Page tree

Информацию о применении системы изоляции приложений docker в ОС Astra Linux Special Edition 1.7 см. в статье Установка и администрирование Docker в Astra Linux 1.7.

Данная статья применима к:

  • Astra Linux Special Edition РУСБ.10015-01 (очередное обновление 1.7), РУСБ.10015-10
  • Astra Linux Special Edition РУСБ.10015-17
  • Astra Linux Special Edition РУСБ.10015-37 (очередное обновление 7.7)

Аннотация

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ «ASTRA LINUX SPECIAL EDITION» Руководство администратора. Часть 1 РУСБ.10015-01 95 01-1

В ОС реализован механизм контейнеризации, обеспечивающий режим виртуализации и изоляции ресурсов на уровне ядра операционной системы. Использование данного механизма позволяет запускать приложение и необходимый ему минимум системных библиотек в полностью стандартизованном контейнере, соединяющемся с хостовой машиной при помощи определенных интерфейсов. Контейнеры используют ядро операционной системы хостовой машины и, в отличие от полной виртуализации, не требуют эмуляции аппаратного обеспечения. Приложения, запущенные внутри разных контейнеров, изолированы и не могут влиять друг на друга.

В статье рассматриваются базовые отличия системы изоляции приложений docker и системы виртуализации (см. Виртуализация QEMU/KVM в Astra Linux), и вытекающие из этих отличий ограничения применения, разъясняется базовая терминология, применяемая к объектам docker.

Ограничения применения

  • Контейнеры Docker, в отличие от виртуальных машин, не имеют собственного ядра ОС и используют ядро хостовой ОС, в которое интегрированы функции КСЗ. Из этого следует
    • Для приложений, выполняющихся в контейнерах, действуют режимы защиты заданные в хостовой ОС (в т.ч. вариации работы режимов защиты, связанные с возможностями принудительного отключения МРД или МКЦ в Усиленном и Максимальном режимах защиты) и приложение, работающее в контейнере, всегда будет ограничено действующими в хостовой ОС правилами МРД и МКЦ, а попытки нарушить или изменить эти правила приведут к ошибкам;
      • Изменение режимов защиты приложениями, работающими внутри контейнера, не допускается;
      • Изменение режима защиты хостовой ОС может привести к неработоспособности ранее созданных контейнеров;
    • Не обеспечивается поддержка кросс-платформенности. Работа в контейнерах приложений из ОС, отличных от хостовой ОС, в Astra Linux не поддерживается;

  • Контейнеры Docker не содержат собственной полноценной ОС, и не поддерживают систему инициализации и управления службами systemd. В контейнерах отсутствуют команды systemctl, hostnamectl и пр. Также не поддерживается полноценное использование системы межпроцессного взаимодействия D-Bus. Из ограниченной поддержки D-Bus следует, что многие пользовательские (графические) приложения могут оказаться неработоспособными в контейнере.

  • Docker не предназначен для работы с графическими приложениями. Благодаря тому, что графический сервер Xorg, являющийся основой графической подсистемы Astra Linux, поддерживает вывод графического изображения от удаленных программ по сети, можно настроить работу с некоторыми графическими приложениям. Этот вопрос в каждом конкретном случае должен рассматриваться отдельно.

Термины

Виртуализация — технология, позволяющая запускать экземпляры операционных систем (гостевые машины) параллельно и изолированно на единственной хост-машине. При этом каждой гостевой операционной системе предоставляется полноценная виртуальная машина, имеющая собственные виртуальные аппаратные ресурсы, и гостевая операционная система использует собственное ядро. При этом гостевая виртуальная машина может отличаться по архитектуре от хост-машины, а гостевая операционная система может быть полностью отличной от операционной системы хост-машины. Виртуализация обеспечивает полное моделирование используемого оборудования полностью индивидуальное для каждой гостевой ОС. Гостевые ОС полностью изолированы друг от друга, и каждая гостевая ОС работает в собственной виртуальной программно-аппаратной среде, полностью копирующей реальное оборудование и содержащей полную копию всех необходимых ресурсов;

Изоляция приложений (контейнерная изоляция) — технология, позволяющая выполнять экземпляры приложений (групп приложений) в изолированной среде внутри операционной системы хост-машины. Традиционно контейнерная изоляция приложений обозначается термином "контейнерная виртуализация", хотя в самом деле полноценной виртуализацией не является. Из-за этого "контейнер" иногда рассматривают в качестве аналога "виртуальной машины", хотя он ей не является. Контейнерная изоляция - технология, обеспечивающая совместное использование ресурсов операционной системы хост-машины гостевыми приложениями. Экземпляры приложений, выполняющихся в контейнерах, изолированы друг от друга и (насколько это возможно) от хостовой операционной системы, но при этом аппаратные и программные ресурсы хостовой ОС используются ими совместно;

Гипервизор — программное обеспечение, позволяющее запускать множественные гостевые (виртуальные) машины или контейнеры на единственной физической машине (хост-машине), обеспечивающее  предоставление ресурсов виртуальным машинам и обеспечивающее ограничение и разграничение прав доступа;

Гостевая машина — виртуальная машина, запускаемая в изолированной среде системы виртуализации внутри хостовой операционной системы;

Гостевая операционная система — операционная система, работающая на гостевой машине. Термин "гостевая операционная система" неприменим к контейнерам, так как контейнеры не предоставляют полноценную операционную систему, а в разной мере используют хостовую операционную систему;

Контейнер (container) — изолированная среда выполнения приложений (групп приложений), работающая в хостовой операционной системе;

Образ (image) — набор данных (файлов, инструкций) для создания контейнеров. Может рассматриваться как моментальный снимок состояния виртуальной машины, с которого начинается её работа;

Хостовая операционная система, хостовая ОС - операционная система хост-машины;

Хост-машина - машина, в операционной системе которой запущен гипервизор виртуализации или контейнерной изоляции, под управлением которого работают гостевые машины или контейнеры.

Графическое сравнение технологий виртуализации и контейнерной изоляции на примере QEMU/KVM (виртуализация) и docker (изоляция) приведено на рисунке:


Системы виртуализации и контейнерной изоляции в Astra Linux

В составе Astra Linux поддерживаются следующие системы виртуализации и контейнерной изоляции:

Система контейнерной виртуализации Docker

Назначение

Система контейнерной изоляции Docker является в первую очередь системой быстрого распространения и развертывания системных приложений (системных служб, таких, как, например почтовый сервер exim или web-сервер apache2).

Традиционный способ развертывания подобных приложений без использования Docker предполагает следующие шаги:

  • передача администратору целевой ОС инструкций по установке и комплекта неких файлов приложения, как правило, в форме debian-пакета, содержащего:
    • исполнимые файлы;
    • конфигурационные файлы;
    • сценарии установки и удаления.
  • выполнение администратором целевой ОС предоставленных инструкций на целевой машине с целью развёртывания устанавливаемого приложения.

При этом, несмотря на то, что разработчиками приложений тратятся значительные усилия на создание и проверку сценариев развёртывания, учитывающих возможные особенности целевых машин и возможные конфликты с другими приложениями, выполнение действий по установке часто завершается неудачей - в силу специфических особенностей  целевых машин, все варианты которых предусмотреть невозможно.

Docker предлагает альтернативный вариант развертывания приложений, при котором поставщик приложений передаёт пользователям приложений предварительно настроенные контейнеры с приложениями. Эти контейнеры просто запускаются пользователем на целевой машине, предоставляя каждому приложению изолированное предварительно настроенное окружение для работы. Таким образом, исключается существенная часть проблем развертывания, связанных с нестандартностью пользовательских систем. Хорошим примером использования возможностей Docker по быстрому развертыванию приложений является пример развертывания собственного реестра образов, выполняемого путем простого скачивания подготовленного образа "Реестр образов".

Помимо этого Docker может применяться для изоляции пользовательских приложений, хотя в первую очередь для это предназначен firejail (см. Система изоляции пользовательских приложений FireJail).

Рекомендованный сценарий применения Docker

Рекомендованный сценарий применения Docker учитывает основное назначение Docker: быстрое развертывание приложений. Порядок действий

  1. Создать (загрузить) исходный образ;
  2. Создать из этого образа контейнер, работая в котором выполнить и сохранить дополнительные настройки, то есть настройки запуска нужного приложения в ограниченной среде Docker;
  3. Конвертировать контейнер с выполненными настройками в новый образ;
  4. Скопировать новый образ на целевые машины для использования;
  5. На целевых машинах дальнейшее использование зависит от поставленных задач:
    1. Можно использовать контейнеры, сохраняющие возникающие при эксплуатации изменения в этих контейнерах;
    2. Можно использовать образ, монтируя к нему внешние каталоги, в которых сохраняются изменения, не сохраняя изменения в контейнерах;
    3. Можно комбинировать указанные варианты;
  6. В любом из выбранных вариантов использования далее установленное приложение эксплуатируется на целевой машине в контейнере.

Преимущества

Главное преимущество контейнеров в том, что по сравнению с системами виртуализации запуск контейнеров требует значительно меньших вычислительных ресурсов, чем запуск полноценной виртуальной машины.

Кроме этого, Docker для экономии ресурсов поддерживает систему повторного использования "слоев". "Слой" в терминологии Docker - это некий моментальный снимок состояния системы, а "образ" - это итоговое состояние системы, полученное из базовой системы наложением (применением) всех слоев. При этом "слои" могут использоваться повторно разными "образами":

Дополнительным эффектом от повторного использования "слоев" является снижение объемов передаваемых данных при передаче подготовленных в виде образов прикладных программ: при использовании реестра образов Docker передаваться будет только новые слои, в примере выше - слой "Базовая система Astra Linux SE" будет загружен из реестра образов только один раз, далее загружаться будут только новые слои.

Термины Docker

Докерфайл - текстовый документ, содержащий все команды, выполнение которых требуется для создания образа Docker. Образы могут создаваться автоматически путём интерпретации докерфайлов и применения содержащихся в докерфайле инструкций к контексту;

Слой - внутри образов слой это изменение файловой системы, представленное инструкцией в докерфайле. Слои последовательно "накладываются" на базовую файловую систему образа, создавая итоговый образ. Любой слой может использоваться несколькими образами одновременно. При изменении образа в нём заменяются только изменившиеся слои, что позволяет обновлять образы быстро и с небольшими затратами ресурсов. Размер образа равен сумме размеров входящих в него слоёв;

Образ - основа контейнеров. Контейнер не имеет состояний и не изменяется. Контейнер состоит из:

  1. Базовой файловой системы;
  2. Упорядоченного набора изменений ("слоев") в этой файловой системе;
  3. Базовых параметров исполнения, применяемых при запуске контейнеров. 

Контейнер - образ, находящийся в работе, то есть образ с новым изменяющимся слоем. При работе контейнера все изменения сохраняются в новом слое, а образ (т.е. все предыдущие слои) остаётся неизменным;

Контекст - набор файлов в указанной локации;

Реестр образов - сетевое хранилище подготовленных образов, доступных для загрузки на целевые машины и последующего выполнения в качестве контейнеров.

  • No labels