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Kubernetes 101: Docker vs ContainerD

Fala galera! Seis tão baum?

No universo dos contêineres, os runtimes são peças fundamentais para o funcionamento eficiente e seguro das aplicações. No Kubernetes, a escolha do runtime pode impactar significativamente o desempenho e a escalabilidade dos clusters.

Neste artigo, vamos explorar dois dos principais runtimes de contêiner: Docker e ContainerD. Vamos entender suas origens, arquiteturas, funcionalidades e como eles se comparam na prática, especialmente em um ambiente Kubernetes.

História e evolução

Docker

O Docker foi lançado em 2013 pela Docker, Inc. e rapidamente revolucionou o ecossistema de contêineres. Antes do Docker, a tecnologia de contêineres já existia, mas era complexa e difícil de usar. O Docker simplificou drasticamente a criação, distribuição e execução de contêineres, proporcionando uma ferramenta poderosa e fácil de usar. Com sua interface intuitiva e robusta, o Docker tornou a tecnologia de contêineres acessível a desenvolvedores e operadores, promovendo a adoção generalizada de práticas de desenvolvimento de aplicações cloud-native e arquiteturas de microserviços.

A arquitetura inicial do Docker era monolítica, integrando diversas funcionalidades como o Docker Daemon, a CLI (Command Line Interface) e o Docker Compose em uma única plataforma. Isso permitia aos usuários gerenciar todo o ciclo de vida dos contêineres com um único conjunto de ferramentas, simplificando processos como a construção de imagens, o gerenciamento de redes e volumes, e a orquestração de contêineres em clusters pequenos.

A relação entre Docker e Kubernetes começou a se formar à medida que ambos se tornavam padrões de fato em seus respectivos domínios. Kubernetes, lançado em 2014 pelo Google, foi inicialmente projetado para funcionar com Docker, aproveitando suas capacidades para gerenciar contêineres de maneira eficiente. A combinação de Docker e Kubernetes permitiu a criação de ambientes de orquestração de contêineres escaláveis e resilientes, acelerando a adoção de infraestruturas modernas de TI e promovendo a evolução do desenvolvimento de software para um paradigma mais ágil e eficiente.

ContainerD

O ContainerD teve suas origens como parte integrante do Docker, atuando inicialmente como um componente fundamental dentro da arquitetura monolítica do Docker. Em 2017, a Docker, Inc. decidiu separar o ContainerD como um projeto independente e transferi-lo para a Cloud Native Computing Foundation (CNCF). Esta decisão foi motivada pela necessidade de simplificar a arquitetura do Docker e tornar o ContainerD mais modular, eficiente e independente.

Como resultado dessa separação, o ContainerD foi projetado para ser um runtime de contêineres leve, focado em desempenho e simplicidade. Ele oferece todas as funcionalidades essenciais para gerenciar o ciclo de vida dos contêineres, desde o download de imagens até a execução, parada e remoção dos contêineres.

A partir da versão 1.24 do Kubernetes, o ContainerD se tornou o runtime padrão, substituindo o Docker. Esta mudança foi motivada pela integração nativa do ContainerD com a Container Runtime Interface (CRI) do Kubernetes, proporcionando um desempenho otimizado e uma gestão de recursos mais eficiente.

Arquitetura no ambiente Kubernetes

Docker no Kubernetes

No ambiente Kubernetes, o Docker funciona como o runtime de contêineres através de uma camada de compatibilidade chamada Docker Shim. A arquitetura se configura da seguinte forma:

  • Docker Daemon: Gerencia a execução dos contêineres. O Kubelet interage com o Docker Daemon através do Docker Shim.
  • Docker Shim: Uma camada intermediária que permite ao Kubelet comunicar-se com o Docker Daemon.

Essa arquitetura, embora funcional, introduz uma camada extra de complexidade e overhead, o que pode impactar a eficiência e o desempenho.

Podemos ver que são muitas etapas. O kubelet envia uma mensagem para o dockershim. O dockershim traduz. O dockershim envia para o Docker. O Docker envia para o containerd. Muitas mensagens são enviadas de aplicativo para aplicativo até que algo finalmente aconteça. Um grande motivo pelo qual os desenvolvedores do Kubernetes queriam remover o Docker é que há muitos intermediários. Há muita coisa acontecendo, muitas etapas para iniciar um contêiner.

ContainerD no Kubernetes

Com a adoção do ContainerD, a arquitetura no ambiente Kubernetes torna-se mais direta e eficiente:

  • ContainerD Daemon: Gerencia diretamente os contêineres, sem necessidade de uma camada intermediária como o Docker Shim.
  • CRI (Container Runtime Interface): O Kubelet interage diretamente com o ContainerD através do CRI, o que simplifica a comunicação e melhora a eficiência.

A arquitetura com ContainerD elimina a necessidade do Docker Shim, resultando em uma integração mais nativa e uma redução na complexidade e no overhead.

Funcionalidades e comparações

Como mencionado, inicialmente o Kubernetes utilizava o Docker como seu runtime principal. A utilização do Docker Shim permitia essa integração, mas adicionava uma camada extra de complexidade e overhead.

Com a evolução do Kubernetes, a comunidade começou a adotar o ContainerD como o runtime preferido. ContainerD oferece uma integração mais nativa e direta com Kubernetes, eliminando a necessidade do Docker Shim e reduzindo a complexidade. Esta mudança resultou em melhorias significativas de desempenho e eficiência.

ContainerD demonstra um desempenho superior ao Docker quando integrado ao Kubernetes, principalmente devido à sua arquitetura mais enxuta e à eliminação do Docker Shim. Testes e benchmarks revelam que ContainerD consome menos recursos de CPU e memória, resultando em tempos de inicialização de contêineres mais rápidos e melhor escalabilidade.

Em cenários de alta escala, onde a eficiência de recursos é crucial, ContainerD se destaca. Sua arquitetura modular possibilita o gerenciamento eficaz de grandes volumes de contêineres, proporcionando melhor desempenho em clusters Kubernetes com centenas ou milhares de pods.

Outras alternativas

Além de Docker e ContainerD, existem outros runtimes de contêineres relevantes e que estão sob a égide da** Cloud Native Computing Foundation (CNCF)**:

CRI-O

CRI-O é um runtime de contêineres leve, desenvolvido especificamente para Kubernetes. Focado em conformidade com a especificação CRI (Container Runtime Interface) do Kubernetes, CRI-O é projetado para ser minimalista, mantendo apenas as funcionalidades essenciais para a execução de contêineres. Ele oferece uma alternativa viável ao ContainerD, proporcionando uma integração direta e eficiente com o Kubernetes.

Kata Containers

Kata Containers combina as melhores características dos contêineres e das máquinas virtuais (VMs), oferecendo uma solução de contêineres com isolamento baseado em virtualização. Ideal para cenários que exigem maior segurança, Kata Containers é projetado para ser leve e rápido, enquanto fornece um nível adicional de isolamento de segurança.

rkt

rkt (pronunciado “rocket”) é um runtime de contêineres desenvolvido pela CoreOS, que agora faz parte da CNCF. rkt foi projetado com um foco em segurança, modularidade e simplicidade, proporcionando uma alternativa robusta ao Docker. Ele oferece um modelo de execução mais seguro e flexível, permitindo a execução de contêineres com diferentes níveis de isolamento e segurança.

Conclusão

A transição do Docker para o ContainerD como runtime padrão no Kubernetes representa uma evolução significativa na orquestração de contêineres em ambientes de produção. O ContainerD oferece uma solução mais leve, eficiente e integrada para gerenciar contêineres em larga escala. Sua arquitetura modular e sua compatibilidade com a especificação CRI do Kubernetes tornam-no uma excelente escolha, proporcionando melhor desempenho, escalabilidade e eficiência de recursos.

Embora o Docker continue sendo uma ferramenta robusta, o ContainerD e outras alternativas como o CRI-O estão se estabelecendo como as melhores opções para ambientes Kubernetes devido às suas capacidades otimizadas e integração nativa.

É isso galera, espero que gostem!

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