En los últimos años la tecnología de contenedores se ha convertido en una de las herramientas más utilizadas en el desarrollo de software, por tal motivo en los artículos anteriores en los cuales hablamos de Podman y de Docker, continuamente se nombraba el concepto de contenedor, donde damos una breve explicación aunque sin profundizar demasiado, por eso en este artículo explicaremos más detalladamente este elemento tan importante.
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Los contenedores nacieron como una forma más eficiente para empaquetar y distribuir aplicaciones, de forma que sean portátiles y puedan ejecutarse de igual manera sin importar el servidor donde se desplieguen, sin preocuparse de instalación, configuración y dependencias en el servidor, porque todo lo necesario ya está empaquetado junto con la aplicación.
Por todo lo anterior es que hoy es un estándar adoptado por todo tipo de empresas de todos los tamaños, desde startups hasta gigantes tecnológicos, debido a que los contenedores permiten crear entornos aislados y reproducibles, lo que significa que las aplicaciones dentro del paquete están aisladas del resto del servidor y que, sin importar el tipo de servidor, ni su sistema operativo, ni su configuración particular, el contenedor se ejecutará de igual manera cada vez en cada despliegue.
Esto los transforma en paquetes portátiles, capaces de ejecutar aplicaciones, eliminando gran parte de los problemas comunes en un despliegue, donde la compatibilidad entre sistemas y la gestión de dependencias suelen ser el principal desafío.
Los contenedores son, en pocas palabras, un antes y un después en la forma en que construimos, distribuimos y ejecutamos software, por eso entenderlos resulta vital para cualquier persona vinculada al mundo de la informática, ya sea desarrollador, administrador de sistemas, estudiante o autodidacta.
¿Qué es un contenedor?
Un contenedor se crea a partir de una plantilla llamada imagen, que es un paquete que agrupa los archivos, como si fuera un zip o un iso, y que es ligero; en un mismo archivo incluye la aplicación junto con todo lo necesario para que funcione correctamente: bibliotecas, dependencias, configuraciones y binarios.
La imagen es un paquete congelado, inmutable y listo para replicar, algo similar a tener un archivo ISO de un sistema operativo o una máquina virtual detenida en una captura exacta de su estado; no hace nada por sí sola, solo define cómo debe ser el entorno una vez que se ejecute.
Profundizaremos en el concepto de imagen más adelante; por ahora, podemos decir que cuando esa imagen se ejecuta, se convierte en un contenedor, que sería el equivalente a arrancar la máquina: donde habrá procesos en ejecución, consumo de CPU, memoria, red, logs, cambios temporales y un entorno funcionando en tiempo real.
Se pueden crear muchos contenedores a partir de la misma imagen, aunque los cambios que se produzcan en el contenedor no se transfieren a la imagen, sino que se quedan en el contenedor, que, aunque este se detenga, se puede retomar.
Esta capacidad de aislamiento se logra mediante características del sistema operativo como namespaces y cgroups en Linux, las cuales permiten dividir los recursos del sistema y asignarlos a cada contenedor como si fueran exclusivos.
Desde un punto de vista práctico, ejecutar un contenedor es como ejecutar una imagen autosuficiente que contiene toda la aplicación tal cual debería funcionar, esto no solo simplifica despliegues, sino que elimina frases clásicas como “en mi máquina funciona, pero en producción no” debido a que un contenedor asegura que la aplicación funciona igual tanto en la computadora del desarrollador, como en el servidor de producción, o donde sea que vaya a ser desplegado.
El proceso más pesado es compilar la imagen con todo lo necesario, lo que incluye agregar la aplicación o directamente compilarla, dependiendo del tipo de tecnología a agregar, algo que puede tomar varios minutos o más dependiendo de la aplicación y todas las dependencias que se deban descargar para ser incluidas, luego de que la imagen esté lista se puede subir a un repositorio público o privado para que esté disponible para ser descargada donde se necesite.
Por eso, los contenedores están pensados para ser extremadamente rápidos de iniciar, fáciles de replicar y simples de destruir para volver a levantar cuando sea necesario. Esto es justamente la base de arquitecturas modernas como microservicios: simplemente descargar la imagen una vez con todo pronto y luego crear tantos contenedores como se necesiten en segundos.
Diferencias entre contenedor y máquina virtual
Uno de los errores más comunes es creer que un contenedor es lo mismo que una máquina virtual, aunque si bien ambos permiten aislar entornos, son enfoques y arquitecturas completamente distintas: mientras que una máquina virtual incluye un sistema operativo completo, drivers y kernel propio, los contenedores quieren evitar tener y mantener todo eso, los contenedores buscan contener solo la aplicación, librerías y archivos usados exclusivamente por la aplicación, prescindiendo de cualquier otra dependencia que no sea necesaria para la aplicación.
Además, una máquina virtual implica consumo de recursos alto, más memoria, mayor uso de CPU, arranque lento y mayor complejidad operativa y de gestión tanto de recursos como de seguridad, en cambio, un contenedor no ejecuta un sistema operativo completo, sino que comparte el kernel del sistema host y solo incluye lo necesario para que la aplicación funcione, lo que los hace mucho más ligeros, rápidos y eficientes.
En una máquina virtual, el hipervisor emula hardware y crea entornos completamente separados, sin embargo, se necesitan drivers para cada uno y por tanto la portabilidad es más compleja que los contenedores, donde las máquinas virtuales pueden moverse entre hosts compatibles, pero los contenedores son mucho más portables y no están ligados a ningún sistema operativo ni a ningún hipervisor.
Sin contar el mantenimiento y monitoreo de cada servicio del sistema operativo dentro de la máquina virtual, además, cada VM puede pesar varios gigabytes y tardar minutos en iniciar, por el contrario, en un contenedor, el aislamiento es a nivel de sistema operativo, los tamaños habitualmente son de algunos cientos de megabytes o incluso menos y pueden iniciar en segundos o incluso milisegundos.
En resumen, las máquinas virtuales son ideales cuando se necesita aislar totalmente sistemas operativos, mientras que los contenedores son perfectos cuando el objetivo es desplegar aplicaciones de forma sencilla y eficiente.
Ventajas de usar contenedores
Los contenedores ofrecen varias ventajas importantes que explican su éxito.
Portabilidad: una aplicación empaquetada en un contenedor puede ejecutarse casi sin modificaciones en cualquier entorno compatible, ya sea Linux, Windows (en ciertos casos), servidores dedicados, servidores en la nube, etc. Esta sencilla portabilidad trae una reducción de costos, eliminando problemas de compatibilidad entre entornos de desarrollo y entornos de producción.
Eficiencia en el uso de recursos: al no requerir un sistema operativo completo en cada instancia, el consumo de recursos es mucho menor en comparación con el uso de máquinas virtuales, por tanto implica mejor aprovechamiento del hardware, mejor manejo de cargas de trabajo y una reducción de costos, especialmente en entornos cloud donde el uso de recursos repercute directamente en la factura.
Arquitectura modular: en lugar de una aplicación monolítica grande, los contenedores permiten dividir el sistema en microservicios independientes, más fáciles de desarrollar, probar y escalar, lo que, por ejemplo, en equipos grandes de desarrolladores, les otorga mayor agilidad y capacidad de respuesta ante cambios y despliegues continuos.
¿Qué es la imagen de un contenedor?
Para entender por completo qué es un contenedor, es primero fundamental comprender el concepto de imagen. Se puede definir una imagen de un contenedor como una plantilla inmutable, donde se define qué contiene y cómo funcionará ese contenedor.
En la imagen se incluye el sistema de archivos base, dependencias, librerías, configuraciones, variables de entorno e instrucciones para ejecutar la aplicación, es por así decirlo como una especie de fotografía congelada del entorno de ejecución, luego cuando se “lanza” un contenedor, en realidad se está creando una instancia en ejecución de esa imagen.
Las imágenes suelen construirse usando archivos de texto declarativos como Dockerfile, donde se indica paso a paso cómo construir el entorno, estas imágenes luego se almacenan en repositorios, habitualmente llamados registries, siendo el más conocido Docker Hub, aunque también están GitHub Container Registry o registros privados empresariales, entre otros.
Desde esos registros o repositorios, es desde donde pueden descargarse a cualquier servidor o máquina en que se necesite ejecutar, sin necesidad de procesos manuales de instalación que creen la imagen cada vez, simplemente se descargan. Es justamente esta inmutabilidad la que hace que los contenedores sean reproducibles siempre con la misma exactitud, ya que una imagen versionada garantiza que cualquier entorno futuro tendrá exactamente las mismas condiciones que el original, algo fundamental en los despliegues.
Un detalle interesante es que las imágenes trabajan mediante capas, cada cambio o actualización se agrega como una nueva capa sin reemplazar completamente las anteriores, optimizando almacenamiento y distribución, esto reduce tiempos de transferencia, mejora la eficiencia y facilita construir variaciones a partir de una base común, por todo esto es que la imagen es el corazón de todos los ecosistemas de contenedores, ya que definen la estabilidad y consistencia en cualquier entorno.
Explicando los orquestadores y runtimes
Todo contenedor, incluso uno solo ejecutándose en una máquina, requiere necesariamente un componente llamado runtime, el cual es el encargado de ejecutar realmente los contenedores: es quien interactúa con el sistema operativo, crea y gestiona namespaces, aplica restricciones mediante cgroups, controla el ciclo de vida básico del proceso y garantiza su aislamiento. Sin esta capa, un contenedor simplemente no puede existir. Algunos runtimes utilizados son runc, crun y containerd, cada uno cumpliendo un rol específico dentro del ecosistema.
Los usuarios no interactúan directamente con el runtime sino con herramientas de más alto nivel como Docker o Podman, los cuales facilitan su uso diario porque permite abstraer la complejidad, sin embargo, cuando se debe manejar decenas, cientos o incluso miles de contenedor distribuidos entre múltiples nodos, lo cual es muy habitual en sistema de microservicios, surge una nueva dificultad en la coordinación de todos los contenedores.
Es allí donde aparecen los orquestadores, sistemas que se encargan de gestionar y desplegar contenedores, manejar fallos, escalar servicios y mantener el estado deseado del sistema, entre los orquestadores más conocidos están Kubernetes, Docker Swarm o Apache Mesos
Casos de uso de los contenedores
Los contenedores se utilizan hoy prácticamente en todo el ciclo de vida del desarrollo de software; van desde el desarrollo mismo, las pruebas y el pase a producción.
Los programadores los usan para mantener entornos idénticos entre máquinas, evitando problemas de compatibilidad y asegurando que lo que se prueba localmente será exactamente igual en producción, acelerando el ciclo de desarrollo, reduciendo errores y simplificando la integración entre equipos. Luego, también son esenciales para pruebas automatizadas, donde el mismo entorno puede levantarse miles de veces en pipelines CI/CD.
Otro uso muy importante es en el despliegue de aplicaciones en producción, tanto en empresas grandes como en startups, donde gracias a los contenedores se pueden desplegar microservicios, APIs, aplicaciones web y backend completos de forma rápida, escalable y confiable.
En el mundo empresarial, los contenedores permiten modernizar aplicaciones heredadas sin reescribirlas completamente, encapsulándolas y facilitando su migración a la nube. También se utilizan en big data, inteligencia artificial, análisis científico y machine learning, donde reproducir entornos de experimentación es fundamental.
En educación y formación técnica son una herramienta fantástica para enseñar infraestructura sin necesidad de montar laboratorios complejos e incluso en industrias como banca, salud o telecomunicaciones han permitido alcanzar niveles de automatización imposibles con infraestructuras más tradicionales.
Conclusión
Los contenedores no son solo una moda, sino una respuesta bien pensada para solucionar problemas de portabilidad, de seguridad y para simplificar la gestión de sistemas a gran escala. Al ofrecer entornos aislados, seguros, livianos y fácilmente desplegables, han transformado la forma en que se desarrolla, distribuye y gestiona el software, permitiendo que equipos de todos los tamaños construyan sistemas más eficientes y fáciles de mantener.
Comprender qué son los contenedores y para qué sirven no es simplemente adquirir un conocimiento técnico más, sino entender una de las bases modernas sobre las que se construyen sistemas en la actualidad.