Grundlagen der Virtualisierung

Bare Metal

Bevor Virtualisierung erfunden wurde, liefen alle Programme direkt auf dem Host-System. Die Terminologie, die viele Leute dafür verwenden, ist "Bare Metal". Du bist wahrscheinlich mit dem Betrieb auf Bare Metal vertraut, denn das ist es, was du tust, wenn du ein Programm auf deinen Laptop/Desktop-Computer installierst.

Bei einem Bare-Metal-System werden das Betriebssystem, Binärdateien/Bibliotheken und Anwendungen direkt auf die physische Hardware installiert und ausgeführt.

Das ist einfach zu verstehen und der direkte Zugriff auf die Hardware kann für spezifische Konfigurationen nützlich sein, kann aber zu folgenden Problemen führen:

• Viele Abhängigkeitskonflikte.
• Niedrige Nutzungseffizienz.
• Grosser Wirkungsradius von Änderungen.
• Langsames Starten und Herunterfahren (Minuten).
• Sehr langsames Bereitstellen neuer Systeme (Stunden bis Tage).

Virtuelle Maschinen

Virtuelle Maschinen verwenden ein System namens "Hypervisor", das die Ressourcen des Hosts in mehrere isolierte virtuelle Hardwarekonfigurationen aufteilen kann, die dann wie eigene Systeme behandelt werden können (jeweils mit einem Betriebssystem, Binärdateien/Bibliotheken und Anwendungen).

Dies hilft, einige der Herausforderungen zu verbessern, die Bare Metal mit sich bringt:

• Keine Abhängigkeitskonflikte.
• Bessere Nutzungseffizienz.
• Kleiner Wirkungsradius von Änderungen.
• Schnelleres Starten und Herunterfahren (Minuten).
• Schnelleres Bereitstellen neuer Systeme (Minuten).

Container

Container ähneln virtuellen Maschinen insofern, als sie eine isolierte Umgebung für die Installation und Konfiguration von Binärdateien/Bibliotheken bieten, aber anstatt auf Hardwareebene zu virtualisieren, nutzen Container native Linux-Funktionen (cgroups + namespaces), um diese Isolation zu bieten und dennoch denselben Kernel zu teilen.

Dieser Ansatz führt dazu, dass Container "leichtgewichtiger" sind als virtuelle Maschinen, aber nicht dasselbe Niveau an Isolation bieten:

• Keine Abhängigkeitskonflikte.
• Noch bessere Nutzungseffizienz.
• Kleiner Wirkungsradius von Änderungen.
• Noch schnelleres Starten und Herunterfahren (Sekunden).
• Noch schnelleres Bereitstellen, Starten und Stoppen (Sekunden).
• Leicht genug, um in der Entwicklung verwendet zu werden!

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• Unterstützt als GUI nur Web-Technologien!

Containerisierung von Anwendungen

In der heutigen Softwareentwicklung gibt es viele verschiedene Möglichkeiten, wie wir Anwendungen erstellen und bereitstellen können. Eine beliebte Methode ist die Containerisierung. Aber was bedeutet das genau, und warum ist es sinnvoll? Lass uns das einfach erklären.

Was ist Containerisierung?

Containerisierung ist eine Technik, bei der eine Anwendung und all ihre benötigten Teile – wie Bibliotheken und Abhängigkeiten – in einem sogenannten "Container" verpackt werden. Man kann sich einen Container wie eine kleine, abgeschottete Box vorstellen, die alles enthält, was die Anwendung braucht, um zu funktionieren.

Vorteile der Containerisierung

• Portabilität: Container können auf verschiedenen Computern und in verschiedenen Umgebungen ausgeführt werden, ohne dass man sich um Unterschiede in der Software oder Hardware kümmern muss. Das bedeutet, dass eine Anwendung, die auf einem Entwickler-PC funktioniert, auch problemlos auf einem Server oder in der Cloud laufen kann.
• Konsistenz: Da alle benötigten Teile in einem Container enthalten sind, gibt es weniger Probleme mit "funktioniert auf meinem Computer"-Situationen. Jeder, der die Anwendung ausführt, hat die gleiche Umgebung, was die Zusammenarbeit im Team erleichtert.
• Ressourcenschonend: Container sind leichtgewichtig und benötigen weniger Ressourcen als traditionelle virtuelle Maschinen. Das bedeutet, dass man mehr Container auf einem einzigen Server ausführen kann, was die Effizienz erhöht.
• Einfache Skalierung: Wenn eine Anwendung mehr Nutzer hat und mehr Leistung benötigt, kann man einfach zusätzliche Container starten. Das geht schnell und einfach, ohne dass man die gesamte Anwendung neu installieren muss.
• Schnelle Bereitstellung: Container können in wenigen Sekunden gestartet oder gestoppt werden. Das beschleunigt den Entwicklungsprozess und ermöglicht es, neue Funktionen schneller bereitzustellen.
• Isolation: Container laufen isoliert voneinander. Das bedeutet, dass Probleme in einem Container nicht die anderen Container oder die gesamte Anwendung beeinträchtigen. Wenn ein Container abstürzt, bleibt der Rest der Anwendung weiterhin funktionsfähig.
• Einfachere Entwicklung: Durch die Verwendung von Containern können Entwickler ihre Anwendungen in einer einheitlichen Umgebung erstellen und testen. Das bedeutet, dass sie sich weniger um die spezifischen Einstellungen und Konfigurationen der verschiedenen Systeme kümmern müssen. Sie können sich auf das Schreiben von Code konzentrieren, ohne sich ständig Gedanken darüber machen zu müssen, ob die Anwendung auf einem anderen Computer oder in einer anderen Umgebung genauso funktioniert.

Limitationen

Da Container kein natives GUI besitzen ist es nicht möglich Desktop-Applikationen zu Containerisieren. Das GUI wird in Container üblicherweise als Webapplikation bereitgestellt. Dies hat den Vorteil, dass es Plattformunabhängig funktioniert.

Da HTML Plattformunabhängig ist, bringt es den Nachteil mit sich, dass das GUI keine natives Erlebnis bietet und sich nicht nahtlos ins Betriebssystem einbindet.

Auch sind Applikationen wie Spiele sowie für die Foto/Video-Bearbeitung in Webtechnologien schwierig umzusetzen. Hier wird jedoch mittelfristig mit WebAssembly erstaunliches funktionieren.

Fazit

Die Containerisierung von Applikationen bietet viele Vorteile, die die Entwicklung, Bereitstellung und Verwaltung von Software einfacher und effizienter machen. Sie sorgt dafür, dass Anwendungen überall gleich funktionieren, spart Ressourcen und ermöglicht eine schnelle Anpassung an neue Anforderungen. Für Anfänger in der Softwareentwicklung ist es eine wertvolle Technik, die das Arbeiten mit Anwendungen erheblich erleichtert.