Contêineres no Compute Engine

Os contêineres de software são uma maneira conveniente de executar seus apps em várias instâncias isoladas do espaço do usuário. Execute contêineres em imagens públicas de VM do Linux ou Windows Server ou em uma imagem do Container-Optimized OS. Os contêineres permitem que os apps funcionem com menos dependências na máquina virtual (VM) do host e sejam executados independentemente de outros apps em contêineres que você implantou na mesma instância de VM. Com essas características, os apps em contêineres são mais portáteis, fáceis de implantar e mais simples de manter em grande escala.

Este documento descreve algumas das tecnologias de contêineres mais comuns que você pode usar para executar contêineres em instâncias do Compute Engine. É possível usar essas tecnologias na maioria das imagens de VM públicas fornecidas pelo Compute Engine.

Execute contêineres no Compute Engine quando for preciso controle completo sobre o ambiente de contêineres e as ferramentas de orquestração de contêineres. Se preferir, use o Google Kubernetes Engine para simplificar o gerenciamento de cluster e as tarefas de orquestração de contêineres para que você não precise gerenciar as instâncias de VM subjacentes.

Tecnologias de contêiner executadas no Compute Engine

Em geral, as instâncias do Compute Engine podem executar qualquer tecnologia ou ferramenta de contêiner. É possível executar vários tipos diferentes de contêineres em sistemas operacionais Linux modernos, além de executar o Docker no Windows Server 2016 ou posterior. A lista a seguir inclui várias ferramentas comuns que servem para executar e gerenciar apps em contêiner:

  • Docker e Podman são duas tecnologias de contêiner muito conhecidas que permitem executar aplicativos conteinerizados.
  • Kubernetes é uma plataforma de orquestração de contêineres que pode ser usada para gerenciar e escalonar os contêineres em execução em várias instâncias ou em um ambiente de nuvem híbrida.
  • Os contêineres no Compute Engine fornecem uma maneira fácil de implantar contêineres em instâncias de VM do Compute Engine ou em grupos de instâncias gerenciadas.
  • É possível converter os sistemas atuais em imagens LXD (em inglês) e executá-los nas instâncias de VM do Compute Engine para uma solução de migração lift-and-shift. O LXD é executado em imagens do Ubuntu.

Além disso, você pode usar o Container Registry para gerenciar versões de imagens de contêiner. O Container Registry funciona como local central de armazenamento e gerenciamento de suas imagens de contêiner antes de implantá-las no Kubernetes do Compute Engine ou nos clusters do Google Kubernetes Engine.

Imagens de VM otimizadas para contêineres

O Compute Engine fornece várias imagens de VM públicas que podem ser usadas para criar instâncias e executar as cargas de trabalho de contêineres. Algumas dessas imagens de VM públicas têm um sistema operacional minimalista otimizado para contêineres que inclui versões mais recentes pré-instaladas do Docker, do Podman ou do Kubernetes. As seguintes famílias de imagens públicas são projetadas especificamente para executar contêineres:

  • Container-Optimized OS do Google
    • Inclui: Docker, Kubernetes
    • Projeto de imagem: cos-cloud
    • Família de imagens: cos-stable
  • Fedora CoreOS
    • Inclui: Podman, Docker
    • Projeto de imagem: fedora-coreos-cloud
    • Família de imagens: fedora-coreos-stable
  • Ubuntu (em inglês)
    • Inclui: LXD
    • Projeto de imagem: ubuntu-os-cloud
    • Família de imagens: ubuntu-2004-lts
  • Windows
    • Inclui: Docker
    • Projeto de imagem: windows-cloud
    • Família de imagens: windows-1909-core-for-containers

Se for necessário executar ferramentas e tecnologias de contêiner específicas em imagens que não as incluem por padrão, instale-as manualmente.

Como instalar tecnologias de contêiner nas instâncias

Para iniciar um único contêiner em uma instância, especifique uma imagem de contêiner ao criar uma instância. O Compute Engine fornece automaticamente uma imagem atualizada do Container-Optimized OS com o Docker instalado e inicia o contêiner quando a VM é inicializada. Para mais informações, consulte Como implantar contêineres em VMs.

Como alternativa, execute as cargas de trabalho de contêiner no Compute Engine usando as tecnologias de contêiner e as ferramentas de orquestração necessárias. É possível criar uma instância a partir de uma imagem pública de VM e, em seguida, instalar as tecnologias de contêiner desejadas. Por exemplo:

  • Instale o Podman nas instâncias do Compute Engine como uma alternativa ao ambiente de execução do contêiner do Docker.
  • Instale o Kubernetes nas instâncias para fornecer orquestração aos contêineres do Docker e da Open Container Initiative (OCI).
  • Em algumas situações, talvez sejam necessárias versões específicas dessas tecnologias para garantir que operem corretamente em conjunto. Por exemplo, o Kubernetes normalmente é executado de forma melhor com versões específicas do Docker. Normalmente, é possível instalar as versões mais recentes destas tecnologias para conseguir o melhor resultado.

    Como instalar o Docker em imagens do Windows Server

    O Windows Server 2016 e as versões posteriores são compatíveis com contêineres. Se você quiser executar contêineres do Docker em uma instância do Windows Server, o Google recomendará começar com a imagem pública do Windows Server for Containers. Essa imagem tem os seguintes componentes instalados:

    Se você quiser instalar o Docker na imagem base do Windows Server e executar apps em contêiner em vez de usar a imagem do Windows Server for Containers, siga as etapas descritas abaixo.

    Comece criando uma instância do Windows Server usando uma imagem pública do Windows Server 2016 ou posterior. Para a melhor compatibilidade de contêineres, recomendamos usar a versão semestral mais recente do Windows Server, como a 1909.

    Instalar o Docker

    1. Conecte-se à instância do Windows.

    2. Execute o PowerShell como administrador.

    3. Instale o Docker dos repositórios da Microsoft:

      PS C:\> Install-Module -Name DockerMsftProvider -Repository PSGallery -Force
      
      PS C:\> Install-Package -Name docker -ProviderName DockerMsftProvider
      
    4. Execute os seguintes comandos para contornar problemas conhecidos com os contêineres do Windows no Google Compute Engine:

      • Desativar união de segmentos de recebimento:

        PS C:\> netsh netkvm setparam 0 *RscIPv4 0
        
      • Ativar IPv6:

        PS C:\> reg add HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip6\Parameters `
        /v DisabledComponents /t REG_DWORD /d 0x0 /f
        
    5. Reinicie a instância:

      PS C:\> Restart-Computer -Force
      

    Etapas de configuração adicionais

    Neste ponto, é possível usar o Docker para executar contêineres na instância. Por exemplo, o comando a seguir faz o download da imagem de contêiner nanoserver do Windows e executa um prompt de comando dentro de um contêiner nanoserver:

    PS C:\> docker run -it mcr.microsoft.com/windows/nanoserver:1909 cmd.exe
    

    Observe que há um problema conhecido com a MTU de rede padrão do Docker que afeta a conectividade com a instância e a conectividade dos contêineres com a Internet. Para contornar esse problema, comece definindo a MTU de todas as interfaces de rede (Ethernet e vEfernet) como 1460 ao executar estes comandos em um terminal do PowerShell na instância:

    PS C:\> Get-NetAdapter | Where-Object Name -like "*Ethernet*" | ForEach-Object {
      & netsh interface ipv4 set subinterface $_.InterfaceIndex mtu=1460 store=persistent
    }
    
    PS C:\> netsh interface ipv4 show subinterfaces
       MTU  MediaSenseState   Bytes In  Bytes Out  Interface
    ------  ---------------  ---------  ---------  -------------
    4294967295                1          0          0  Loopback Pseudo-Interface 1
      1460                1     306804     668688  Ethernet
      1460                1          0       1282  vEthernet (nat)
    

    Mesmo após reparar a MTU da instância, a conectividade dos contêineres com a Internet pode ser instável porque, por padrão, a interface de rede do contêiner também usa uma MTU de 1500. Para que os comandos definam a MTU corretamente para cada contêiner, consulte a seção de MTU do contêiner.

    Talvez seja necessário executar esses comandos da MTU periodicamente ao configurar a rede do Docker. Para mais detalhes, consulte a seção de problemas conhecidos.

    Como executar contêineres do Windows

    Há muitos recursos disponíveis para dar os primeiros passos nos contêineres do Windows:

    Problemas conhecidos nos contêineres do Windows

    Os contêineres são incompatíveis com versões do Windows

    Os contêineres criados em versões anteriores do Windows não funcionam em instâncias do Compute Engine que executam versões mais recentes do Windows. Por padrão, o Docker extrai a versão do Windows Server 2016 de um contêiner. Isso significa que a execução do seguinte comando em uma instância que executa o Windows Server versão 1709 ou mais recente gera erro:

    PS C:\> docker run -it mcr.microsoft.com/windows/nanoserver cmd.exe
    docker: Error response from daemon: container
    9a1eb8bbcba4e91792be65f3c40b5a1aee062f02fbc60a78444b47d043438069 encountered an
    error during CreateContainer: failure in a Windows system call: The operating
    system of the container does not match the operating system of the host.
    (0xc0370101)
    

    A página Compatibilidade de versão do contêiner do Windows (em inglês) da Microsoft contém mais informações. Para contornar as incompatibilidades da versão do contêiner do Windows, especifique a tag correspondente à sua versão do Windows ao extrair e executar contêineres. Por exemplo, em uma instância da versão 1909 do Windows Server, use o comando a seguir para executar um prompt de comando no contêiner nanoserver versão 1909, em vez do contêiner 2016 padrão:

    PS C:\> docker run -it mcr.microsoft.com/windows/nanoserver:1909 cmd.exe
    

    As incompatibilidades de MTU afetam a conectividade com a instância e o contêiner

    Quando você cria uma rede de contêineres em uma instância do Windows usando os comandos docker network create ou New-VMSwitch, a MTU da interface de rede da instância costuma ser forçada para 1500 (em inglês). A interface de rede padrão em um novo contêiner do Docker também costuma usar uma MTU 1500 (em inglês). O Google Cloud só é compatível com uma MTU 1460. Sendo assim, quando a MTU é forçada para 1500, você pode ter estes problemas:

    • A sessão de RDP pode parar e talvez você não consiga se reconectar. Isso costuma acontecer ao criar uma rede de contêiner transparente.

    • A resolução DNS no contêiner pode falhar.

    • A resolução DNS ocorre, mas o estabelecimento de uma conexão HTTP do contêiner com a Internet pode falhar.

    Contornar essas limitações requer duas etapas: definir a MTU para as interfaces de rede da instância e definir a MTU para as interfaces de rede do contêiner.

    1. Como configurar a MTU para as interfaces de rede da instância do Windows

    Execute o seguinte comando em um terminal do PowerShell na instância do Windows para definir a MTU para todas as interfaces de rede (Ethernet e vEthernet):

    PS C:\> Get-NetAdapter | Where-Object Name -like "*Ethernet*" | ForEach-Object {
      & netsh interface ipv4 set subinterface $_.InterfaceIndex mtu=1460 store=persistent
    }
    

    Verifique se as MTUs da interface Ethernet e vEthernet da instância estão definidas como 1460 usando este comando:

    PS C:\> netsh interface ipv4 show subinterfaces
       MTU  MediaSenseState   Bytes In  Bytes Out  Interface
    ------  ---------------  ---------  ---------  -------------
    4294967295                1          0          0  Loopback Pseudo-Interface 1
      1460                1  628295912    2613170  Ethernet
      1460                1      37793     223909  vEthernet (nat)
    

    Se não for possível executar esses comandos porque você não consegue mais se conectar a uma instância usando o RDP, conecte-se à instância por meio do console serial, inicie um cmd e execute os comandos netsh para reparar a MTU. Para não ter que fazer isso, recomendamos executar qualquer comando docker network ... ou New-VMSwitch como parte de um script que também executa o comando de reparo de MTU.

    2. Como configurar a MTU para as interfaces de rede do contêiner do Windows

    A MTU de um contêiner do Windows precisa ser configurada enquanto o contêiner está em execução, seja dentro do contêiner ou da instância que hospeda o contêiner. Se o PowerShell estiver disponível em seu contêiner, será possível executar este comando interativamente ou a partir de um script no contêiner para definir corretamente a MTU:

    PS C:\> Get-NetAdapter | Where-Object Name -like "vEthernet*" | ForEach-Object {
      & netsh interface ipv4 set subinterface $_.InterfaceIndex mtu=1460 store=persistent
    }
    

    Ou execute este comando na instância do Windows para definir a MTU para todos os contêineres em execução:

    PS C:\> Get-NetIPInterface -IncludeAllCompartments |
      Where-Object InterfaceAlias -like "vEthernet*" |
      Set-NetIPInterface -IncludeAllCompartments -NlMtuBytes 1460
    

    Falha ao iniciar contêineres do Docker

    A inicialização de um contêiner com docker run pode falhar com o seguinte erro:

    C:\Program Files\Docker\docker.exe: Error response from daemon: container ...
    encountered an error during CreateContainer: failure in a Windows system call:
    Element not found. (0x490)
    

    Esse problema (em inglês) ocorre em instâncias do Windows Server 2016 com o Windows Update KB4015217 instalado. Para contornar o problema, ative o IPv6 na instância usando o comando do PowerShell a seguir:

    PS C:\> reg add HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip6\Parameters `
    /v DisabledComponents /t REG_DWORD /d 0x0 /f
    

    Depois de ativar o IPv6, reinicie a instância:

    PS C:\> Restart-Computer -Force
    

    Se esse problema for corrigido em futuras atualizações do sistema operacional, você poderá restaurar a configuração original do IPv6:

    PS C:\> reg add HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip6\Parameters `
    /v DisabledComponents /t REG_DWORD /d 0xff /f
    

    Falha ao iniciar contêineres do Hyper-V

    Os contêineres do Hyper-V (em inglês) não são aceitos no Compute Engine no momento.

    A seguir