Dal codice alla scalabilità: il viaggio di un'applicazione con Docker e Kubernetes

Negli ultimi anni, il mondo dello sviluppo software ha vissuto una trasformazione radicale, passando dall'esecuzione tradizionale delle applicazioni su server fisici a soluzioni più flessibili e scalabili. Un esempio chiaro di questa evoluzione è il percorso che un'applicazione compie dalla fase di sviluppo fino alla gestione automatizzata con Kubernetes.

Ma prima di andare avanti è meglio dare almeno le definizioni di container e orchestrator, concetti che troveremo più avanti:

• Cos'è un container? Un container è un ambiente isolato che contiene tutto il necessario per eseguire un’applicazione: codice, librerie e dipendenze. Grazie ai container, le applicazioni possono funzionare in qualsiasi sistema senza problemi di compatibilità.

• Cos'è un orchestrator? Un orchestrator, come Kubernetes, è uno strumento che gestisce automaticamente il deployment, il bilanciamento del carico, la scalabilità e il ripristino dei container, garantendo che l’applicazione sia sempre disponibile e performante.

Un po' di storia: dalle origini dei container a Kubernetes

L'idea di eseguire applicazioni in ambienti isolati risale agli anni '60 con il concetto di virtualizzazione, ma è negli anni 2000 che i container iniziano a prendere forma. Nel 2000, FreeBSD introduce i "Jails", un primo tentativo di creare ambienti isolati all'interno di un sistema operativo. Nel 2007, Google sviluppa e introduce il concetto di Process Container, poi cgroups (Control Groups), una tecnologia che permette di limitare e isolare l'uso delle risorse da parte dei processi, e lo integra in Linux.

Nel 2013, Docker Inc. (all'epoca dotCloud) rivoluziona il settore introducendo Docker, una piattaforma open-source che semplifica la creazione, distribuzione ed esecuzione dei container. Grazie alla sua facilità d'uso, Docker diventa rapidamente lo standard de facto per il deployment delle applicazioni. La nascita di Docker ha rivoluzionato non solo la portabilità dei container, ma anche la standardizzazione di questi facendo passi da gigante nell'automatizzare e semplificare il processo di creazione e distribuzione dei container.

Con la crescente diffusione dei container, emerge la necessità di un sistema per gestirli su larga scala. Nel 2014, Google rilascia Kubernetes, un progetto open-source basato su Borg, un orchestratore interno utilizzato per anni nei data center di Google. Kubernetes diventa rapidamente il leader indiscusso nell'orchestrazione dei container, grazie al supporto della Cloud Native Computing Foundation (CNCF).

Il punto di partenza - Sviluppo locale

Per cercare di capire cosa sia Kubernetes e qual’è la sua utilità è utile provare a ripercorrere lo sviluppo di una applicazione nel tempo.

Immaginiamo di dover sviluppare una piccola applicazione web, magari con Python e Flask. Il primo passo naturale è scrivere il codice e testarlo sulla propria macchina, installando le librerie necessarie e configurando l'ambiente per farlo funzionare. Finché l’applicazione è utilizzata solo dallo sviluppatore, questo approccio può andare bene.

Tuttavia, emergono rapidamente i primi problemi: cosa succede se dobbiamo eseguire la stessa applicazione su un altro computer? O se dobbiamo distribuirla a più sviluppatori senza conflitti tra librerie diverse? Qui entra in gioco la necessità di un sistema più standardizzato, che permetta anche di automatizzare alcune operazioni.

L'isolamento con Docker

Docker risolve questi problemi fornendo un ambiente isolato in cui l’applicazione può essere eseguita senza dipendere dalla configurazione del sistema operativo sottostante. Creando un'immagine Docker, è possibile impacchettare tutto il necessario (codice, dipendenze, configurazioni) in un unico file eseguibile, che può essere eseguito su diverse macchine. In questo modo, l’applicazione diventa più portatile: può essere avviata con un semplice comando e funzionerà in modo consistente su macchine con configurazioni simili, sia in locale che su server remoti.

Coordinare più servizi con Docker Compose

Molte applicazioni non sono autonome e richiedono l'interazione con altri servizi per funzionare correttamente. Ad esempio, un'applicazione web potrebbe dipendere da un database come PostgreSQL. In questi casi, gestire i singoli container separatamente può diventare complicato. Docker Compose semplifica questo processo, permettendo di definire e avviare più container contemporaneamente con un solo comando, gestendo facilmente le dipendenze tra i vari servizi.

Questo approccio semplifica la gestione di applicazioni composte da più servizi, rendendo lo sviluppo più fluido.

Ma cosa succede quando vogliamo eseguire la nostra applicazione non su un solo server, ma su più macchine, magari per gestire un traffico maggiore?

La scalabilità con Kubernetes

Dopo aver gestito l'ambiente di sviluppo e aver creato il container con Docker, il passo successivo è affrontare la gestione su larga scala, ed è qui che Kubernetes entra in gioco.

Se l’applicazione deve gestire un numero crescente di utenti, un singolo server non basta più , occorre passare a Kubernetes, un sistema di orchestrazione che automatizza la gestione dei container su più macchine.

Con Kubernetes, possiamo:

• Distribuire l’app su più server per garantire disponibilità continua.

• Scalare automaticamente il numero di container in base al carico di lavoro.

• Riavviare automaticamente i container che si bloccano o falliscono.

• Bilanciare il traffico tra le varie istanze dell’applicazione.

Questa flessibilità permette di affrontare qualsiasi esigenza di crescita, senza dover gestire manualmente ogni singolo container.

L'altra faccia della medaglia

Se da un lato Docker e Kubernetes hanno portato grandi vantaggi in termini di flessibilità, scalabilità e gestione delle applicazioni, dall’altro hanno anche ampliato la superficie di attacco e le potenzialità di vulnerabilità. Con l’introduzione di container, orchestratori e infrastrutture distribuite, si sono creati nuovi punti di accesso per attacchi informatici.

Ogni componente aggiunto all’infrastruttura (dal container stesso, ai vari microservizi, fino ai nodi gestiti da Kubernetes) introduce nuove potenziali vulnerabilità. Inoltre, la gestione di più container e il coordinamento tra di essi richiedono la gestione di credenziali, configurazioni di rete e comunicazioni che, se non protette adeguatamente, possono diventare veicoli per attacchi.

Il rischio aumenta ulteriormente con l’adozione di configurazioni errate, la gestione di dati sensibili non adeguatamente criptati e la possibilità di errori di programmazione nei microservizi che, se sfruttati, possono compromettere l’intero sistema. In un ambiente distribuito, un attacco a uno dei singoli componenti può avere ripercussioni su tutta l’infrastruttura, con effetti devastanti.

Conclusione: Innovazione e sicurezza vanno di pari passo

L’evoluzione tecnologica portata da Docker, Kubernetes e le architetture distribuite, ha trasformato radicalmente il modo in cui sviluppiamo, distribuiamo e gestiamo le applicazioni. Grazie a queste tecnologie, le organizzazioni possono rispondere in modo più agile alle esigenze di mercato, ottimizzare le risorse e garantire scalabilità continua. Tuttavia, come con ogni innovazione, l'introduzione di queste soluzioni ha anche ampliato la superficie di attacco, portando con sé nuove sfide in termini di sicurezza.

Per sfruttare appieno i vantaggi di queste tecnologie senza incorrere nei rischi associati, è fondamentale che le aziende adottino un approccio di sviluppo sicuro sin dalle prime fasi del ciclo di vita del software. Ciò significa integrare pratiche di sicurezza in ogni fase del processo di sviluppo, dalla scrittura del codice alla gestione dei container e delle configurazioni, passando per la protezione dei dati e delle comunicazioni. La sicurezza non deve più essere vista come un elemento separato, ma come una componente fondamentale e proattiva da incorporare fin dall'inizio nei processi di produzione.

In definitiva, l’automazione e la scalabilità rappresentano il futuro della gestione applicativa, ma solo con una solida base di sviluppo sicuro e una gestione olistica della sicurezza queste innovazioni potranno essere pienamente sfruttate, assicurando al contempo che i benefici della trasformazione digitale non si traducano in vulnerabilità sistemiche.

Alessandro Rugolo