Урок: Виртуализация и контейнеризация

Виртуализация и контейнеризация

Виртуализация и контейнеризация — это технологии, которые позволяют изолировать и управлять вычислительными ресурсами более эффективно. В этом уроке мы рассмотрим концепции виртуализации, виртуальные машины и их управление, а также контейнеры и оркестрацию контейнеров с использованием Docker и Kubernetes.

Концепции виртуализации

Гипервизоры типа 1:

Также известны как "bare-metal" гипервизоры.
Работают непосредственно на аппаратном обеспечении, обеспечивая высокую производительность и изоляцию.
Примеры: VMware ESXi, Microsoft Hyper-V, KVM.

Гипервизоры типа 2:

Работают поверх хостовой операционной системы.
Обеспечивают удобство и гибкость, но с меньшей производительностью по сравнению с гипервизорами типа 1.
Примеры: VMware Workstation, Oracle VirtualBox.

Гипервизоры типа 1 и типа 2
+------------------+       +------------------+
|   Гипервизор     |       |   Операционная   |
|  (Bare-metal)    |       |    система       |
|      (ESXi)      |       |    (Windows)     |
+------------------+       +------------------+
| Виртуальные      |       |   Гипервизор     |
| машины (VMs)     |       | (VirtualBox)     |
+------------------+       +------------------+
| Аппаратное       |       | Виртуальные      |
| обеспечение      |       | машины (VMs)     |
+------------------+       +------------------+
                       |    Аппаратное       |
                       |    обеспечение      |
                       +---------------------+

Виртуальные машины и их управление

Виртуальные машины (VMs):

Виртуальные машины представляют собой изолированные окружения, которые эмулируют аппаратное обеспечение и выполняют операционные системы и приложения.
Каждая виртуальная машина включает в себя полный стек операционной системы и зависимостей.

Управление виртуальными машинами:

Создание, удаление, запуск и остановка виртуальных машин.
Управление ресурсами (CPU, память, диск) для каждой виртуальной машины.

Пример использования библиотеки libvirt для управления виртуальными машинами на Python
import libvirt

def list_vms():
    conn = libvirt.open('qemu:///system')
    if conn is None:
        print('Failed to open connection to qemu:///system')
        return

    for domain_id in conn.listDomainsID():
        domain = conn.lookupByID(domain_id)
        print(f'VM Name: {domain.name()}, ID: {domain.ID()}')
    
    conn.close()

list_vms()

Контейнеры и оркестрация контейнеров

Контейнеры:

Контейнеры обеспечивают изоляцию приложений и их зависимостей в легковесных, автономных окружениях.
Контейнеры используют ядро хостовой операционной системы, что делает их более эффективными по сравнению с виртуальными машинами.
Примеры: Docker, Podman.

Оркестрация контейнеров:

Оркестрация контейнеров позволяет управлять множеством контейнеров, обеспечивая автоматизацию развертывания, масштабирования и управления.
Примеры: Kubernetes, Docker Swarm.

Пример Dockerfile для создания контейнера
FROM python:3.9-slim
WORKDIR /app
COPY . /app
RUN pip install -r requirements.txt
CMD ["python", "app.py"]

Пример файла конфигурации Kubernetes для развертывания контейнера
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
    spec:
      containers:
      - name: my-app
        image: my-app-image:latest
        ports:
        - containerPort: 80

Практическое задание

Опишите разницу между гипервизорами типа 1 и типа 2.
Напишите пример кода на Python для управления виртуальными машинами с использованием библиотеки libvirt.
Создайте простой Dockerfile для Python-приложения.
Напишите файл конфигурации Kubernetes для развертывания контейнера с вашим приложением.

Пример выполнения практического задания

## Задание 1: Разница между гипервизорами типа 1 и типа 2

### Гипервизоры типа 1
- Работают непосредственно на аппаратном обеспечении.
- Обеспечивают высокую производительность и изоляцию.
- Примеры: VMware ESXi, Microsoft Hyper-V, KVM.

### Гипервизоры типа 2
- Работают поверх хостовой операционной системы.
- Обеспечивают удобство и гибкость, но с меньшей производительностью.
- Примеры: VMware Workstation, Oracle VirtualBox.

## Задание 2: Пример кода на Python для управления виртуальными машинами с использованием libvirt

```python
import libvirt

def list_vms():
    conn = libvirt.open('qemu:///system')
    if conn is None:
        print('Failed to open connection to qemu:///system')
        return

    for domain_id in conn.listDomainsID():
        domain = conn.lookupByID(domain_id)
        print(f'VM Name: {domain.name()}, ID: {domain.ID()}')
    
    conn.close()

list_vms()

Задание 3: Простой Dockerfile для Python-приложения

FROM python:3.9-slim
WORKDIR /app
COPY . /app
RUN pip install -r requirements.txt
CMD ["python", "app.py"]

Задание 4: Файл конфигурации Kubernetes для развертывания контейнера

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
    spec:
      containers:
      - name: my-app
        image: my-app-image:latest
        ports:
        - containerPort: 80

Этот урок охватывает основные концепции виртуализации, виртуальные машины и их управление, а также контейнеры и оркестрацию контейнеров с использованием Docker и Kubernetes. Практикуйтесь для лучшего понимания и освоения материала.