Kubernetes vs. Docker: Unterschiede, die jeder Entwickler kennen sollte

Was ist Docker?

Docker ist eine Open-Source-Plattform, die eine leichtgewichtige, portable Methode zur Erstellung, Bereitstellung und Verwaltung von Containern bietet. Anders als herkömmliche virtuelle Maschinen verpacken Docker-Container alles - einschließlich des Anwendungscodes, der Laufzeit, der Systemtools und der Bibliotheken - so dass Anwendungen in verschiedenen Umgebungen konsistent ausgeführt werden können.

Wie Docker funktioniert

Docker erstellt Container, die, wie wir bereits gesehen haben, leichtgewichtige Pakete sind, die alle notwendigen Komponenten für den Betrieb einer Anwendung enthalten.

Container werden aus Docker-Images erstellt, die als Blaupause dienen und festlegen, was in jeden Container gehört. Ein Docker-Image kann ein Betriebssystem, Anwendungs-Binärdateien und Konfigurationsdateien enthalten und macht es einfach, Umgebungen zu replizieren. 

Sobald ein Image erstellt ist, können Entwickler Docker verwenden, um Container auf der Grundlage dieses Images auszuführen. Eine der größten Stärken von Docker ist seine Einfachheit und Konsistenz: Egal, wo ein Container ausgeführt wird - ob auf dem lokalen Rechner eines Entwicklers, in einem Rechenzentrum vor Ort oder in der Cloud - das Verhalten bleibt dasselbe. 

Überblick über die Docker-Architektur. Bildquelle: Docker Dokumentation

Das folgende Beispiel gibt einen Überblick darüber, wie Docker-Images implementiert werden. Wirf einen Blick auf das Dockerfile unten:

# Use the official Python base image with version 3.9
FROM python:3.9
# Set the working directory within the container
WORKDIR /app
# Copy the requirements file to the container
COPY requirements.txt .
# Install the dependencies
RUN pip install -r requirements.txt
# Copy the application code to the container
COPY . .
# Set the command to run the application
CMD ["python", "app.py"]

Ein Dockerfile ist ein Skript, das eine Reihe von Anweisungen für Docker enthält, um ein Image zu erstellen, das dann zur Erstellung eines Containers verwendet werden kann.

Nachdem du eine Dockerdatei in deinem Projekt erstellt hast, besteht der nächste Schritt darin, das Docker-Image zu bauen. Dies geschieht mit dem Befehl docker build, der die Anweisungen in der Dockerfile liest, um das Bild zusammenzusetzen. 

Wenn du zum Beispiel docker build -t my-app . im Terminal eingibst, wird Docker angewiesen, ein Image mit dem Tag my-app aus dem aktuellen Verzeichnis zu erstellen (bezeichnet mit .).

Während des Build-Prozesses führt Docker jeden Schritt im Dockerfile aus, z. B. das Ziehen des Basis-Images, die Installation von Abhängigkeiten und das Kopieren des Anwendungscodes in das Image. Sobald das Image erstellt ist, dient es als Vorlage, die für die Erstellung mehrerer Container wiederverwendet werden kann.

Nachdem das Image erfolgreich erstellt wurde, kannst du mit dem Befehl docker run Container daraus erstellen und ausführen. Zum Beispiel startet docker run my-app einen neuen Container, der auf dem my-app Image basiert und deine Anwendung innerhalb der von Docker bereitgestellten isolierten Umgebung startet.

Wenn du mehr über gängige Docker-Befehle und branchenweite Best Practices erfahren möchtest, schau dir den Blog Docker for Data Science an: Eine Einführung.

Eigenschaften von Docker

• Tragbarkeit: Docker-Container können konsistent auf verschiedenen Systemen ausgeführt werden und bieten eine nahtlose Erfahrung in Entwicklungs-, Test- und Produktionsumgebungen.
• Benutzerfreundlichkeit: Die Befehlszeilenschnittstelle und die umfassenden Tools von Docker machen es für Entwickler zugänglich, auch für diejenigen, die neu in der Containerisierung sind.
• Leichtgewicht: Docker-Container teilen sich denselben Betriebssystem-Kernel, wodurch der Ressourcen-Overhead im Vergleich zu vollständigen virtuellen Maschinen reduziert wird.
• Schnelle Startzeiten: Docker-Container können in Sekundenschnelle gestartet werden, was sie für Anwendungen, die schnell hoch- und runtergefahren werden müssen, sehr effektiv macht.

Schau dir den Docker-Spickzettel von DataCamp an, der einen Überblick über alle verfügbaren Docker-Befehle gibt.

Was ist Kubernetes?

Kubernetes ist eine leistungsstarke Open-Source-Plattform für die Orchestrierung von Containern, die für die Verwaltung von containerisierten Anwendungen in Clustern von Maschinen entwickelt wurde. 

Das ursprünglich von Google entwickelte Kubernetes - allgemein als K8s bekannt - kümmert sich um die Bereitstellung, Skalierung und den Betrieb von Anwendungscontainern und ist damit ein unverzichtbares Werkzeug für die Verwaltung von Containern in großem Maßstab.

Entwicklung der Einsatzstrategien im Laufe der Zeit. Bildquelle: Kubernetes.io

Wie Kubernetes funktioniert

Kubernetes basiert auf dem Konzept von Clustern, Nodes und Pods und bildet eine mehrschichtige Architektur, die Flexibilität und Skalierbarkeit bietet. Ein Cluster stellt die gesamte Infrastruktur dar, die aus mehreren Knotenpunkten (virtuellen oder physischen Maschinen) besteht. 

Diese Knotenpunkte arbeiten zusammen, um containerisierte Anwendungen zu hosten und zu verwalten. Bei den Knoten kann es sich entweder um Master-Knoten handeln, die den Cluster steuern und verwalten, oder um Worker-Knoten, auf denen die Anwendungs-Workloads laufen. Der Masterknoten ist dafür verantwortlich, den Status des Clusters zu verwalten, Entscheidungen über die Planung zu treffen und den Zustand des Clusters zu überwachen.

Jeder Worker Node führt einen oder mehrere Pods aus. Pods sind die kleinsten einsatzfähigen Einheiten in Kubernetes und bestehen aus einem oder mehreren Containern. 

Pods fungieren als logische Hosts für Container und teilen sich das gleiche Netzwerk und den gleichen Speicherplatz, was es den Containern innerhalb eines Pods erleichtert, miteinander zu kommunizieren. Pods sind von Natur aus ephemer, das heißt, sie können je nach Bedarf der Anwendung dynamisch erstellt, zerstört oder repliziert werden.

Überblick über die Kubernetes-Architektur. Bildquelle: Kubernetes.io

Kubernetes abstrahiert die Komplexität der Infrastrukturverwaltung, indem es eine leistungsstarke API und eine Reihe von Tools zur Verwaltung von containerisierten Anwendungen bereitstellt. Er sorgt für einen reibungslosen Betrieb der Anwendungen, indem er die Arbeitslasten verteilt, die Ressourcen je nach Bedarf skaliert und die Container neu startet, wenn sie ausfallen. 

Kubernetes verwaltet auch den gewünschten Zustand deiner Anwendungen und stellt sicher, dass die Anzahl der Pods und ihre Konfiguration immer mit deinen Angaben übereinstimmen und dass Störungen automatisch korrigiert werden. Diese Automatisierung reduziert den manuellen Aufwand für das Infrastrukturmanagement und erhöht die Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit deiner Anwendungen.

Merkmale von Kubernetes

• Automatisierte Skalierung: Kubernetes kann Anwendungen je nach Ressourcenbedarf automatisch skalieren, die Nutzung optimieren und die Leistung konstant halten.
• Lastausgleich: Kubernetes verteilt den eingehenden Netzwerkverkehr effektiv auf mehrere Container und sorgt so für Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit.
• Dienstsuche: Kubernetes bietet Dienste zur automatischen Erkennung von Containern, sodass die Endpunkte nicht mehr manuell verwaltet werden müssen.
• Rolling Updates: Kubernetes ermöglicht die Aktualisierung von Anwendungen mit minimaler Ausfallzeit und gewährleistet Stabilität und Zuverlässigkeit bei Upgrades.

Kubernetes vs. Docker: Kernunterschiede

Da wir jetzt ein besseres Verständnis von Docker und Kubernetes haben, ist es an der Zeit, ihre Hauptunterschiede herauszustellen:

1. Zweck und Funktion

Docker und Kubernetes lösen unterschiedliche Probleme im Containerisierungsprozess. Docker wird für die Erstellung, den Versand und den Betrieb von Containern verwendet - es bietet die Möglichkeit, isolierte Umgebungen für Anwendungen zu schaffen. 

Kubernetes hingegen konzentriert sich auf die Orchestrierung von Containern, d.h. es hilft bei der Verwaltung, Skalierung und dem reibungslosen Betrieb von großen Container-Sammlungen.

2. Container Management

Docker verwaltet einzelne Container, während Kubernetes mehrere Container in Clustern verwaltet. 

Docker bietet mit Docker Compose und Docker Swarm grundlegende Orchestrierungsfunktionen, aber Kubernetes hebt die Orchestrierung auf die nächste Stufe und bewältigt komplexe Szenarien mit Tausenden von Containern.

3. Anwendungsorchestrierung

Was die fortschrittliche Orchestrierung angeht, bietet Kubernetes Funktionen wie Selbstheilung, Lastausgleich, automatisierte Rollouts und Skalierung. 

Docker Swarm ist das eigene Orchestrierungstool von Docker, aber Kubernetes hat sich aufgrund seiner fortschrittlichen Funktionen und der breiteren Unterstützung durch das Ökosystem zur bevorzugten Lösung für die Orchestrierung großer, komplexer Umgebungen entwickelt.

Docker vs. Kubernetes. Bildquelle: Alex Xu / ByteByteGo

Anwendungsfälle für Docker

Mit den vorangegangenen Informationen über Docker im Hinterkopf, sind hier einige der häufigsten Anwendungsfälle für Docker:

1. Lokale Entwicklung und Prüfung

Docker ist für die lokale Entwicklung von unschätzbarem Wert. Entwickler können Containerumgebungen erstellen, die die Produktionseinstellungen nachahmen und so ein einheitliches Verhalten über den gesamten Softwareentwicklungszyklus hinweg sicherstellen.

2. Leichte Anwendungen

Docker ist eine ausgezeichnete Wahl für einfachere Anwendungsfälle, die keine Orchestrierung erfordern. Seine Einfachheit kommt in Szenarien wie dem Betrieb kleinerer Anwendungen oder der Bereitstellung von Einzeldiensten zum Tragen.

3. CI/CD-Pipelines

Docker wird häufig in Continuous Integration und Continuous Deployment (CI/CD) Pipelines eingesetzt. So wird sichergestellt, dass jeder Schritt - von der Codeerstellung bis zum Testen - in einer konsistenten, reproduzierbaren Umgebung erfolgt, was zu weniger Überraschungen bei der Produktion führt.

Anwendungsfälle für Kubernetes

Kubernetes wird am häufigsten in den folgenden Szenarien eingesetzt:

1. Verwaltung umfangreicher containerisierter Anwendungen

Kubernetes glänzt in groß angelegten Umgebungen. Es kann Tausende von Containern über viele Knoten in einem verteilten Cluster verwalten. Unternehmen wie Spotify und Airbnb nutzen Kubernetes, um ihre komplexen, auf Microservices basierenden Anwendungen reibungslos zu betreiben.

2. Automatisierte Skalierung und Ausfallsicherheit

Kubernetes skaliert Container automatisch auf Basis der Systemanforderungen und reagiert dynamisch auf schwankende Anforderungen. Außerdem verfügt Kubernetes über eingebaute Selbstheilungsmechanismen, die ausgefallene Container neu starten und nicht mehr reagierende Knoten ersetzen, um die Betriebszeit der Anwendung aufrechtzuerhalten.

3. Microservices-Architektur

Kubernetes ist ideal für die Verwaltung von Microservices in Produktionsumgebungen. Seine Fähigkeit, zahlreiche Dienste und deren Abhängigkeiten zu verwalten und gleichzeitig die Kommunikation zwischen ihnen zu erleichtern, macht es perfekt für komplexe, verteilte Anwendungen.

Können Kubernetes und Docker zusammenarbeiten?

Inzwischen ist es leicht zu erkennen, dass Docker und Kubernetes zusammenarbeiten sollen. 

Kubernetes verwendet Container-Runtimes, um einzelne Container auszuführen, und Docker ist traditionell eine dieser Container-Runtimes. Obwohl Kubernetes und Docker unterschiedliche Aufgaben haben, arbeiten sie sehr gut zusammen! Docker erstellt und betreibt Container, während Kubernetes diese Container in Clustern orchestriert.

Docker Swarm vs. Kubernetes

Docker Swarm ist das native Orchestrierungstool von Docker, das sich für einfachere, weniger anspruchsvolle Umgebungen eignet. 

Kubernetes hat sich jedoch aufgrund seines größeren Funktionsumfangs, seiner Skalierbarkeit und der starken Unterstützung durch die Community zum Industriestandard für die Container-Orchestrierung entwickelt. Während Docker Swarm einfacher einzurichten ist, bietet Kubernetes ausgefeiltere Orchestrierungsfunktionen und mehr Flexibilität.

Die Wahl zwischen Kubernetes und Docker

Zusammengefasst: Wann sollte man sich für Docker, Kubernetes oder beides entscheiden? Hier sind einige allgemeine Richtlinien, die dir bei der Auswahl helfen. 

Wann man Kubernetes verwenden sollte

Kubernetes ist ideal für die Verwaltung komplexer, groß angelegter Umgebungen. Wenn du eine Microservices-Architektur aufbaust oder Anwendungen dynamisch und mit minimalen Ausfallzeiten skalieren musst, ist dies die beste Wahl. Seine Fähigkeit, verteilte Systeme zu orchestrieren, macht es zu einem Industriestandard für größere, komplexere Einsätze.

Wann du Docker verwenden solltest

Docker eignet sich gut für die Entwicklung kleiner, eigenständiger Anwendungen oder Umgebungen, in denen eine Orchestrierung nicht notwendig ist. Wenn du an einem persönlichen Projekt arbeitest, lokal entwickelst oder leichtgewichtige Apps verwaltest, die nicht über mehrere Knoten skaliert werden müssen, bietet Docker alles, was du brauchst.

Wann man Kubernetes und Docker zusammen verwendet

Wie bereits erwähnt, können (und sollten) Kubernetes und Docker in bestimmten Situationen auch gemeinsam genutzt werden. 

Zum Beispiel verwenden Entwickler oft Docker, um Anwendungen während der Entwicklung zu containerisieren und diese Container dann in der Produktion mit Kubernetes einzusetzen und zu orchestrieren. Mit diesem Workflow können Teams die einfache Handhabung von Docker für die Entwicklung und die erweiterten Funktionen von Kubernetes für die Orchestrierung nutzen.

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Fazit

Kubernetes und Docker sind beide wichtige Werkzeuge für die Containerisierung, aber sie dienen unterschiedlichen Zwecken. 

Mit Docker ist es einfach, Container zu erstellen und auszuführen, was es perfekt für die lokale Entwicklung und leichtgewichtige Anwendungen macht. Auf der anderen Seite ist Kubernetes eine robuste Plattform für die Orchestrierung dieser Container im großen Maßstab, was sie für die Verwaltung komplexer, verteilter Umgebungen unverzichtbar macht.

Letztendlich hängt die Entscheidung zwischen Kubernetes und Docker von den Bedürfnissen deines Projekts ab - kleine Entwicklungsumgebungen profitieren von Docker, während große Produktionssysteme Kubernetes für eine effektive Orchestrierung benötigen. Diese Tools ergänzen sich in vielen Fällen gegenseitig und bieten einen umfassenden Ansatz für die Entwicklung und den Einsatz moderner Anwendungen.

Wenn du bereit bist, deine Kenntnisse zu vertiefen, dann schau dir auf DataCamp Introduction to Kubernetes und Intermediate Docker an, um dein Verständnis und dein praktisches Know-how zu vertiefen.