Containers con Windows Server 2016

Entrada de gestión de Containers con Microsoft Windows Server 2016 versión final.

Esta entrada sobre containers está basada en la versión preliminar de Windows Server 2016 Technical Preview 4 y puede estar sujeta a cambios.

ACTUALIZACIÓN JUNIO 2016: Modificación de los comandos para operar con la versión preliminar de Windows Server 2016 Technical Preview 5, continua pudiendo estar sujeta a cambios.

¡Con este artículo me estreno en YouTube!. Os dejo el vídeo explicativo que habla de este artículo.
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Introducción a los Containers

El concepto de container, aplicado a la informática, consiste en agrupar y aislar entre sí aplicaciones o grupos de aplicaciones que se ejecutan sobre un mismo núcleo de sistema operativo.

Para entenderlo mejor, podríamos llegar a hacer el símil con la virtualización de máquinas. En ella, se comparte un mismo hardware entre varios sistemas operativos. En el caso de los containers, vamos a un paso más en este mundo. Imaginad que tenéis que desplegar una aplicación web como puede ser el WordPress. A priori se requiere de un servidor Web y de un servidor de base de datos. Dependiendo del grado de carga y alta disponibilidad podría ser que necesitaran dos servidores web como frontales configurados de una forma concreta. La opción actual que aplicaríamos en este caso, sería desplegar tres máquinas virtuales: dos servidores web y un servidor de base de datos, configurándolos según las necesidades. Sí, ya sé que dependiendo de la carga se puede hacer todo en una, pero hagámoslo bien y separemos las máquinas. Eso quiere decir: servidor físico, plataforma de virtualización, tres máquinas virtuales con sus tres sistemas operativos y finalmente la parte de aplicación que corresponda a cada una de las máquinas virtuales.

Pasando este ejemplo a un entorno de containers podría quedar de la siguiente manera: el servidor físico, la plataforma de virtualización, una máquina virtual con su sistema operativo habilitado para alojar containers y los containers correspondientes: dos de servidor web y uno de base de datos.

Ventaja a prori, la cantidad de recursos necesarios para mantener encendida la aplicación:

• En el primer caso, requería de tres máquinas virtuales con su sistema operativo, se mantiene triplicada la parte común del sistema operativo.
• En el segundo caso, sólo requiere de una máquina virtual con su sistema operativo, sólo varía la parte de las aplicaciones.

Por lo tanto, menos superfície de ataque, menos configuraciones y más movible. Sólo cambiando el container de equipo te llevas toda la aplicación y a funcionar, sin necesidad de reinstalaciones.

En definitiva, en el entorno de containers, en lugar de compartir sólo el hardware, teniendo que instalar el mismo sistema operativo en varias máquinas para diferentes aplicaciones, lo que se hace es instalar el mismo sistema operativo y encima de él las diferentes aplicaciones en forma de cajas, aisladas entre sí, como si fueran máquinas virtuales.

El container se puede hacer correr en entornos Linux y Windows Server 2016 o Windows 10.

Sí, lo entiendo, es un concepto nuevo y puede ser un poco espeso, pero la idea gusta y se tiene que ver como una herramienta más que se nos pone a nuestra disposición. ¿Qué puede ser un lío? No, simplemente aplicarla donde corresponda:

• Para cosas de más rendimiento y más eficientes: Containers
• Para cosas más seguras y aisladas: Máquinas Virtuales

Si queréis saber más de esta tecnología podéis consultar el proyecto de código abierto Docker que mantiene la empresa con el mismo nombre, Docker, y que es el motor que integra Microsoft para dar servicio de containers a los nuevos sistemas operativos.

En Windows, los containers, pueden ser de dos tipos diferentes según el grado de aislamiento entre ellos:

• Windows Server Container. Las instancias de los containers se ejecutan a la vez sobre el mismo anfitrión, compartiendo el mismo núcleo común.
• Hyper-V Container. Las instancias de los containers se ejecutan a la vez en el mismo anfitrión, pero no comparten el mismo núcleo sino que se aísla entre cada uno utilizando la tecnología de virtualización Hyper-V.

A nivel funcional, los Windows Server Containers y los Hyper-V Containers, se crean, gestionan y funcionan de forma idéntica.

Empezamos a tener contacto con esta tecnología, paso a paso, desde la plataforma de Microsoft y, lo primero consiste en desplegar la plataforma para dar servicio de containers.

Instalación de Windows Server Container

Para utilizar containers en Windows lo que necesitamos, a fecha de hoy, es un servidor Windows Server 2016 o superior; o bien una versión de Windows 10 build 1607 (Anniversary Update) o superior, instalado y actualizado a la fecha, como no.

Desde el Administrador del servidor, en el menú superior de la derecha, hacer clic en Administrar y, a continuación, Añadir roles y características.

Se inicia el asistente para añadir los roles y características. Se puede marcar el checkbox para no volver a enseñar la pantalla de introducción. Hacer clic en el botón Siguiente.

Marcar instalación basada en instalar rol o característica y hacer clic en el botón Siguiente.

Seleccionar el servidor donde habilitar el rol o característica y hacer clic en el botón Siguiente.

De la lista de roles, a no ser que tengamos que utilizar Containers Hyper-V, no es necesario marcar ninguna opción. Hacer clic en el botón Siguiente.

Como característica, marcar el checkbox en Containers y hacer clic en el botón Siguiente.

Resumen de la instalación. Si todo está correcto, se puede marcar el checkbox de reiniciar el equipo cuando sea necesario y hacer clic en el botón Instalar.

Finalizada la instalación, si no se ha marcado el checkbox de reiniciar automáticamente, hacer clic en el botón Cerrar y reiniciar el servidor.

Con la máquina reiniciada no esperéis encontrar grandes cambios. Toca utilizar la PowerShell. Iniciarla desde el menú Inicio, escribiendo PowerShell, por ejemplo.

El siguiente paso que debemos dar es instalar el motor y cliente Docker. Se ha hecho un esfuerzo para que sea transparente para todas las plataformas y se puedan utilizar los mismos comandos, de esta forma no tendré que aprender nuevos comandos cuando salto de Windows a Linux o viceversa.

Importante saber que al realizar la instalación estándard se crea una red de NAT donde se ejecutan los containers. Por consiguiente, no existirá un acceso directo al container desde el exterior del host. Tenedlo en cuenta al publicar los puertos hacia el container o cambiar esta red a otro tipo, todo dependerá de los servicios que ofrecemos. De momento, este artículo lo continuo con la red de NAT.

Instalación de Docker

Desde la PowerShell realizamos la descarga de los ficheros necesarios, así como el registro del servicio de Docker. La versión de descarga de docker aun está en release preview, pero ya es operativa. Personalmente no me gusta demasiado que se tenga que descargar a parte y te tengas que preocupar de la versión. De momento es lo que hay.

Invoke-WebRequest "https://download.docker.com/components/engine/windows-server/cs-1.12/docker.zip" -OutFile "$env:TEMP\docker.zip" -UseBasicParsing

Descomprimir el fichero a la carpeta c:\Program Files\Docker:

expand-archive -path "$env:TEMP\docker.zip" -DestinationPath $env:ProgramFiles

Añadir el directorio de Docker al path del sistema de forma persistente:

[Environment]::SetEnvironmentVariable("Path", $env:Path + ";C:\Program Files\Docker", [EnvironmentVariableTarget]::Machine)

Si sólo lo queremos añadir momentáneamente, eso quiere decir que cuando se reinicia el equipo se pierde:

$env:path += ";c:\program files\docker"

Añadir el servicio de Docker al sistema:

dockerd.exe --register-service

Iniciar el servicio de Docker:

start-service Docker

Ya se puede comprobar que Docker está operativo y funciona correctamente en nuestro sistema con el comando:

docker version

Ofrece una información parecida a esta:

PS C:\> docker version
Client:
 Version:      1.12.2-cs2-ws-beta-rc1
 API version:  1.25
 Go version:   go1.7.1
 Git commit:   62d9ff9
 Built:        Fri Sep 23 20:50:29 2016
 OS/Arch:      windows/amd64

Server:
 Version:      1.12.2-cs2-ws-beta-rc1
 API version:  1.25
 Go version:   go1.7.1
 Git commit:   62d9ff9
 Built:        Fri Sep 23 20:50:29 2016
 OS/Arch:      windows/amd64

Cargar las imágenes de sistema operativo para containers

Para crear containers desde 0 lo tenemos que hacer con imágenes del sistema operativo medio preparadas para su despliegue como containers. Estas imágenes las podemos generar nosotros desde 0 con la ISO de instalación del sistema operativo o bien descargarlas de Internet.

Optaremos por esta segunda opción, la descarga desde el Hub Docker. Donde podéis encontrar imágenes preparadas de todos los tipos. En el caso de Microsoft Windows Server tenemos:

• Microsoft Windows Server 2016 edición core. Con el comando:

    docker pull microsoft/windowsservercore

• Microsoft Windows Server 2016 edición nano. Con el comando:

    docker pull microsoft/nanoserver

Finalizada la descarga e instalación al repositorio de imágenes, comprobar que se han cargado correctamente:

docker images

Con esta versión es posible hacer correr containers con Windows Server Core y Windows NanoServer. Lo comento porqué en las versiones previas no estaba permitido.

Administrando imágenes de containers

Tenemos las imágenes, y si queremos borrar una de estas imágenes del repositorio, ¿cómo lo hacemos? Siempre tenemos que tener en cuenta que no se puede borrar una imagen que tenga containers asociados. Si esto se cumple, para borrar un container sólo es necesario ejecutar el comando:

docker rmi (seguida del nombre del container)

Poniendo un ejemplo. Para borrar la imagen del container microsoft/nanoserver ejecutamos:

docker rmi microsoft/nanoserver

¿Se puede importar/exportar una imagen de container al sistema de ficheros local? La verdad es que sí. ¿Cómo? mediante la importación y exportación de imágenes explicado en los siguientes puntos de este artículo:

• Exportando una imagen de container para poder copiar a otros hosts.
• Importando una imagen de container para poder crear nuevos containers.

Administrando containers

Comprobar que aun no tenemos ningún container creado:

docker ps -a

En caso de tener alguno, de otra instalación o para memorizar el comando que utilizaremos a menudo, podemos ver los containers que se estan ejecutando con el comando:

docker ps

¡Tengo containers! No los quiero, ¿como los borro? Tranquilos, el container tiene un identificador, el container ID. Tomad nota y ejecutad el comando para borrarlo:

docker rm container_ID

Crear un container para Internet Information Server (IIS)

No sería demasiado bonito dejar la entrada aquí, con la miel en los labios, donde casi no se ha visto nada de espectacular. Para hacer una cosa sencilla, desplegamos un servidor web basado en Internet Information Server sobre Windows Server 2016 core.

Para crear el nuevo container para el servidor Web, que se llamará ServidorWeb y utilizará la imagen del sistema operativo que hemos descargado antes, WindowsServerCore.

Para no complicar más la cosa, de momento, se utiliza la conexión de red estándar del sistema de containers. De esta forma habrá una conexión NAT entre la red de containers (172.20.0.0/16) y el equipo local. Si se quiere publicar hacia el exterior del equipo local se utilizará la publicación de puertos en el mismo.

¡Atención al comando!

En el repositorio de imágenes tengo una imagen de Windows Server Core (microsoft/windowsservercore). Lo que hago es crear un container con el qué pueda interactuar para configurar el entorno web y lo que necesite. Para ello, ejecuto el comando con los parámetros:

• -it  Consola interactiva, me permite interactuar con el container, dependiendo del comando que le proporcione.
• -p 80:80 Se hace un NAT del puerto 80 de la máquina host, con el puerto 80 del container. De esta forma se puede acceder al servicio Web al hacer la petición a la dirección IP del host.
• Finalizo con el comando powershell, que representa la aplicación que quiero ejecutar.

docker run -it -p 80:80 microsoft/windowsservercore powershell

Para crear la imagen está bien así, pero en entornos de producción, mejor añadir el parámetro -d para que el container se ejecute en segundo plano y no abra consolas innecesarias.

Una vez iniciado el container, me aparece su consola de powershell. Si ejecuto el comando hostname (ID del container) o ipconfig (red 172.20.x.x) observo que no estoy en la máquina host sino en otra. Estoy dentro del container.

Para configurar el rol de servidor Web con Internet Information Server sólo es necesario instalarlo:

Install-WindowsFeature web-server

Para comprobar que el servicio web acabado de instalar funciona correctamente, accediendo mediante un navegador.

• Desde el host, realizar una petición a la dirección IP del container. Para eso debemos saber la dirección IP del container, mediante el ipconfig anterior o un Get-NetIPAddress -AddressFamily IPv4. Pensad que tiene que ser una dirección de red 172.20.x.x.

Pero la idea es que se pueda llegar desde cualquier equipo de la red. Como que el switch virtual está basado en NAT, se tiene que configurar el salto del puerto, en este caso el puerto 80 TCP. Es lo que hemos hecho con el parámetro -p 80:80.

Recordar que el NAT se hace sobre la IP que tiene el host y, por lo tanto, no se pueden duplicar los puertos en la misma IP. No se pueden tener dos containers dando servicio al puerto 80 con NAT sobre la IP del host.

Antes de ejecutar el container con el NAT, comprobar que no haya uno ya creado que pueda entrar en conflicto. Volviendo a la PowerShell del host de containers (se puede abrir una nueva consola de PowerShell si no se quiere abandonar el container), comprobar la columna PUERTOS:

docker ps

También se debe de permitir el acceso mediante el cortafuegos del host, comprobar que exista una regla que permita este acceso al puerto TCP 80:

Get-NetFirewallRule | Where {$_.Direction -eq "Inbound" -and $_.Enabled -eq "True"} | Get-NetFirewallPortFilter | Where {$_.LocalPort -eq 80}

Si no existe, crear una de nueva:

New-NetFirewallRule -Name "ServidorWeb" -DisplayName "ServidorWeb" -Protocol tcp -LocalPort 80 -Action Allow -Enabled True

Ahora sí se tiene que poder acceder al servicio web proporcionado por el container desde un equipo de la red. En un navegador introducir la IP del anfitrión de containers (en el ejemplo 192.168.1.160) y… ya tenemos el servidor operativo en la red:

Se puede jugar a crear nuevas páginas Web y ir accediendo.

echo "Hola mundo desde un container de Windows" > c:\inetpub\wwwroot\esp.html

Apagar el Container

Hemos visto como crear y ejecutar un container de forma interactiva, dejando abierta la consola de PowerShell. Desde esa PowerShell basta con ejecutar el siguiente comando para cerrarla y parar el container:

exit

En caso de cerrar la ventana de PowerShell con el ratón, el container continuará ejecutándose. Se puede comprobar abriendo otra consola de PowerShell y ejecutar el comando:

docker ps

Se visualizan los containers en ejecución. Para parar uno en concreto, introducir el comando siguiente indicando el Container ID que se obtiene de la lista anterior:

docker stop CONTAINER_ID

Iniciar el Container

Esta es fácil sabiendo el Container ID:

docker ps -a

Iniciar indicando el Container ID:

docker start Container_ID

Reiniciar el anfitrión

Otra pregunta que puede salir es si cuando se reinicia el host se pierden los containers. La respuesta es no. Los containers continúan creados, pero APAGADOS. Hace falta encenderlos si se quiere dar servicio con los comandos anteriores.

docker start container_ID

Distribuir un Container

Tengo un container creado y operativo, con el rol de IIS y mi aplicación cloud instalada y operativa. ¿Cómo lo hago para crear más containers que ofrezcan el mismo servicio sin tener que configurarlos uno a uno? Vaya, que hago un escalado de la aplicación en front-ends.

Con el container apagado se crea una nueva imagen de él. A partir de la imagen se pueden crear más containers en el mismo host. Tomar nota del container a partir del cual realizamos la imagen:

docker ps -a

Para crear la imagen se indica el Container ID y el nombre de la imagen. Si el nombre de la imagen no contiene nada al final se asigna como última imagen (latest) en el repositorio:

docker commit Container_ID jmsolanes/servidorweb

Por lo contrario, si se especifica la versión, la imagen se guarda con el número de versión indicado. Utilizar según vuestros requisitos:

docker commit Container_ID jmsolanes/servidorweb:version1

Comprobar que la imagen se ha añadido al repositorio, además de las imágenes anteriores del sistema operativo tiene que aparecer la imagen que acabamos de crear:

docker images

Exportar una imagen de container para poder copiar en otros equipos

Con el siguiente comando indicando la ruta donde guardar el fichero con la imagen (c:\containersimagenes\servidor.tar). Procurad acabar con la extensión .TAR e indicar el nombre de la imagen de container (jmsolanes/servidorweb):

docker save -o c:\containersimagenes\servidor.tar jmsolanes/servidorweb

Importar una imagen de container desde local

¿Se puede cargar la imagen a partir del fichero anterior, sin tener que acceder a Internet? Naturalmente. Solo necesito el fichero .TAR anterior.

docker load -i c:\containersimagenes\servidor.tar

Nuevos containers a partir de imágenes

Crear un nuevo container a partir de la imagen para escalar los front-ends, por ejemplo, es muy fácil. Sólo es necesario indicar el nombre de la imagen y, si corresponde, la configuración de los puertos de NAT. En un entorno en producción estos containers irán detrás de un balanceador que se encargará de comunicarse con ellos, pero esto ya lo veremos en otro artículo:

docker run -it -d -p 80:80 jmsolanes/servidorweb powershell

O dos containers (fijaros que utilizo otro puerto (81) en el host que pasa al puerto 80 del container):

docker run -it -d -p 81:80 jmsolanes/servidorweb powershell

O tres containers (fijaros que utilizo otro puerto (82) en el host que pasa al puerto 80 del container):

docker run -it -d -p 82:80 jmsolanes/servidorweb powershell

No olvidar el cortafuegos del host, que permita el acceso a los puertos indicados en el NAT:

New-NetFirewallRule -Name "ServidorWeb1" –DisplayName "ServidorWeb-TCP81" -Protocol tcp -LocalPort 81 -Action Allow -Enabled True

New-NetFirewallRule -Name "ServidorWeb2" –DisplayName "ServidorWeb-TCP82" -Protocol tcp -LocalPort 82 -Action Allow -Enabled True

Borrar los containers

Para borrar un container, listamos los containers que tenemos:

docker ps -a

y lo borramos indicando el Container ID en el comando:

docker rm Container_ID

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