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Einführung Docker

Markus Brunsch / / 11 min Lesezeit

Docker Container Plattform

Docker ist ein Open Source-Projekt zur Automatisierung der Bereitstellung von Apps als mobile, eigenständige Container, die in der Cloud oder lokal ausgeführt werden können. Docker ist darüber hinaus ein Unternehmen, das diese Technologie fördert und weiterentwickelt und mit Cloud-Anbietern, Linux und Windows kompatibel ist.

Dabei stellen Container eigenständige und abgeschottete Laufzeitumgebungen für Anwendungen verschiedenster Art dar. Container und die dazugehörigen Container Images basieren auf dem OCI (Open Container Initiative) Standard und sind somit nicht nur mit Docker kompatiebel. Docker ist vielmehr nur das zugehörige Verwaltungswerkzeug, um die darunterliegende Container Infrastruktur zu verwalten. Docker bietet dabei die Möglichkeiten, Container anzulegen, zu starten / stoppen oder zu löschen. Es können neue Images erstellt und bestehende Images verwaltet werden, lokal oder remote in sogenannten Container Registries (z.B. hub.docker.com)

Containervirtualisierung

Containervirtualisierung beschriebt eine Form der Virtualisierung beider auf dem Host System mittels PID Namespacing im Linux-Kernel eine eigene Laufzeitumgebung geschaffen wird. Inder Anwendungen abgeschottet vom restlichen System betrieben werden können.

Der Vorteil dieser Virtualisierungesmethode, ist der um ein Vielfaches verringerter Overhead im Vergleich zu KVM. Da bei einer Container Virtualisierung im direkten Vergleich der Kernel des Host OS verwendet wird und die Ressourcen des Systems nur abstrahiert und nicht virtualisiert werden.

Somit kann bei Containern auf ein eigenes Betriebssystem im klassischen Sinne verzichtet werden. Es muss lediglich eine Laufzeitumgebung mitgegeben werden, um die entsprechende Anwendung ausführen zu können. Somit kann die Hardware optimal ausgenutzt und der Wartungsaufwand deutlich reduziert werden.

Technologien, die auf diese Art der Virtualisierung zurückgreifen, sind. LXC und OCI Container.

Bei LXC Containern wird ein leichtgewichtiges Linuxsystem erzeugt, das über traditionelle Methoden administriert / verwaltet wird z.B. SSH.

OCI Container verfolgen einen anderen Weg, hier geht es darum, sehr leichtgewichtige System für die Cloud bereitzustellen. Hier liegt der Fokus auf Sicherheit, Performance und Fehlerminimierung.

Die Container sind weitergehend dazu auch im Hinblick auf die 12 Faktoren im Cloudumfeld designet, sie sind vorzugsweise Stateless, skalierbar und im Fehlerfall schnell austauschbar. Eine manuelle Fehlerbehebung eines einzelnen “bad” Containers ist hier nicht vorgesehen. Vielmehr werden die Container einfach schnell gegen einen neuen funktionsfähigen Container ausgetauscht.

Gerade im Hinblick auf Kubernetes, ist diese Art der Containerverwaltung die Grundlage eines solchen Konzepts.

Moby Project

Das Moby Projekt zu finden auf Github, stellt die Library dar, die von Docker für die Interaktion mit dem System verwendet wird. Hier ist z.B. der Image Build Prozess abgebildet.

ContainerD

ContainerD ist eine OCI standardisierte Container Laufzeitumgebung. Diese ist für den eigentlichen Betrieb der Container verantwortlich und steuert diesen eigenständig.

containerd is an industry-standard container runtime with an emphasis on simplicity, robustness and portability. It is available as a daemon for Linux and Windows, which can manage the complete container lifecycle of its host system: image transfer and storage, container execution and supervision, low-level storage and network attachments, etc.

Zu finden ist das Projekt bei Github

OCI - Open Container Initiative

Die Open Container Initiative verabschiedet Standards im Bereich Containering. Darunter fallen die Spezifikationen der Container und deren Images, damit diese zu den verschiedenen Systemen interkompatibel sind.

runc

runc is a CLI tool for spawning and running containers on Linux according to the OCI specification. Wird von Docker im Hintergrund verwendet, um Container anzulegen und zu verwalten. Zu finden auf Github

Docker Image Erstellen

Um ein Docker Image zu erstellen, wird mit sogenannten Dockerfiles das Image definiert. Dieses Dockerfile wird dann dem Build Agent übergeben, der dann aus dem übergebenen Dockerfile ein OCI Container Image erstellt.

In der Regel sind Dockerfiles in 3 Bereiche aufgeteilt.

Import: Hier werden OS Images (Debian, Alpine, Ubuntu, …) angegeben bzw. Base Images (Frameworks wie Java, dotNet, NodeJS oder Python) damit wird die Laufzeitumgebung festgelegt.

Installation: Hier wird die Installationsroutine der Software angegeben z.B. Download von Artefakten oder Kompilierung der Software.

Entrypoint: Hier wird der Startpunkt der Anwendung festgelegt.

Ein beispielhaftes Dockerfile sieht in etwa so aus:

FROM alpine:3.4

RUN apk update && apk add \
    curl \
    git \
    vim

RUN wget http://myapp.com/run && chmod +x run

ENTRYPOINT['run']

Im Anschluss kann dann das Dockerfile zu einem Image gebaut werden docker build .

Docker Image Verwaltung

  • Anzeigen der lokal geladenen Images

      [root@host ~]$ docker image ls
  REPOSITORY                   TAG       IMAGE ID       CREATED         SIZE
  ngoduykhanh/powerdns-admin   latest    938d8ef921ab   5 months ago    157MB
  psitrax/powerdns             latest    720c44942097   6 months ago    63.7MB
  redis                        latest    08502081bff6   6 months ago    105MB
  mariadb                      latest    104f4e7cbe83   6 months ago    408MB
  ubuntu                       latest    7e0aa2d69a15   8 months ago    72.7MB
  freinet/powerdns             latest    8fdce2cafa4e   12 months ago   55.5MB
  jorgedlcruz/zimbra           latest    79403a039239   4 years ago     302MB

  • Löschen eines Images

      [root@host ~]$ docker image rm 79403a039239
  Untagged: jorgedlcruz/zimbra:latest
  Untagged: jorgedlcruz/zimbra@sha256:5d2548365fd079ba51e87c7a8f54feacfce23d370f49d66311632eb2a422b026
  Deleted: sha256:79403a039239add5f60084f7ff2203fe145b3f8f86e83a925359e06e38cb437f
  Deleted: sha256:c07d6c55520b0908e868f8a85d2b8928616008a8c26d27bd61f425ce1a2058c6
  Deleted: sha256:e2a75e141e320208ce68299d7f72e1fe46a1c9b8a5702256ea45ef94ae80cca0
  Deleted: sha256:1f0250b6692ee176c5e1978ee2aa921d724873b9c5fa8ec19be04c640660393d
  Deleted: sha256:7f6e10c2ecea8d277d1a8c7c618e7dd93e5e0357e68d6e88f1f1ab26de03e59a
  Deleted: sha256:ec1fd849ff0a8f0aa2fd1acc29ad5dabbc79b89f63b74a4f54e31a7b0a100aa1
  Deleted: sha256:e3f6dffa20cf36460d23bfb22e17be6e5339891f8537f32db79887caf832048b
  Deleted: sha256:c213ffdc9f7032702de5a8e9045fcce2353b7221ef6bf4509e02005cfc858f58
  Deleted: sha256:3fddf55a451aa43707518f2d8788c12ee5eb1f1e3075433f5bcf4d445d5c275d
  Deleted: sha256:0f5ff0cf6a1c53f94b15f03536c490040f233bc455f1232f54cc8eb344a3a368

  • Herunterladen eines neuen Images

      [root@host ~]$ docker pull alpine:latest
  latest: Pulling from library/alpine
  59bf1c3509f3: Pull complete 
  Digest: sha256:21a3deaa0d32a8057914f36584b5288d2e5ecc984380bc0118285c70fa8c9300
  Status: Downloaded newer image for alpine:latest
  docker.io/library/alpine:latest

Docker Container Verwaltung

  • Auflistung der Container in auf dem System

      [root@host ~]$ docker container ls -a
  CONTAINER ID   IMAGE                               COMMAND                  CREATED        STATUS                      PORTS      NAMES
  5793bbed585b   mariadb:latest                      "docker-entrypoint.s…"   28 hours ago   Exited (0) 21 hours ago                elastic_agnesi
  13102f675ad0   mariadb:latest                      "docker-entrypoint.s…"   3 months ago   Up 2 hours                  3306/tcp   docker-db-1
  0e98170a7024   ngoduykhanh/powerdns-admin:latest   "entrypoint.sh gunic…"   3 months ago   Exited (0) 3 months ago                powerdns_admin
  a0f8b16bc64a   psitrax/powerdns:latest             "/entrypoint.sh"         3 months ago   Exited (143) 3 months ago              powerdns
  cc6847b3c8a9   ubuntu                              "bash"                   6 months ago   Exited (0) 6 months ago                recursing_mendeleev
  7fc041db6bc6   redis:latest                        "docker-entrypoint.s…"   6 months ago   Exited (0) 6 months ago                lucid_kepler
  be47035dd9d3   mariadb:latest                      "docker-entrypoint.s…"   6 months ago   Exited (0) 2 months ago                mariadb

Mit dem -a Parameter lassen sich auch die abgeschalteten Container anzeigen.

  • Starten neuer Container

Im Beispiel: Startet einen Nginx Container auf Port 8080

docker run -d -p 8080:80/tcp --name=webserver --restart=always nginx:latest

Die verwendeten Parameter Parameter | Funktion | ——– | ——– | -d | Container im Hintergrund Starten -p 8080:80/tcp | TCP Portfreigabe von 8080 extern nach 80 intern –name | Namen des Containers festlegen –restart=always | Setzt die Restart Policy auf immer starten

Genauere Infos und Referenzen in der Docker Dokumentation

  • Löschen eines Containers
docker container rm -f 5793bbed585b

Container ID oder Container Name

Verwendeter Paramerter -f (Force) Löscht den Container auch im aktiven Zustand.

  • Vorhandenen Container Starten / Stoppen / Neustarten

    • Starten 
        docker container start [ContainerID]
    • Stoppen 
        docker container stop [ContainerID]
    • Neustarten 
        docker container restart [ContainerID]

Docker Compose

Docker Compose ermöglicht es, mehrere Container in einem Deployment zusammenzufassen und die Ressource in diesem Deployment gegenüber anderen Containern abzuschirmen, die dafür notwendigen Schritte werden alle automatisch von Docker Compose übernommen.

Docker Compose benötigt eine sogenannte docker-compose.yml Datei, diese Datei enthält die Konfiguration des Deployments. Durch Docker Compose werden die folgenden Ressourcen verwaltet:

  • Container
  • Overlaynetzwerke
  • Volumes

Ein typisches Usecase für Docker Compose wäre eine Webanwendung, bei der eine Datenbank, ein Webserver und ein Anwendungsserver benötigt werden. Dabei steuert Docker Compose die Erstellung der Container und deren persistenten Daten, die Erstellung eines Cloudnetzwerks sowie die automatische Zuweisung des Netzwerks an die Container.

Die docker-compose.yml für den oben beschriebenen Usecase sieht wie folgt aus:

version: "3.9"
    
services:
  db:
    image: mysql:5.7
    container_name: db
    volumes:
      - db_data:/var/lib/mysql
    restart: always
    environment:
      MYSQL_ROOT_PASSWORD: dbpasswd
      MYSQL_DATABASE: db
      MYSQL_USER: db
      MYSQL_PASSWORD: db
    
  proxy:
    image: nginx:latest
    container_name: proxy
    restart: always
    volumes:
      - ./nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf
      - ./nginx/error.log:/etc/nginx/error_log.log
      - ./nginx/cache/:/etc/nginx/cache
      - ./ssl/:/etc/letsencrypt/
    ports:
      - 80:80
      - 443:443
  app:
    depends_on:
      - db
      - proxy
    image: registry/myapp
    restart: always
    environment:
       DBL_USER: db
       DB_PASSWORD: db
       DB_HOST: db
    container_name: app
    ports:
        - 3000:3000
volumes:
  db_data: {}

Die Nginx Konfiguration muss noch entsprechend als Reverse Proxy auf den app Container angepasst werden.

Docker Volumes

Docker Volumes bieten die Möglichkeit, anfallende persistente Daten in einem Container zu speichern. Volumes werden komplett durch Docker verwaltet und sind damit der offiziell empfohlene weg persistente Daten abzuspeichern.

  • Anzeigen bestehender Volumes 
      C:\Users\Markus>docker volume ls
  DRIVER    VOLUME NAME
  local     256895275dee26176790078f8470e124671e3f74abf7fb5f84e36aaa8f8e6a78
  local     c3687c2c12df99cfcbb6b725d57facf0e678ae776fdd6009009b7571ca1968cb
  local     telly.config.toml
  local     vscode
  • Anlegen eines neuen Volumes 
      docker volume create data

Docker bietet auch die Möglichkeit, andere Storage Driver anzusprechen. Somit ist es möglich, die Volumes auf anderen Storage Medien zu speichern. Von Haus aus unterstützt Docker die folgenden Storage Drivers:

  • Eine Liste mit eingebauten Storage Drivern
  • Eine Liste mit 3rd-party Storage Drivern

Docker Networking

Um die Container untereinander zu vernetzen, bietet Docker die Möglichkeit, über Bridges auf dem Hostsystem Container miteinander zu verbinden.

  • Auflisten aller Netzwerke auf dem Host 
      C:\Users\Markus>docker network ls
  NETWORK ID     NAME      DRIVER    SCOPE
  fa8c5ca426e1   bridge    bridge    local
  f9f00956c91d   host      host      local
  679b81f531b8   none      null      local
  • Anlegen eines neues Netzwerks 
      docker network create --driver bridge new-network

    Mit dem Parameter --driver | -d kann der Netzwerk Driver angegeben werden.

  • Konfiguration der Standard Bridge auslesen 
      C:\Users\Markus>docker network inspect bridge
  [
      {
          "Name": "bridge",
          "Id": "fa8c5ca426e18372730c1dce298ddf97862c8574cf2e71e58ed9f5a584948158",
          "Created": "2022-01-12T14:58:18.607125133Z",
          "Scope": "local",
          "Driver": "bridge",
          "EnableIPv6": false,
          "IPAM": {
              "Driver": "default",
              "Options": null,
              "Config": [
                  {
                      "Subnet": "172.17.0.0/16",
                      "Gateway": "172.17.0.1"
                  }
              ]
          },
          "Internal": false,
          "Attachable": false,
          "Ingress": false,
          "ConfigFrom": {
              "Network": ""
          },
          "ConfigOnly": false,
          "Containers": {},
          "Options": {
              "com.docker.network.bridge.default_bridge": "true",
              "com.docker.network.bridge.enable_icc": "true",
              "com.docker.network.bridge.enable_ip_masquerade": "true",
              "com.docker.network.bridge.host_binding_ipv4": "0.0.0.0",
              "com.docker.network.bridge.name": "docker0",
              "com.docker.network.driver.mtu": "1500"
          },
          "Labels": {}
      }
  ]

Bei einem durch Docker verwalteten Netzwerk erfolgt die IP-Adressvergabe eigenständig durch Docker. Ebenso wie eine DNS Namensvergabe jeder Name eines Containers ist im Docker Netzwerk per DNS auflösbar. Somit ist es möglich, Container nach ihrem Namen im Netzwerk aufzurufen.

Es existieren auch noch einige andere Netzwermodelle, diese können hier eingesehen werden.

Mit Docker Swarm, lassen sich mehrere Docker Dienste zu einem Verbund zusammenschalten und somit können die Container auch Hostübergreifend miteinander kommunizieren.

Übersicht Overlay Netzwerke: https://docs.docker.com/network/overlay/

Beispielkonfiguration: https://docs.docker.com/network/network-tutorial-overlay/

Container Orchestrierung

Mit Container Orchistration lassen sich die Container in Clustern organisieren. In diesem Modus wird ein Cluster aus mehreren Containern einer Anwendung erstellt. Dieses Cluster ist dank Hostübergreifenden Netzwerk und Speicher in der lage eine Hochverfügbare Clusterumgebung zu schaffen.

In dieser konstelation ist der einzelne Container nicht mehr von großer bedeutung, dieser kann durch die Beachtung der 12 Faktoren einer Cloud Anwendung. Im Laufenden betrieb ohne störungen zu verursachen ausgetauscht werden.

Ein kleiner Überklich über die wichtigesten Eigenschaften einer Cloud Nativen Anwendung.

  1. Die Anwendung selbst darf keinen Status im Arbeitsspeicher halten.
  2. Persistente Daten dürfen nicht im Container gespeichert werden.
  3. Die Konfguration der Anwendung erfolgt über Umgebungsvariablen oder zentralisiertem Konfigurationsmanagenemt.
  4. Persistente Daten werden nur in Datenbanken gespeichert.
  5. Container mit Persistenten Daten speichern diese in Volumes.
  6. Volumes werden nicht auf dem Pod gespeichert sondern auf zentralisierten Storage Systemen z.B. S3 oder Ceph

Somit lassen sich im Live Betrieb wartungen und aktualisierungen durchführen, die die Verfübgarkeit der Anwendung in keinster weise beeinträchtigen.

Vielmehr lassen sich in einem solchen Cluster auch ganze Update oder Change Prozesse einbinden. Durch die eingebaute Versionierung in die Container Images ist es möglich. Das Cluster in Production, Staging, Test und Development zu unterteilen und entsprechend den eingehenden Traffic an die gewünschten stellen zu Routen. Hierdurch lässt sich der Grundgedanke von continuous deployment sehr gut umsetzen.

Verbreitete Container Orchestration Tools:

  • Kubernetes
  • RedHad OpenShift
  • Apache Mesos
  • HashiCorp Nomad
  • Docker Swarm
© 2026 Markus Brunsch