Le monde de la programmation évolue rapidement et l'une des tendances les plus répandues est l'utilisation de microservices pour créer des applications modulaires et évolutives. Docker est un outil qui facilite grandement le développement, le déploiement et la gestion de microservices. Dans cet article, nous allons explorer comment programmer des microservices avec Docker, en abordant les concepts clés, les meilleures pratiques et les étapes nécessaires pour créer une application basée sur des microservices à l'aide de Docker.
Qu'est-ce qu'un microservice ?
Un microservice est une unité logicielle indépendante qui effectue une tâche spécifique au sein d'une application. Il est conçu pour fonctionner de manière autonome et être déployé, mis à l'échelle et géré indépendamment des autres services de l'application. Les microservices sont souvent utilisés pour diviser une application en plusieurs parties plus petites et plus gérables, ce qui facilite la maintenance, l'évolution et l'adaptation aux nouvelles exigences métier.
Pourquoi utiliser Docker pour les microservices ?
Docker est une plateforme open-source qui permet de créer, déployer et gérer des applications sous forme de conteneurs. Les conteneurs sont des unités logicielles légères qui regroupent le code, les bibliothèques et les dépendances d'une application, tout en étant isolés des autres conteneurs et du système hôte. Docker facilite le développement et le déploiement de microservices en offrant les avantages suivants :
Isolation : Chaque microservice est emballé dans un conteneur Docker, ce qui garantit l'isolation des dépendances et des environnements d'exécution. Cela permet d'éviter les conflits entre les microservices et de simplifier la gestion des dépendances.
Portabilité : Les conteneurs Docker peuvent être facilement déployés sur différentes plates-formes et environnements, ce qui facilite le déploiement et la mise à l'échelle des microservices.
Évolutivité : Docker permet de mettre à l'échelle les microservices indépendamment les uns des autres, en fonction des besoins de l'application.
Simplicité : Docker simplifie le processus de création, de déploiement et de gestion des microservices grâce à un écosystème d'outils et de services bien développés.
Premiers pas avec Docker
Avant de commencer à programmer des microservices avec Docker, vous devez installer Docker sur votre machine. Vous pouvez télécharger Docker Desktop pour Windows ou macOS à partir du site officiel de Docker (https://www.docker.com/products/docker-desktop). Pour les utilisateurs de Linux, suivez les instructions d'installation pour votre distribution spécifique dans la documentation de Docker (https://docs.docker.com/engine/install/).
Une fois Docker installé, ouvrez un terminal et exécutez la commande suivante pour vérifier que Docker fonctionne correctement :
docker --version
Si l'installation a réussi, vous devriez voir la version de Docker s'afficher.
Création d'un microservice avec Docker
Pour créer un microservice avec Docker, vous devez d'abord écrire le code du microservice et définir ses dépendances. Ensuite, vous devez créer un fichier Dockerfile qui spécifie comment Docker doit construire l'image du conteneur pour votre microservice. Voici les étapes détaillées pour créer un microservice avec Docker :
Étape 1 : Créer le code du microservice
Pour illustrer la création d'un microservice avec Docker, nous allons créer un microservice simple qui expose une API RESTful pour gérer une liste de tâches. Ce microservice sera écrit en Python, en utilisant le framework Flask pour gérer les requêtes HTTP.
Créez un nouveau dossier pour votre microservice et, à l'intérieur, créez un fichier appelé app.py contenant le code suivant :
from flask import Flask, jsonify, request
app = Flask(__name__)
tasks = []
@app.route('/tasks', methods=['GET'])
def get_tasks():
return jsonify(tasks)
@app.route('/tasks', methods=['POST'])
def create_task():
task = request.get_json()
tasks.append(task)
return jsonify(task), 201
if __name__ == '__main__':
app.run(host='0.0.0.0', port=5000)Ce code crée une API avec deux points de terminaison : un pour récupérer la liste des tâches (méthode GET) et un autre pour ajouter une nouvelle tâche à la liste (méthode POST). Les tâches sont stockées dans une liste en mémoire.
Étape 2 : Définir les dépendances du microservice
Le microservice que nous avons créé dépend de Flask, donc nous devons créer un fichier requirements.txt pour spécifier cette dépendance. Ce fichier sera utilisé par Docker pour installer les dépendances requises dans le conteneur. Créez un fichier requirements.txt dans le même dossier que app.py et ajoutez la ligne suivante :
Flask==2.1.1Cela indique que notre microservice dépend de Flask version 2.1.1.
Étape 3 : Créer un Dockerfile
Un Dockerfile est un script qui spécifie comment Docker doit construire l'image du conteneur pour votre microservice. Créez un fichier appelé Dockerfile (sans extension) dans le même dossier que app.py et requirements.txt, et ajoutez le contenu suivant :
# Utiliser l'image de base officielle Python
FROM python:3.9-slim
# Définir le répertoire de travail
WORKDIR /app
# Copier les fichiers de dépendances et installer les dépendances
COPY requirements.txt .
RUN pip install --no-cache-dir -r requirements.txt
# Copier le code du microservice
COPY app.py .
# Exposer le port sur lequel le microservice sera accessible
EXPOSE 5000
# Démarrer le microservice
CMD ["python", "app.py"]Ce Dockerfile effectue les actions suivantes :
Il utilise l'image officielle de Python 3.9 (version slim) comme image de base.
Il définit le répertoire de travail dans le conteneur comme /app.
Il copie le fichier requirements.txt dans le conteneur et installe les dépendances spécifiées à l'aide de pip.
Il copie le fichier app.py contenant le code du microservice dans le conteneur.
Il expose le port 5000, sur lequel le microservice sera accessible.
Enfin, il définit la commande à exécuter pour démarrer le microservice, qui est python app.py.
Étape 4 : Construire l'image du conteneur
Maintenant que nous avons créé le code du microservice, défini ses dépendances et créé un Dockerfile, nous pouvons construire l'image du conteneur en utilisant Docker. Ouvrez un terminal, accédez au dossier contenant le Dockerfile et exécutez la commande suivante :
docker build -t my_microservice .
Cette commande demande à Docker de construire une image à partir du Dockerfile présent dans le dossier actuel (indiqué par le point) et de nommer cette image my_microservice. Docker télécharge l'image de base de Python, installe les dépendances et copie le code du microservice dans l'image.
Étape 5 : Exécuter le microservice dans un conteneur Docker
Une fois l'image du conteneur construite, vous pouvez exécuter le microservice dans un conteneur Docker en utilisant la commande suivante :
docker run -d -p 5000:5000 --name my_microservice_container my_microservice
Cette commande demande à Docker de lancer un conteneur basé sur l'image my_microservice, d'exposer le port 5000 du conteneur sur le port 5000 de l'hôte et de nommer ce conteneur my_microservice_container. L'option -d indique que le conteneur doit être exécuté en arrière-plan (mode détaché).
Étape 6 : Tester le microservice
Pour tester le microservice, vous pouvez utiliser un outil comme curl ou un navigateur pour envoyer des requêtes HTTP aux points de terminaison de l'API. Par exemple, pour ajouter une nouvelle tâche à la liste, vous pouvez exécuter la commande suivante :
curl -X POST -H "Content-Type: application/json" -d '{"title": "Ma première tâche", "description": "Apprendre à créer des microservices avec Docker"}' http://localhost:5000/tasksPour récupérer la liste des tâches, vous pouvez envoyer une requête GET à l'adresse suivante :
curl http://localhost:5000/tasks
Gestion des microservices avec Docker Compose
Dans une application réelle, vous aurez probablement plusieurs microservices qui doivent interagir les uns avec les autres. Docker Compose est un outil qui facilite la gestion de plusieurs conteneurs Docker en définissant et en configurant l'ensemble de l'application dans un fichier docker-compose.yml. Voici comment utiliser Docker Compose pour gérer votre application basée sur des microservices :
Étape 1 : Installer Docker Compose
Docker Compose est inclus dans Docker Desktop pour Windows et macOS. Si vous utilisez Linux, vous devez installer Docker Compose séparément en suivant les instructions de la documentation officielle de Docker (https://docs.docker.com/compose/install/).
Étape 2 : Créer un fichier docker-compose.yml
Le fichier docker-compose.yml est un fichier de configuration au format YAML qui décrit l'ensemble de l'application, y compris les microservices, les réseaux et les volumes. Pour créer un fichier docker-compose.yml, créez un nouveau dossier pour votre application, puis créez un fichier docker-compose.yml à la racine de ce dossier.
Prenons l'exemple d'une application composée de deux microservices : le microservice de gestion des tâches que nous avons créé précédemment et un autre microservice qui fournit des notifications par e-mail. Supposons que les deux microservices communiquent via un réseau Docker et que le microservice de notification utilise un volume Docker pour stocker les logs. Le fichier docker-compose.yml pour cette application ressemblerait à ceci :
version: '3.9'
services:
task_manager:
build: ./task_manager
ports:
- "5000:5000"
networks:
- backend
email_notifier:
build: ./email_notifier
networks:
- backend
volumes:
- email_logs:/var/log/email_notifier
networks:
backend:
volumes:
email_logs:Dans cet exemple, nous avons défini deux services (task_manager et email_notifier) qui sont construits à partir des dossiers ./task_manager et ./email_notifier respectivement. Le service task_manager expose le port 5000 et les deux services sont connectés au réseau backend. Le service email_notifier utilise également un volume nommé email_logs pour stocker les logs.
Étape 3 : Organiser les microservices dans des dossiers séparés
Comme mentionné dans le fichier docker-compose.yml, chaque microservice doit être organisé dans son propre dossier. Dans notre exemple, nous aurions deux dossiers : task_manager et email_notifier. Chaque dossier doit contenir le code source du microservice, les dépendances (par exemple, requirements.txt pour un microservice Python) et un Dockerfile pour construire l'image du conteneur.
Étape 4 : Lancer l'application avec Docker Compose
Pour lancer l'application avec Docker Compose, ouvrez un terminal, accédez au dossier contenant le fichier docker-compose.yml et exécutez la commande suivante :
docker-compose up -d
Docker Compose construira les images des conteneurs pour chaque microservice (si elles n'ont pas déjà été construites), créera les réseaux et les volumes spécifiés, puis lancera les conteneurs. L'option -d indique que les conteneurs doivent être exécutés en arrière-plan (mode détaché).
Étape 5 : Gérer les conteneurs et les ressources avec Docker Compose
Docker Compose fournit plusieurs commandes pour gérer les conteneurs et les ressources de l'application :
docker-compose ps : Affiche l'état des conteneurs de l'application.
docker-compose logs : Affiche les logs des conteneurs de l'application.
docker-compose down : Arrête et supprime les conteneurs, les réseaux et les volumes définis dans le fichier docker-compose.yml.
docker-compose restart : Redémarre les conteneurs de l'application.
Étape 6 : Mise à l'échelle des microservices avec Docker Compose
Docker Compose facilite également la mise à l'échelle des microservices. Par exemple, si vous souhaitez exécuter plusieurs instances du microservice task_manager pour répartir la charge, vous pouvez mettre à l'échelle le service en utilisant la commande suivante :
docker-compose up -d --scale task_manager=3
Cette commande mettra à l'échelle le service task_manager à trois instances. Vous pouvez également mettre à l'échelle d'autres services de la même manière.
Étape 7 : Utilisation de variables d'environnement et de fichiers de configuration
Dans une application réelle, il est probable que vous devrez gérer des variables d'environnement ou des fichiers de configuration pour paramétrer vos microservices. Docker Compose facilite la gestion de ces éléments en vous permettant de définir des variables d'environnement et de monter des fichiers de configuration dans vos conteneurs.
Pour définir des variables d'environnement, vous pouvez utiliser la directive environment dans votre fichier docker-compose.yml. Par exemple, si vous souhaitez définir une variable d'environnement DATABASE_URL pour le microservice task_manager, vous pouvez ajouter la directive suivante à la définition du service :
services:
task_manager:
# ...
environment:
- DATABASE_URL=postgres://user:password@db:5432/mydatabasePour monter des fichiers de configuration, vous pouvez utiliser la directive volumes pour monter un fichier ou un dossier spécifique dans le conteneur. Par exemple, si vous avez un fichier de configuration config.json pour le microservice email_notifier, vous pouvez ajouter la directive suivante à la définition du service :
services:
email_notifier:
# ...
volumes:
- ./email_notifier/config.json:/app/config.jsonDans cet exemple, le fichier config.json sera monté dans le conteneur sous /app/config.json.
Étape 8 : Déploiement des microservices sur un cluster Docker
Dans un environnement de production, il est courant de déployer des microservices sur un cluster Docker pour assurer la haute disponibilité, la répartition de charge et la gestion des ressources. Docker Swarm et Kubernetes sont deux solutions populaires pour orchestrer les déploiements de conteneurs sur un cluster. Dans cette section, nous allons voir comment déployer nos microservices sur un cluster Docker Swarm.
Étape 8.1 : Initialiser un cluster Docker Swarm
Pour initialiser un cluster Docker Swarm, exécutez la commande suivante sur la machine qui sera le gestionnaire du cluster :
docker swarm init
Cette commande générera un token que vous utiliserez pour rejoindre les autres machines (nœuds) au cluster. Notez ce token pour les étapes ultérieures.
Étape 8.2 : Ajouter des nœuds au cluster
Pour ajouter des nœuds au cluster, exécutez la commande suivante sur chaque machine que vous souhaitez ajouter au cluster, en remplaçant <manager-ip> par l'adresse IP du gestionnaire du cluster et <token> par le token généré lors de l'initialisation du cluster :
docker swarm join --token <token> <manager-ip>:2377
Étape 8.3 : Créer un fichier docker-stack.yml
Pour déployer vos microservices sur un cluster Docker Swarm, vous devez créer un fichier docker-stack.yml qui décrit les services, les réseaux et les volumes à déployer. Ce fichier est similaire au fichier docker-compose.yml, mais peut inclure des éléments spécifiques à Docker Swarm, tels que les réplicas et les stratégies de mise à jour.
Reprenons l'exemple précédent avec deux microservices : task_manager et email_notifier. Le fichier docker-stack.yml pour cette application ressemblerait à ceci :
version: '3.9'
services:
task_manager:
image: my_microservice
ports:
- "5000:5000"
networks:
- backend
deploy:
replicas: 3
update_config:
parallelism: 1
delay: 10s
email_notifier:
image: my_notifier
networks:
- backend
volumes:
- email_logs:/var/log/email_notifier
deploy:
replicas: 2
update_config:
parallelism: 1
delay: 10s
networks:
backend:
volumes:
email_logs:Dans cet exemple, nous avons ajouté une section deploy pour chaque service, spécifiant le nombre de réplicas à créer et les stratégies de mise à jour. Le service task_manager aura trois réplicas, tandis que le service email_notifier en aura deux.
Étape 8.4 : Déployer les microservices avec Docker Stack
Pour déployer vos microservices sur le cluster Docker Swarm, exécutez la commande suivante sur le gestionnaire du cluster, en remplaçant <stack-name> par un nom pour votre stack :
docker stack deploy -c docker-stack.yml <stack-name>
Docker Swarm va créer les services, les réseaux et les volumes spécifiés, puis déployer les conteneurs sur les nœuds du cluster en fonction des réplicas et des stratégies de mise à jour définis dans le fichier docker-stack.yml.
Étape 8.5 : Gérer les services déployés avec Docker Stack
Après avoir déployé les microservices sur le cluster Docker Swarm, vous pouvez utiliser les commandes Docker Stack pour gérer les services déployés et les ressources associées :
docker stack ls : Affiche la liste des stacks déployées.
docker stack ps <stack-name> : Affiche l'état des services dans la stack spécifiée.
docker stack rm <stack-name> : Supprime la stack spécifiée et toutes les ressources associées.
Étape 8.6 : Mise à jour et mise à l'échelle des services déployés
Docker Swarm facilite également la mise à jour et la mise à l'échelle des services déployés. Par exemple, si vous apportez des modifications au code source de l'un de vos microservices et que vous souhaitez déployer la nouvelle version, vous pouvez reconstruire l'image Docker et mettre à jour le service avec la commande suivante, en remplaçant <service-name> par le nom du service à mettre à jour et <new-image> par la nouvelle image à utiliser :
docker service update --image <new-image> <stack-name>_<service-name>
Pour mettre à l'échelle un service déployé, exécutez la commande suivante, en remplaçant <service-name> par le nom du service à mettre à l'échelle et <num-replicas> par le nombre de réplicas souhaité :
docker service scale <stack-name>_<service-name>=<num-replicas>
Docker Swarm ajustera automatiquement le nombre de réplicas en fonction de la valeur spécifiée et répartira les conteneurs sur les nœuds du cluster.
Étape 8.7 : Surveillance et dépannage des services déployés
Pour surveiller et dépanner les services déployés, vous pouvez utiliser les commandes Docker pour consulter les logs, les statistiques de performances et l'état des conteneurs :
docker service logs <stack-name>_<service-name> : Affiche les logs du service spécifié.
docker stats : Affiche les statistiques de performance des conteneurs en cours d'exécution, y compris l'utilisation du CPU, de la mémoire, du réseau et du disque.
docker inspect <container-id> : Affiche les détails d'un conteneur spécifique, y compris l'état, la configuration et les informations sur le réseau.
Étape 9 : Sécurité des microservices avec Docker
La sécurité est un aspect essentiel du déploiement de microservices dans un environnement de production. Docker fournit plusieurs fonctionnalités pour améliorer la sécurité de vos microservices, notamment :
Isolation des conteneurs : Les conteneurs Docker sont isolés les uns des autres et du système hôte, ce qui limite l'accès aux ressources et les impacts en cas de compromission d'un conteneur.
Gestion des secrets : Docker Swarm inclut un service de gestion des secrets pour stocker et distribuer en toute sécurité les secrets (tels que les mots de passe, les clés API et les certificats) aux conteneurs qui en ont besoin. Vous pouvez créer un secret avec la commande suivante, en remplaçant <secret-name> par un nom pour votre secret et <secret-file> par le chemin d'accès au fichier contenant le secret :
docker secret create <secret-name> <secret-file>
Pour utiliser un secret dans un service déployé sur Docker Swarm, ajoutez la directive secrets à la définition du service dans le fichier docker-stack.yml. Par exemple, pour ajouter un secret db_password au service task_manager, vous pouvez ajouter la directive suivante à la définition du service :
services:
task_manager:
# ...
secrets:
- db_passwordDans le conteneur, le secret sera accessible sous forme de fichier dans le répertoire /run/secrets. Par exemple, pour le secret db_password, le fichier sera accessible sous /run/secrets/db_password.
Contrôle d'accès basé sur les rôles : Docker Enterprise Edition (Docker EE) inclut des fonctionnalités de contrôle d'accès basé sur les rôles (RBAC) pour gérer les autorisations des utilisateurs et des groupes. Vous pouvez définir des rôles avec différentes autorisations (par exemple, lecture seule, lecture/écriture ou administrateur) et attribuer ces rôles aux utilisateurs et aux groupes.
Authentification et autorisation : Les microservices peuvent nécessiter une authentification et une autorisation pour contrôler l'accès aux ressources et aux fonctionnalités. Vous pouvez implémenter des mécanismes d'authentification et d'autorisation en utilisant des bibliothèques et des services tels que OAuth 2.0, JWT (JSON Web Tokens) et OpenID Connect.
Chiffrement des communications : Il est essentiel de chiffrer les communications entre les microservices et les clients pour protéger les données sensibles en transit. Vous pouvez utiliser des protocoles de communication sécurisés tels que HTTPS et TLS pour chiffrer les communications entre les microservices et les clients, ainsi qu'entre les microservices eux-mêmes.
Mises à jour régulières et gestion des vulnérabilités : Assurez-vous de mettre à jour régulièrement les images de base, les dépendances et les bibliothèques utilisées dans vos microservices pour corriger les vulnérabilités de sécurité. Utilisez des outils d'analyse de vulnérabilités et de gestion des dépendances pour identifier et corriger les vulnérabilités potentielles.
Étape 10 : Monitoring et observabilité des microservices avec Docker
Le monitoring et l'observabilité sont essentiels pour maintenir la santé et les performances des microservices déployés. Docker fournit des outils intégrés pour surveiller les performances des conteneurs et collecter des métriques, des journaux et des traces. Vous pouvez également intégrer des solutions tierces pour améliorer la surveillance et l'observabilité de vos microservices.
Étape 10.1 : Utilisation des commandes Docker pour le monitoring
Docker fournit plusieurs commandes pour surveiller les conteneurs et les services déployés :
docker stats : Affiche les statistiques de performance des conteneurs en cours d'exécution, y compris l'utilisation du CPU, de la mémoire, du réseau et du disque.
docker logs <container-id> : Affiche les journaux d'un conteneur spécifique.
docker service logs <stack-name>_<service-name> : Affiche les journaux d'un service spécifique déployé sur Docker Swarm.
docker inspect <container-id> : Affiche les détails d'un conteneur spécifique, y compris l'état, la configuration et les informations sur le réseau.
Étape 10.2 : Intégration des solutions de monitoring tierces
Il existe plusieurs solutions de monitoring tierces qui peuvent être intégrées avec Docker pour surveiller et visualiser les performances des microservices, telles que :
Prometheus : Un système de monitoring et d'alerte open source qui collecte les métriques des microservices à l'aide d'un modèle de données multidimensionnel. Prometheus peut être déployé en tant que conteneur Docker et peut être configuré pour collecter des métriques à partir de vos microservices et de l'infrastructure sous-jacente.
Grafana : Une plateforme d'analyse et de visualisation open source qui permet de créer des tableaux de bord interactifs pour visualiser les métriques collectées par Prometheus et d'autres sources de données. Grafana peut également être déployé en tant que conteneur Docker et configuré pour se connecter à Prometheus et afficher les métriques de vos microservices.
ELK Stack : Une suite d'outils de surveillance et d'analyse de journaux composée d'Elasticsearch, Logstash et Kibana. ELK Stack peut être utilisée pour collecter, indexer et analyser les journaux de vos microservices et afficher des tableaux de bord interactifs pour surveiller les événements et les tendances.
Étape 10.3 : Utilisation des métriques et des traces personnalisées
En plus des métriques et des journaux par défaut fournis par Docker et les solutions tierces, vous pouvez également instrumenter vos microservices pour générer des métriques et des traces personnalisées. Ces métriques et traces peuvent fournir des informations supplémentaires sur les performances, les erreurs et les problèmes dans vos microservices.
Métriques personnalisées : Vous pouvez utiliser des bibliothèques et des agents pour collecter des métriques personnalisées à partir de vos microservices, telles que les compteurs, les temporisateurs et les indicateurs de santé. Ces métriques peuvent être envoyées à Prometheus ou à d'autres systèmes de monitoring pour l'alerte et l'analyse.
Traces distribuées : Les traces distribuées permettent de suivre les requêtes à travers plusieurs microservices pour comprendre les performances et les problèmes de latence dans les interactions entre services. Vous pouvez utiliser des bibliothèques et des agents de traçage distribué tels que Jaeger, Zipkin ou OpenTelemetry pour collecter et visualiser les traces de vos microservices.
Étape 10.4 : Alerting et notifications
Pour assurer la fiabilité et la disponibilité de vos microservices, il est important de configurer des alertes et des notifications basées sur les métriques et les événements collectés. Les alertes peuvent vous informer des problèmes potentiels, tels que l'augmentation de l'utilisation des ressources, les erreurs, les défaillances des services et les violations de seuil.
Vous pouvez utiliser des outils de surveillance tels que Prometheus et Grafana pour définir des règles d'alerte basées sur des expressions de métriques et des seuils. Ces règles d'alerte peuvent déclencher des notifications par e-mail, SMS, Slack ou d'autres canaux de communication en cas de problème.
Étape 10.5 : Analyse des performances et optimisation
Une fois que vous avez mis en place un système de monitoring et d'observabilité pour vos microservices, vous pouvez analyser les données collectées pour identifier les goulots d'étranglement, les inefficacités et les opportunités d'amélioration. Utilisez les tableaux de bord et les rapports de vos outils de monitoring pour explorer les tendances, les corrélations et les anomalies dans les performances de vos microservices.
Utilisez ces informations pour optimiser vos microservices en ajustant la configuration, en mettant à jour les bibliothèques et les dépendances, en refactorisant le code et en améliorant les algorithmes. Testez régulièrement les performances de vos microservices pour vous assurer qu'ils répondent aux exigences de latence, de débit et de fiabilité.
Conclusion
Dans cet article, nous avons exploré comment programmer des microservices avec Docker, en couvrant les étapes clés pour créer, déployer et gérer des microservices à l'aide de Docker et Docker Swarm. Nous avons également discuté de la sécurité, du monitoring et de l'observabilité des microservices.
En suivant ces étapes et en adoptant les bonnes pratiques, vous pouvez tirer parti de l'architecture des microservices pour créer des applications évolutives, flexibles et résilientes qui répondent aux besoins changeants de votre entreprise.