PM2 und Docker – Die Wahl des richtigen Prozessmanagers für Node.js in der Produktion

Einleitung

In der schnelllebigen Welt der Webentwicklung ist Node.js zu einem Eckpfeiler für die Erstellung skalierbarer und performanter Anwendungen geworden. Doch das Schreiben einer Anwendung allein reicht nicht aus; die effektive Verwaltung ihres Lebenszyklus in einer Produktionsumgebung ist ebenso entscheidend. Dies beinhaltet die Gewährleistung hoher Verfügbarkeit, robuster Fehlerbehandlung, effizienter Ressourcennutzung und nahtloser Bereitstellungen. Zwei herausragende Werkzeuge, die häufig für diese wichtige Aufgabe in Betracht gezogen werden, sind PM2 und Docker. Beide zielen darauf ab, den Betrieb von Node.js-Anwendungen zu optimieren, gehen das Problem jedoch von grundlegend unterschiedlichen Perspektiven an. Das Verständnis ihrer Kernfunktionalitäten, Vorteile und Nachteile ist für jeden Entwickler unerlässlich, der bestrebt ist, widerstandsfähige und wartbare Produktionssysteme aufzubauen. Dieser Artikel befasst sich mit einer vergleichenden Analyse von PM2 und Docker, um Ihnen bei der Bewältigung der Komplexität der Prozessverwaltung für Ihre Node.js-Anwendungen zu helfen.

Die Werkzeuge verstehen

Bevor wir uns in einen direkten Vergleich stürzen, wollen wir ein grundlegendes Verständnis von PM2 und Docker schaffen.

PM2: Der Node.js-Prozessmanager

PM2, die Abkürzung für "Process Manager 2", ist ein Produktionsprozessmanager für Node.js-Anwendungen mit einem integrierten Load Balancer. Es zeichnet sich dadurch aus, dass es Node.js-Anwendungen für immer am Laufen hält, sie ohne Ausfallzeiten neu lädt und gängige Systemadministrationsaufgaben erleichtert.

Kernfunktionen von PM2:

• Prozessverwaltung: Startet Anwendungen nach Abstürzen automatisch neu, was eine hohe Verfügbarkeit ermöglicht.
• Integrierter Load Balancer: Ermöglicht die Clusterbildung von Node.js-Anwendungen über alle CPU-Kerne hinweg, was die Leistung und Zuverlässigkeit verbessert.
• Hot Reload: Ermöglicht die Aktualisierung von Anwendungen ohne Ausfallzeiten, indem Prozesse kontrolliert neu gestartet werden.
• Überwachung: Bietet ein Befehlszeilen-Dashboard (pm2 monit) zur Verfolgung des Anwendungszustands, der CPU-Auslastung, des Speicherverbrauchs und der Protokolle.
• Protokollverwaltung: Konsolidiert und rotiert Anwendungsprotokolle und verhindert so Festplattenüberlauf.
• Deklarative Konfiguration: Anwendungen können mithilfe einer JSON-, YAML- oder JS-Konfigurationsdatei definiert und verwaltet werden.

Beispiel PM2-Konfiguration (ecosystem.config.js):

module.exports = {
  apps : [{
    name: "my-node-app",
    script: "./app.js",
    instances: "max", // Auf allen verfügbaren CPU-Kernen ausführen
    exec_mode: "cluster", // Cluster-Modus aktivieren
    autorestart: true,
    watch: false,
    max_memory_restart: "1G",
    env: {
      NODE_ENV: "development"
    },
    env_production: {
      NODE_ENV: "production",
    }
  }]
};

Starten einer Anwendung mit PM2:

pm2 start ecosystem.config.js --env production

Docker: Die Containerisierungsplattform

Docker ist eine Open-Source-Plattform, die es Entwicklern ermöglicht, die Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von Anwendungen durch Containerisierung zu automatisieren. Sie bündelt eine Anwendung und ihre Abhängigkeiten in einer standardisierten Einheit, die als Container bezeichnet wird.

Kernkonzepte von Docker:

• Container: Ein leichtgewichtiger, eigenständiger, ausführbarer Softwarepaket, das alles enthält, was zur Ausführung einer Anwendung benötigt wird: Code, Laufzeitumgebung, Systemtools, Systembibliotheken und Einstellungen.
• Image: Ein leichtgewichtiger, eigenständiger, ausführbarer Softwarepaket, das alles enthält, was zur Ausführung einer Anwendung benötigt wird: Code, Laufzeitumgebung, Systemtools, Systembibliotheken und Einstellungen. Images sind schreibgeschützte Vorlagen, aus denen Container erstellt werden.
• Dockerfile: Eine Textdatei, die eine Reihe von Anweisungen zum Erstellen eines Docker-Images enthält.
• Docker Engine: Die Client-Server-Anwendung, die Docker-Container ausführt.

Beispiel Dockerfile für eine Node.js-Anwendung:

# Verwenden Sie ein offizielles Node.js-Runtime als Basis-Image
FROM node:18-alpine

# Legen Sie das Arbeitsverzeichnis im Container fest
WORKDIR /usr/src/app

# Kopieren Sie package.json und package-lock.json in das Arbeitsverzeichnis
COPY package*.json ./

# Installieren Sie Anwendungsabhängigkeiten
RUN npm install

# Kopieren Sie den Rest des Anwendungscodes
COPY . .

# Port freigeben, auf dem die App läuft
EXPOSE 3000

# Befehl zum Ausführen der Anwendung definieren
CMD [ "node", "app.js" ]

Erstellen und Ausführen eines Docker-Containers:

docker build -t my-node-app .
docker run -p 3000:3000 my-node-app

PM2 vs. Docker: Eine vergleichende Analyse

Nun vergleichen wir PM2 und Docker anhand mehrerer wichtiger Kriterien für die Verwaltung von Node.js-Anwendungen in der Produktion.

Umfang und Abstraktionsebene

• PM2: Operiert auf der Anwendungsprozessebene. Es verwaltet Node.js-Prozesse direkt auf dem Host-System oder innerhalb einer virtuellen Maschine. PM2 kümmert sich darum, Ihre Node.js-App am Laufen zu halten, Neustarts zu verarbeiten und über CPU-Kerne hinweg zu ladenbalancieren. Es geht davon aus, dass das zugrunde liegende Betriebssystem und die Umgebung bereits konfiguriert sind.
• Docker: Operiert auf der Anwendungs-Packaging- und Isolations-Ebene. Es kapselt Ihre Node.js-Anwendung und ihre gesamte Umgebung (Abhängigkeiten, Laufzeitumgebung, Betriebssystembibliotheken) in einen isolierten Container. Docker sorgt für eine konsistente und reproduzierbare Umgebung für Ihre Anwendung, unabhängig vom Host-System.

Umgebungskonsistenz und Portabilität

• PM2: Bietet eingeschränkte Umgebungs-Konsistenz. Während es den Node.js-Prozess verwaltet, ist es auf das Host-System für die Node.js-Version, npm-Pakete und systemweite Abhängigkeiten angewiesen. Wenn sich die Host-Umgebung ändert, kann sich das Verhalten Ihrer Anwendung ändern.
• Docker: Bietet beispiellose Umgebungs-Konsistenz und Portabilität. Ein Docker-Container stellt sicher, dass Ihre Anwendung auf jedem Host, auf dem Docker ausgeführt werden kann, vom Entwicklungsrechner bis zu Produktionsservern, exakt gleich funktioniert. Dies eliminiert Probleme wie „es funktioniert auf meiner Maschine“.

Ressourcentrennung

• PM2: Bietet keine inhärente Ressourcentrennung. Alle von PM2 verwalteten Node.js-Prozesse teilen sich die Ressourcen (CPU, RAM, Netzwerk) und das Betriebssystem des Host-Computers. Ressourcenkonflikte und Sicherheitslücken können sich leichter verbreiten.
• Docker: Bietet starke Ressourcentrennung. Jeder Docker-Container läuft in seiner eigenen isolierten Umgebung mit eigenem Dateisystem, eigenem Netzwerkstack und eigenem Prozessraum. Ressourcen können pro Container zugewiesen und begrenzt werden, was die Sicherheit erhöht und verhindert, dass eine Anwendung andere beeinträchtigt.

Skalierbarkeit

• PM2: Bietet vertikale Skalierbarkeit (Nutzung von mehr CPU-Kernen auf einem einzelnen Rechner im Cluster-Modus) und kann auf mehreren Rechnern zusammen mit einem Reverse-Proxy (wie Nginx) für horizontale Skalierung verwendet werden. Die Verwaltung verteilter PM2-Instanzen über mehrere Server hinweg kann jedoch komplex werden.
• Docker: Entwickelt für horizontale Skalierbarkeit von Grund auf. Docker-Container sind von Natur aus leichtgewichtig und so konzipiert, dass sie mit Orchestrierungswerkzeugen wie Kubernetes oder Docker Swarm einfach repliziert und über mehrere Hosts verteilt werden können. Dies macht die Skalierung von Node.js-Anwendungen über ein Cluster von Rechnern hinweg äußerst effizient.

Bereitstellung und CI/CD

• PM2: Die Bereitstellung beinhaltet typischerweise die Übertragung des Anwendungscodes auf den Server und dann die Ausführung von pm2 start oder pm2 deploy. Es lässt sich leicht in einfachere CI/CD-Pipelines integrieren, erfordert jedoch oft server-spezifische Konfigurationen.
• Docker: Optimiert CI/CD-Prozesse erheblich. Sobald ein Docker-Image erstellt ist, kann es in ein Repository gepusht und dann auf jedem Server abgerufen und ausgeführt werden. Diese „einmal bauen, überall ausführen“-Philosophie vereinfacht Bereitstellungs- und Rollback-Verfahren.

Überwachung und Protokollierung

• PM2: Bietet integrierte Befehlszeilen-Überwachung (pm2 monit) und Protokollverwaltung. Es ist oft ausreichend für einen einzelnen Server oder kleine Bereitstellungen.
• Docker: Container erzeugen Protokolle in stdout/stderr, die dann leicht von Logging-Treibern und externen Protokollsystemen (z. B. ELK-Stack, Splunk, Cloud-native Logging-Dienste) gesammelt und zentralisiert werden können. Die Überwachung umfasst oft Tools wie Prometheus und Grafana, die mit Container-Orchestratoren integriert sind.

Lernkurve und Komplexität

• PM2: Hat im Allgemeinen eine geringere Lernkurve für Entwickler, die sich hauptsächlich auf Node.js konzentrieren. Seine Befehle sind unkompliziert und das schnelle Starten einer Anwendung ist einfach.
• Docker: Hat eine steilere Lernkurve aufgrund von Konzepten wie Dockerfiles, Images, Containern, Volumes, Netzwerken und potenziellen Orchestrierungswerkzeugen. Die anfängliche Investition bietet jedoch erhebliche langfristige Vorteile in Bezug auf Portabilität und Skalierbarkeit.

Wann man was wählen sollte

• Wählen Sie PM2, wenn:

  • Sie eine relativ einfache Node.js-Anwendung auf einem einzelnen Server oder einer kleinen Anzahl von Servern ausführen.
  • Sie schnelle Einrichtung und Benutzerfreundlichkeit gegenüber strikter Umgebungsisolierung und komplexer Skalierung bevorzugen.
  • Ihre Infrastruktur noch nicht containerisiert ist und Sie eine robuste Möglichkeit benötigen, Ihre Node.js-Prozesse am Laufen zu halten.
  • Sie andere Prozesse oder Skripte auf demselben Host verwalten, die nicht containerisiert sind.

• Wählen Sie Docker (oft mit einem Orchestrator wie Kubernetes), wenn:

  • Sie strenge Umgebungsisolierung und garantierte Konsistenz über Entwicklung, Staging und Produktion hinweg benötigen.
  • Ihre Anwendung horizontal über mehrere Server skalieren und hohen Traffic verarbeiten muss.
  • Sie eine Microservices-Architektur haben, bei der verschiedene Dienste in isolierten Umgebungen ausgeführt werden müssen.
  • Sie moderne, Cloud-native Anwendungen erstellen und die Vorteile der Containerisierung voll ausschöpfen möchten.
  • Ihr Team eine DevOps-Kultur mit robusten CI/CD-Pipelines übernommen hat (oder plant, diese zu übernehmen).

Es ist auch wichtig zu beachten, dass PM2 und Docker sich nicht gegenseitig ausschließen. In einigen fortgeschrittenen Szenarien können Entwickler PM2 innerhalb eines Docker-Containers ausführen. Diese Konfiguration kann vorteilhaft sein für:

• Die Nutzung des PM2-Cluster-Modus zur Nutzung aller CPU-Kerne innerhalb eines einzelnen Docker-Containers.
• Die Nutzung der PM2-Prozessverwaltungsfunktionen für mehrere Node.js-Anwendungen oder zugehörige Skripte, die als Einheit innerhalb eines bestimmten Containers verwaltet werden müssen (obwohl dies oft ein Anti-Pattern für Container mit alleiniger Verantwortung signalisiert).
• Die Ermöglichung von Null-Downtime-Neustarts einer einzelnen Node.js-Anwendung innerhalb eines Containers, obwohl die meisten modernen orchestrierten Umgebungen (wie Kubernetes) Anwendungsneustarts und Zero-Downtime-Bereitstellungen auf Container-Ebene effektiver handhaben. Für die meisten Fälle ist CMD ["node", "app.js"] oder CMD ["npm", "start"] innerhalb eines Docker-Containers ausreichend, wobei der Orchestrator für die Prozessüberwachung zuständig ist.

Schlussfolgerung

Sowohl PM2 als auch Docker sind leistungsstarke Werkzeuge zur Verwaltung von Node.js-Anwendungen in der Produktion, aber sie dienen unterschiedlichen Zwecken und operieren auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen. PM2 bietet eine leichtgewichtige, einfach zu bedienende Lösung zur Verwaltung von Node.js-Prozessen auf einer Host-Maschine und bietet hohe Verfügbarkeit und grundlegendes Load Balancing. Docker hingegen bietet eine umfassende Lösung zum Packen, Isolieren und Bereitstellen von Anwendungen auf konsistente und portable Weise und legt den Grundstein für hoch skalierbare und widerstandsfähige Microservices-Architekturen. Die Wahl zwischen ihnen (oder einem kombinierten Ansatz) hängt von den spezifischen Anforderungen Ihres Projekts, der Expertise Ihres Teams und Ihrer gesamten Infrastrukturstrategie ab. Für moderne, skalierbare und Cloud-native Bereitstellungen sind Docker und Container-Orchestrierung zum De-facto-Standard geworden, während PM2 ein wertvolles Werkzeug für einfachere, selbst gehostete Node.js-Anwendungen oder als Komponente innerhalb einer containerisierten Umgebung unter bestimmten Umständen bleibt. Die Akzeptanz der Containerisierung führt im Allgemeinen auf lange Sicht zu robusteren, skalierbareren und wartbareren Produktionssystemen.