Einführung in die Containerisierung: Überbrückung von IT und OT

Containerisierung ist eine Virtualisierungstechnik, die es seit mindestens 2008 gibt. Es handelt sich um eine Art der Software-Bereitstellung, bei der alles, was für den Betrieb erforderlich ist, in einem einzigen Paket gebündelt wird. Dazu gehören eine Anwendung und alle ihre Abhängigkeiten. Während sie historisch gesehen in IT-Umgebungen eingesetzt wurde, gewinnt sie in letzter Zeit auch in der OT an Bedeutung. Die moderne Containerisierung, die seit 2013 durch Docker® populär geworden ist, ermöglicht eine effiziente, portable Anwendungsbereitstellung in verschiedenen Umgebungen. Industriestandards, die sich auf die Anwendererfahrung mit der Containerisierung konzentrieren, wurden von der Open Container Initiative (OCI) entwickelt. Die Containerisierung ermöglicht den Betrieb von Anwendungen, die sonst durch das Gerät oder das Betriebssystem eingeschränkt wären. Ziel dieses Beitrags ist es, die Leistungsfähigkeit der Containerisierung zu demonstrieren, um die Anwendungsbereitstellung in IT- und OT-Umgebungen zu optimieren und die Effizienz in modernen Industriesteuerungssystemen (Industriesteuerungssystem) zu transformieren.

Container vs. virtuelle Maschinen

Der einfachste Vergleich mit Containern ist die virtuelle Maschine (virtuelle Maschine), da beide Arten der Virtualisierung sind. Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass Container kein vollständiges Gastbetriebssystem benötigen, während virtuelle Maschinen dies tun und alles bis zur abstrakten physikalischen Schicht virtualisieren. Virtuelle Maschinen erfordern erhebliche CPU- und Speicherressourcen, was die Skalierbarkeit in ressourcenbeschränkten Umgebungen einschränkt. Container teilen sich den host-Betriebssystemkern, was sie leicht und schnell macht, mit Startzeiten in Sekunden im Vergleich zu Minuten bei virtuellen Maschinen. Diese Effizienz resultiert daraus, dass nur die Anwendung, Bibliotheken und Konfigurationen verpackt werden. Zum Beispiel läuft eine containerisierte Anwendung identisch auf dem Laptop eines Entwicklers oder auf einem Cloud-server, was Konsistenz über Entwicklung, Test und vor allem für Industriesteuerungssysteme: Produktion gewährleistet.

Infrastruktur: Die physische Hardware, wie server, Speicher und Vernetzungsgeräte, die die grundlegenden Ressourcen für die Virtualisierung bereitstellt.

Host-OS: Das primäre Betriebssystem, das direkt auf der physischen Hardware installiert ist, Ressourcen verwaltet und den Hypervisor ausführt.  

Hypervisor: Eine Software-Schicht, die virtuelle Maschinen erstellt und verwaltet und Ressourcen zwischen dem host und den Gastbetriebssystemen zuweist. 

Gast-OS: Ein Betriebssystem, das innerhalb einer virtuellen Maschine ausgeführt wird, vom host isoliert ist und zur Ausführung von Anwendungen verwendet wird. Es ist auf den Hypervisor angewiesen, um auf virtualisierte Hardware-Ressourcen zuzugreifen.

Container in Industriesteuerungssystemen

Ein wesentlicher Vorteil von Containern, insbesondere im Bereich der Industriesteuerungssysteme, ist der geringe Speicherbedarf eines Containers – da IIoT-Geräte in der Regel über weniger Speicher und geringere Rechenleistung verfügen. Container können für Industriesteuerungssysteme wichtig sein, da sie so leichtgewichtig und flexibel sind, dass sie von vielen IIoT-Geräten genutzt werden können. In Industriesteuerungssystemen ermöglichen Container edge computing für Echtzeit-Analyse, wie die Überwachung von SCADA-Systemen oder die Verarbeitung von sensordaten auf IIoT-Geräten. Container unterstützen auch die OT-IT-Zusammenlegung, indem sie konsistente Bereitstellungen in hybriden Umgebungen ermöglichen.

Darüber hinaus bieten Container Skalierbarkeit, sodass die Bereitstellung von leichtgewichtigen Diensten auf kleinen edge-Geräten oder größeren, orchestrierten Setups auf server-Clustern möglich ist, was verteilte Architekturen vom edge bis zur Cloud unterstützt. Die Kompatibilität wird verbessert, da Container Abhängigkeiten bündeln, die installation vereinfachen und eine konsistente Ausführung in verschiedenen Umgebungen ohne Abhängigkeitskonflikte gewährleisten. Auch die Sicherheit wird verbessert, da Container nach veröffentlichten Best Practices erstellt werden können und für die Bereitstellung auf Laufzeit-hosts eine Authentifizierung erfordern, ohne dass Administratorrechte erforderlich sind, im Gegensatz zu herkömmlichen Software-installationen auf Windows-Systemen. Container ermöglichen auch eine schnelle Wiederherstellung und migration, indem sie schnelle Upgrades oder die Wiederherstellung des Systems durch erneutes Bereitstellen containerisierter Anwendungen mit minimaler Ausfallzeit erleichtern. Schließlich sind Container auch für die absehbare Zukunft relevant, da sie sich an modernen IT-Entwicklungstrends orientieren und sicherstellen, dass Industriesteuerungssysteme an die sich entwickelnden technologischen Anforderungen anpassbar bleiben.

Ein Beispiel für die Verwendung von Containern bei Rockwell Automation ist die FactoryTalk®-Produktreihe. FactoryTalk® Analyse GuardianAI wird ausschließlich in einem Container bereitgestellt. Es handelt sich um eine Anwendung, die vorausschauende Wartungsalgorithmen auf einem edge-Gerät im Fertigungsbereich ausführen kann, wobei nur minimale Ressourcen benötigt werden und keine Programmierkenntnisse erforderlich sind.

ThinManager® und FactoryTalk® Optix™  

Eine weitere containerisierte Lösung wurde kürzlich zur FactoryTalk®-Produktreihe hinzugefügt. Es ist jetzt möglich, einen FactoryTalk® Optix™ Application Container mit ThinManager® in den Versionen 1.6 und 14.1 bereitzustellen. FactoryTalk® Optix™ ist eine Software-Plattform, die die HMI- und Datenvisualisierung Anwendererfahrung verbessert und die Fähigkeiten in edge computing und Datenmanagement erweitert. ThinManager®-Geräte verwenden Thin Clients (Geräte mit leichter Hardware und geringen bis keinen Betriebssystemanforderungen), um Industriesteuerungssysteme unter anderem durch den Betrieb von Containern zu vereinfachen. Dies bedeutet, dass die Infrastrukturanforderungen einer HMI erheblich reduziert werden können. Die zentralisierte Verwaltung von ThinManager® ermöglicht eine skalierbare, konsistente Bereitstellung, minimiert die Hardwarekosten und vereinfacht Updates, während die Sicherheit erhöht wird. Eine ausführlichere Aufschlüsselung finden Sie in diesem Video oder in einer zukünftigen speziellen Publikation.