داکر چیست؛ کاربردهای مهم + مزایا و معایب

داکر چیست؛ داکر یک پلتفرم متن‌باز برای ساخت، اجرا و مدیریت کانتینرهای نرم‌افزاری است؛ چیزی شبیه یک جعبه‌ی سبک و قابل حمل که برنامه را با تمام وابستگی‌هایش درون خود نگه می‌دارد. این تکنولوژی مانند کانتینرهای حمل‌ونقل دریایی، توسعه و اجرای نرم‌افزارها را در هر محیطی ساده و سریع می‌کند. در این مقاله، ابتدا تعریف دقیق داکر و نحوه عملکرد آن را بررسی می‌کنیم، سپس کاربردها، مزایا، معایب و نقش آن در دنیای مدرن نرم‌افزار را توضیح خواهیم داد.

داکر چیست؟

Docker یک پلتفرم متن‌باز است که به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد تا «کانتینرهایی استاندارد و قابل‌اجرا» برای اپلیکیشن‌های خود ایجاد، اجرا، به‌روزرسانی و مدیریت کنند. این کانتینرها شامل کد برنامه، کتابخانه‌ها و وابستگی‌های سیستم‌عامل هستند و به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در هر محیطی بدون وابستگی اجرا شوند. واژه‌ی «Docker» معمولاً به موتور اجرایی آن یعنی Docker Engine اشاره دارد، اما هم‌زمان به شرکت Docker Inc. و پروژه متن‌باز مربوط به آن نیز اشاره می‌کند. با توجه به رشد توسعه‌ی مبتنی بر ابر (Cloud-Native) و محیط‌های چندابری ترکیبی (Hybrid Multicloud)، استفاده از کانتینرها برای ساخت اپ‌های توزیع‌شده بسیار محبوب شده است. اگرچه ایجاد کانتینر بدون Docker نیز ممکن است، اما Docker این روند را بسیار سریع‌تر، ساده‌تر و قابل مدیریت‌تر می‌کند. طبق گزارش‌ها، ماهانه بیش از «۲۰ میلیون توسعه‌دهنده» از Docker استفاده می‌کنند که نشان‌دهنده‌ی نقش حیاتی آن در توسعه‌ی مدرن به‌ویژه در معماری «Microservices» است.

داکر چگونه کار می‌کند؟

Docker یک پلتفرم اجرایی است که فرآیند «بسته‌بندی، آماده‌سازی و اجرای کانتینرها» را بر عهده دارد. در این فرآیند، هر کانتینر شامل سرویس یا ماژولی از اپلیکیشن به‌همراه تمام فایل‌های پیکربندی، کتابخانه‌ها و وابستگی‌های موردنیاز است. کانتینرها به‌جای اجرای جداگانه سیستم‌عامل، به‌طور مشترک از هسته‌ی یک OS استفاده می‌کنند و همین موضوع باعث «کاهش مصرف منابع» و افزایش «سرعت اجرا» می‌شود. داکر با استفاده از مکانیزم‌های «Resource Isolation» در کرنل سیستم‌عامل، امکان اجرای هم‌زمان چندین کانتینر روی یک ماشین را بدون تداخل فراهم می‌سازد. برخلاف ماشین‌های مجازی (VM) که به یک سیستم‌عامل کامل نیاز دارند، Docker سبک‌تر و کاراتر عمل می‌کند. ایمیج‌های Docker تمامی وابستگی‌ها را در خود دارند و به همین دلیل کانتینرها در محیط‌های مشابه بدون تغییر اجرا می‌شوند. داکر ابتدا برای پلتفرم لینوکس طراحی شد، اما اکنون از سیستم‌عامل‌هایی مانند Windows ،macOS و پلتفرم‌های ابری مانند AWS و Azure نیز پشتیبانی می‌کند.

کاربردهای کلیدی داکر چیست؟

۱. استقرار مداوم نرم‌افزار

یکی از مهم‌ترین کاربردهای Docker، تسهیل در «استقرار مداوم» کد در فرآیند CI/CD است. برخلاف اپلیکیشن‌های سنتی که حجیم و کند هستند، کانتینرها با سرعت بالا در چند ثانیه قابل استقرار هستند. تیم‌های DevOps می‌توانند به‌سرعت تغییرات کد را در محیط تست یا تولید اعمال و منتشر کنند، بدون آن‌که نیاز به راه‌اندازی مجدد کامل سیستم باشد.

۲. ساخت معماری میکروسرویس

Docker برای طراحی و اجرای معماری‌های مبتنی بر «Microservice» ایده‌آل است. هر سرویس به‌صورت جداگانه در یک کانتینر اجرا می‌شود، که استقلال، مقیاس‌پذیری و نگهداری آسان‌تری را فراهم می‌سازد. سپس با ابزارهای مدیریت کانتینر مانند «Docker Swarm» یا Kubernetes، این سرویس‌ها به یک اپلیکیشن واحد متصل می‌شوند و ساختار توزیع‌شده‌ای ایجاد می‌کنند.

۳. مهاجرت نرم‌افزارهای قدیمی

برای توسعه‌دهندگانی که به‌دنبال مدرن‌سازی نرم‌افزارهای قدیمی هستند، Docker ابزاری قدرتمند است. بدون بازنویسی کامل برنامه، می‌توان اپلیکیشن‌های سنتی را درون کانتینرها بسته‌بندی کرد و آن‌ها را به محیط زیرساختی مدرن منتقل کرد. این کار به حفظ عملکرد برنامه در کنار ارتقاء قابلیت‌های زیرساختی کمک می‌کند.

۴. اجرای چندابری و هیبریدی

کانتینرهای Docker در هر محیطی چه «On-Premise» و چه در فضای ابری به‌صورت یکسان اجرا می‌شوند. این ویژگی باعث می‌شود بتوان اپلیکیشن‌ها را بین پلتفرم‌های ابری مختلف جابه‌جا کرد. نتیجه این است که اپ‌های Docker می‌توانند در قالب یک راهکار «Hybrid Cloud» یا «Multi-Cloud» عمل کرده و انعطاف‌پذیری بالایی در استقرار داشته باشند.

معماری داکر و ابزارهای کلیدی

پلتفرم Docker از مجموعه‌ای از ابزارها و مؤلفه‌ها تشکیل شده که در کنار هم، فرآیند «ساخت، اجرا، مدیریت و مقیاس‌پذیری اپلیکیشن‌های کانتینری» را امکان‌پذیر می‌سازند. این معماری به‌صورت ماژولار طراحی شده و به توسعه‌دهندگان و تیم‌های عملیاتی کمک می‌کند که محیطی سازگار، ایمن و منعطف برای اجرای برنامه‌ها ایجاد کنند. در ادامه، با اجزای مهم این معماری آشنا می‌شویم:

Docker Engine

«Docker Engine» قلب تپنده‌ی این معماری است؛ سرویسی که تمام عملیات ساخت، مدیریت و اجرای کانتینرها را انجام می‌دهد. این موتور شامل یک «دایمن (Daemon)» سمت سرور و یک «رابط خط فرمان (CLI)» سمت کاربر است. از طریق CLI یا API داکر، می‌توان دستورات لازم را به دایمن ارسال کرد و کانتینرها را کنترل نمود.

Dockerfile و Docker Compose

«Dockerfile» فایلی متنی است که مراحل ساخت یک کانتینر را مشخص می‌کند؛ از نصب پکیج‌ها تا اجرای دستورات. این فایل نقشه‌ی ساخت اپلیکیشن شما در قالب کانتینر محسوب می‌شود. ابزار «Docker Compose» نیز برای اجرای چند کانتینر به‌صورت هم‌زمان استفاده می‌شود. با یک فایل YAML ساده می‌توان معماری کل یک اپلیکیشن چندسرویسی را تعریف کرد.

Docker Hub

«Docker Hub» به‌عنوان یک ریجیستری ابری، بستری برای انتشار و دریافت کانتینرهاست. کاربران می‌توانند از میان بیش از ۱۰۰ هزار ایمیج آماده استفاده کنند یا کانتینرهای خود را در فضای عمومی یا خصوصی منتشر نمایند. این سرویس مشابه GitHub برای کانتینرها عمل می‌کند.

Docker Trusted Registry

برای سازمان‌هایی که به امنیت و کنترل بیشتر نیاز دارند، «Trusted Registry» پیشنهاد می‌شود. این ابزار نسخه‌ای ایمن‌تر از Docker Hub است که در محیط داخلی سازمان نصب شده و امکان نظارت دقیق‌تری بر چرخه‌ی انتشار و دسترسی به ایمیج‌ها را فراهم می‌کند.

Docker Swarm

«Swarm» قابلیت خوشه‌بندی داخلی داکر است که منابع چند سرور را به یک کلاستر تبدیل می‌کند. در این حالت، چند میزبان داکر به‌صورت یکپارچه مدیریت می‌شوند و امکان اجرای هم‌زمان و مقیاس‌پذیر کانتینرها روی آن‌ها فراهم می‌شود. این ویژگی برای استقرار گسترده‌ بسیار کاربردی است.

Universal Control Plane (UCP)

«UCP» یک داشبورد مدیریتی تحت وب است که امکان مدیریت سرویس‌ها، کانتینرها، نودها و کاربران را در یک محیط گرافیکی فراهم می‌کند. این ابزار بیشتر در نسخه‌های Enterprise استفاده می‌شود و برای تیم‌های عملیاتی حرفه‌ای طراحی شده است.

Docker Content Trust

امنیت در داکر با ابزار «Content Trust» تضمین می‌شود. این ابزار با استفاده از امضای دیجیتال، از صحت و اصالت ایمیج‌هایی که از ریجیستری دریافت می‌شوند اطمینان حاصل می‌کند. این یعنی تنها ایمیج‌هایی که از سوی منابع معتبر منتشر شده‌اند، اجازه اجرا دارند.

نسخه‌های Docker و ویژگی‌های کلیدی آن

پلتفرم Docker در طول سال‌ها با نسخه‌های مختلفی منتشر شده که هر یک قابلیت‌های جدیدی را برای کاربران فراهم کرده‌اند. نسخه‌ی Docker Enterprise 1.13 که در ژانویه ۲۰۱۷ معرفی شد، پشتیبانی از «سازگاری معکوس» (backward compatibility) برای CLI را اضافه کرد تا دستورات جدید با daemonهای قدیمی نیز سازگار باشند. همچنین ابزارهایی برای مدیریت بهتر فضای دیسک، امنیت بیشتر و رفع باگ‌ها ارائه شد.

در همان سال، پشتیبانی «بومی از Kubernetes» نیز به Docker افزوده شد تا کاربران بتوانند علاوه بر Swarm، از Kubernetes برای ارکستریشن کانتینرها استفاده کنند. پشتیبانی از Windows Server 2016 و سیستم‌های Mainframe شرکت IBM نیز از دیگر به‌روزرسانی‌های مهم بود.

نسخه‌ی Docker Enterprise 2.0 در آوریل ۲۰۱۸ با هدف پشتیبانی از محیط‌های هیبریدی منتشر شد و امکان اجرای اپلیکیشن‌ها روی چند سیستم‌عامل و چند فضای ابری را فراهم کرد.

در سال ۲۰۱۹، نسخه‌ی Docker Enterprise 3.0 منتشر شد که مهم‌ترین ویژگی‌های آن عبارت بودند از:

• «Docker Desktop Enterprise» برای استقرار اپلیکیشن در محیط‌های Kubernetes محور

• «Docker Applications» برای افزایش بهره‌وری توسعه‌دهندگان

• «Docker Kubernetes Service» برای مدیریت چرخه عمر اپ‌های Kubernetes

• و سرویس مدیریت‌شده‌ی «Docker Enterprise as a Service»

مزایا و معایب Docker چیست؟

Docker به‌عنوان یکی از استانداردهای اصلی در توسعه و استقرار سریع اپلیکیشن‌های کانتینری شناخته می‌شود. مهم‌ترین مزایای آن شامل موارد زیر است:

• قابلیت حمل بالا بین میزبان‌های مختلف

• مصرف منابع کمتر نسبت به ماشین‌های مجازی

• سرعت بیشتر در استقرار و اجرا

• ساختار سبک‌تر در مقایسه با VMها

در کنار این مزایا، برخی چالش‌ها نیز وجود دارد:

• مدیریت تعداد زیاد کانتینرها در محیط‌های سازمانی می‌تواند پیچیده شود.

• معماری مبتنی بر ریزسرویس‌ها باعث نیاز به ارکستریشن پیچیده و تعامل بین صدها کانتینر موقت می‌شود.

• با رشد Kubernetes به‌عنوان ابزار غالب ارکستریشن، استفاده از Docker در این زمینه کمرنگ‌تر شده، هرچند هنوز پشت صحنه‌ی بسیاری از سامانه‌های Kubernetes، Docker در حال اجرا است.

امنیت در Docker

یکی از دغدغه‌های اصلی در استفاده از کانتینرها، موضوع امنیت است. اگرچه کانتینرها از نظر منطقی از هم جدا هستند، اما همه‌ی آن‌ها روی یک سیستم‌عامل واحد اجرا می‌شوند؛ بنابراین، هر آسیب‌پذیری در سیستم‌عامل میزبان می‌تواند تمام کانتینرها را در معرض خطر قرار دهد. مشکلاتی مانند دسترسی‌های غیرمجاز، تصاویر آلوده یا تبادل غیرایمن بین کانتینرها از جمله خطرات رایج هستند.

برای مقابله با این تهدیدها، Docker امکانات امنیتی متعددی ارائه داده است؛ از جمله:

• «اسکن امنیتی ایمیج‌ها» (image scanning)

• «شناسایی گره‌ها با هویت رمزنگاری‌شده»

• «تفکیک کلاسترها» و «مدیریت امن اسرار (Secrets)»

علاوه بر آن، ابزارهایی مانند CISOfy Lynis ،HashiCorp Vault ،Aqua Security و NeuVector نیز برای بررسی امنیت کانتینرها در بازار موجود هستند. برخی سازمان‌ها برای افزایش ایزوله‌سازی، کانتینرها را داخل ماشین‌های مجازی اجرا می‌کنند یا از راه‌حل‌هایی سبک‌تر مانند «Firecracker» ،«gVisor» و «Kata Containers» بهره می‌گیرند.

مقایسه Docker با جایگزین‌ها

اگرچه Docker شناخته‌شده‌ترین پلتفرم در دنیای «کانتینرها» است، اما تنها گزینه‌ی موجود محسوب نمی‌شود. ابزارهای گوناگونی برای مدیریت و هماهنگ‌سازی کانتینرها (مانند Kubernetes) در اکوسیستم Docker وجود دارند که ترکیبی از پروژه‌های متن‌باز و راهکارهای تجاری هستند. به‌عنوان نمونه، «OpenShift» (نسخه‌ی اختصاصی Kubernetes از شرکت Red Hat) و توزیع «Kubernetes خالص» توسط Canonical از جمله گزینه‌های رایج در این حوزه‌اند.

علاوه بر آن، Docker با محصولات تجاری مانند «VMware vApp» و ابزارهای مدیریت زیرساخت نظیر «Chef» نیز در رقابت است. با وجود این رقبا، Docker همچنان «پیشگام‌ترین و پرکاربردترین پلتفرم کانتینری» در جهان باقی مانده است.

در گذشته، پلتفرمی با نام «CoreOS rkt» به‌دلیل امنیت بالا و پشتیبانی از «SELinux» مطرح بود. پس از خرید CoreOS توسط Red Hat، قابلیت‌های rkt در OpenShift ادغام شد و پروژه‌ی اصلی به وضعیت «آرشیو» درآمد.

از دیگر گزینه‌های مهم، می‌توان به «OpenVZ» اشاره کرد که از قدیمی‌ترین پلتفرم‌های کانتینر محسوب می‌شود. این ابزار با ترکیب «سرعت بالا» و «لایه‌ی امنیتی» عملکردی مناسب در زیرساخت‌های سازمانی ارائه می‌دهد.

Docker همچنین نقش مهمی در شکل‌گیری ابتکاری جهانی با عنوان «Open Container Initiative (OCI)» داشته است؛ هدف این طرح، تعریف «استانداردهای مشترک برای فرمت و اجرای کانتینرها» بوده و تاکنون بیش از ۴۰ شرکت برجسته از جمله AWS ،Intel و Red Hat به آن پیوسته‌اند.

در پایان، باید اشاره کرد که سیستم‌عامل‌های «Windows 10» و «Windows Server 2019» نیز اکنون به‌صورت بومی از اجرای کانتینرها با استفاده از فناوری Docker پشتیبانی می‌کنند؛ موضوعی که نشان‌دهنده‌ی نفوذ بالای Docker در دنیای فناوری امروز است.

جمع‌بندی

داکر چیست؛ داکر ابزاری استراتژیک برای توسعه سریع و ایمن نرم‌افزارهای کانتینری است که در این مقاله به‌طور کامل با آن آشنا شدیم. ابتدا ساختار و معماری داکر را بررسی کردیم، سپس کاربردهای آن در توسعه میکروسرویس‌ها، مهاجرت نرم‌افزارهای قدیمی، و پیاده‌سازی در فضای ابری را مرور کردیم. در ادامه، مزایا، چالش‌ها، نسخه‌ها و رقبا را تحلیل کردیم و جایگاه داکر در مسیر استانداردسازی کانتینرها را مشخص کردیم. اگر به آینده توسعه نرم‌افزار علاقه‌مندید، شناخت داکر یک قدم ضروری است.