dưới dạng các kho lưu trữ key-value đơn giản, được phân phối trên các máy chủ trong một môi trường cụm . Thông thường, các kho lưu trữ key-value này cung cấp một HTTP API để truy cập và thiết lập các giá trị. Một số công cụ còn bao gồm các biện pháp bảo mật bổ sung như mã hóa các entry hoặc cơ chế kiểm soát truy cập. Các kho lưu trữ phân tán là yếu tố thiết yếu trong việc quản lý các máy chủ Docker phân tán, bên cạnh chức năng chính là cung cấp các chi tiết tự cấu hình cho các container mới.

Một số trách nhiệm chính của các kho lưu trữ service discovery là:

• Cho phép các ứng dụng lấy thông tin cần thiết để kết nối với các dịch vụ mà chúng phụ thuộc.
• Cho phép các dịch vụ đăng ký thông tin kết nối của chúng cho mục đích trên.
• Cung cấp một vị trí có thể truy cập toàn cầu để lưu trữ dữ liệu cấu hình tuỳ ý.
• Lưu trữ thông tin về các thành viên của cụm theo nhu cầu của bất kỳ phần mềm quản lý cụm nào.

Một số công cụ service discovery và dự án liên quan phổ biến là:

• etcd: công cụ service discovery / kho lưu trữ key-value phân tán toàn cầu
• consul: công cụ service discovery / kho lưu trữ key-value phân tán toàn cầu
• zookeeper: công cụ service discovery / kho lưu trữ key-value phân tán toàn cầu
• crypt: dự án để mã hóa các entry trong etcd
• confd: theo dõi thay đổi trong kho key-value và kích hoạt việc cấu hình lại các dịch vụ với giá trị mới

Để tìm hiểu thêm về service discovery với Docker, hãy truy cập hướng dẫn của chúng tôi tại đây.

Công cụ mạng

Các ứng dụng được container hóa có xu hướng được thiết kế theo phong cách hướng dịch vụ, khuyến khích việc tách rời chức năng thành các thành phần riêng biệt. Mặc dù điều này giúp cho việc quản lý và mở rộng trở nên dễ dàng hơn, nó cũng đòi hỏi sự đảm bảo về tính năng và độ tin cậy của kết nối mạng giữa các thành phần. Docker cung cấp những cấu trúc mạng cơ bản cần thiết cho việc giao tiếp giữa container với container cũng như giữa container với máy chủ chủ.

Khả năng mạng gốc của Docker cung cấp hai cơ chế để kết nối các container với nhau:

1. Cách đầu tiên: là mở cổng của container và ánh xạ đến hệ thống chủ để định tuyến từ bên ngoài. Bạn có thể lựa chọn cổng trên máy chủ chủ để ánh xạ hoặc cho phép Docker tự động chọn một cổng cao, không sử dụng. Đây là cách chung để cung cấp quyền truy cập vào một container, hoạt động hiệu quả cho hầu hết các trường hợp.

2. Cách thứ hai: cho phép các container giao tiếp với nhau bằng cách sử dụng “links” của Docker. Một container được liên kết sẽ nhận được thông tin kết nối của container đối tác, cho phép nó tự động kết nối nếu được cấu hình để theo dõi các biến đó. Phương pháp này cho phép các container trên cùng một máy chủ liên lạc mà không cần biết trước cổng hay địa chỉ nơi dịch vụ được đặt.

Cấp độ mạng cơ bản này phù hợp với các môi trường sử dụng một máy chủ hoặc được quản lý chặt chẽ. Tuy nhiên, hệ sinh thái Docker đã phát triển nhiều dự án tập trung vào việc mở rộng các tính năng mạng cho người vận hành và các nhà phát triển. Một số tính năng mạng bổ sung có thể có thông qua các công cụ khác bao gồm:

• Mạng overlay để đơn giản hóa và thống nhất không gian địa chỉ trên nhiều máy chủ.
• Mạng riêng ảo (VPN) được điều chỉnh nhằm cung cấp giao tiếp an toàn giữa các thành phần khác nhau.
• Gán subnet riêng cho từng máy chủ hoặc từng ứng dụng.
• Thiết lập giao diện macvlan cho việc giao tiếp.
• Cấu hình các địa chỉ MAC, gateway, … tùy chỉnh cho các container của bạn.

Một số dự án cải tiến mạng Docker bao gồm:

• flannel: mạng overlay cung cấp cho mỗi máy chủ một subnet riêng.
• weave: mạng overlay gộp tất cả các container vào một mạng duy nhất.
• pipework: bộ công cụ mạng tiên tiến cho những cấu hình mạng phức tạp tùy ý.

Để có cái nhìn sâu hơn về các phương pháp tiếp cận khác nhau trong việc kết nối mạng với Docker, hãy nhấp vào đây.

Lập lịch, quản Lý cụm và điều phối

Một thành phần khác cần thiết khi xây dựng môi trường container theo cụm là bộ lập lịch. Bộ lập lịch chịu trách nhiệm khởi chạy các container trên các máy chủ khả dụng.

Hình minh họa phía trên mô tả một quyết định lập lịch đơn giản. Yêu cầu được gửi qua một API hoặc công cụ quản lý. Từ đó, bộ lập lịch đánh giá điều kiện của yêu cầu và trạng thái của các máy chủ khả dụng. Trong ví dụ này, nó thu thập thông tin về mật độ container từ một kho dữ liệu phân tán / hệ thống service discovery (như đã bàn ở phần trên) để có thể đặt ứng dụng mới lên máy chủ bận ít nhất.

Quy trình lựa chọn máy chủ này là một trong những trách nhiệm cốt lõi của bộ lập lịch. Thông thường, nó có các chức năng tự động hóa quá trình này, với tùy chọn cho quản trị viên chỉ định các ràng buộc cụ thể. Một số ràng buộc có thể bao gồm:

• Đặt container trên cùng một máy chủ với một container khác nhất định.
• Đảm bảo container không được đặt trên cùng một máy chủ với một container khác đã cho.
• Đặt container trên máy chủ có nhãn hoặc metadata phù hợp.
• Đặt container trên máy chủ bận ít nhất.
• Chạy container trên mọi máy chủ trong cụm.

Bộ lập lịch chịu trách nhiệm tải container lên các máy chủ phù hợp và quản lý quá trình khởi chạy, dừng cũng như vòng đời của tiến trình. Vì bộ lập lịch phải tương tác với từng máy chủ trong nhóm, các chức năng quản lý cụm cũng thường được tích hợp. Các chức năng này cho phép bộ lập lịch thu thập thông tin về các thành viên và thực hiện các tác vụ quản trị. Trong ngữ cảnh này, “orchestration” (điều phối) thường đề cập đến sự kết hợp giữa lập lịch container và quản lý máy chủ.

Một số dự án phổ biến hoạt động như bộ lập lịch và công cụ quản lý cụm là:

• fleet: công cụ lập lịch và quản lý cụm.
• marathon: công cụ lập lịch và quản lý dịch vụ.
• Swarm: công cụ lập lịch và quản lý dịch vụ.
• mesos: dịch vụ trừu tượng hóa máy chủ, tập hợp tài nguyên của các máy chủ cho bộ lập lịch.
• kubernetes: bộ lập lịch tiên tiến có khả năng quản lý nhóm container.
• compose: công cụ điều phối container dùng để tạo nhóm container.

Để tìm hiểu thêm về lập lịch cơ bản, nhóm container và phần mềm quản lý cụm cho Docker, hãy nhấp vào đây.

Kết luận

Hiện tại, bạn đã có cái nhìn tổng quan về các phần mềm trong hệ sinh thái Docker và hiểu rõ chức năng của chúng. Docker, cùng với các dự án hỗ trợ, cung cấp một chiến lược quản lý, thiết kế và triển khai phần mềm giúp mở rộng quy mô một cách hiệu quả. Bằng cách nắm vững và tận dụng các tính năng của những công cụ này, bạn có thể triển khai các ứng dụng phức tạp một cách linh hoạt và dễ dàng đáp ứng các yêu cầu hoạt động đa dạng.

Khi sử dụng Docker, một môi trường mạnh mẽ là yếu tố then chốt. Thuê VPS giúp bạn dễ dàng triển khai các container với cấu hình linh hoạt, đáp ứng mọi nhu cầu. Hãy truy cập danh mục Thuê VPS để tìm giải pháp phù hợp và nâng cao hiệu quả dự án!