云计算

    OpenStack、Hypervisor、KVM、Docker、K8S…这些名词的具体含义？它们之间的关系？这篇入门文章，通俗简单的重点解释最主要的几个名词，和它们之间的关系。

一，什么是云计算

云计算简单讲，就是把计算机资源集中起来，放在网络上。但是，云计算的实现方式很复杂。比如：“双11”的淘宝购物节，全球几十亿用户访问阿里巴巴的淘宝网站，单日几十PB（1PB=1024TB=1024×1024GB）的访问量，每秒几百GB的流量……。这需要设计一个超大容量、超高并发（同时访问）、超快速度、超强安全的云计算系统，才能满足业务平稳运行的要求。

这才是云计算的复杂之处。放在云端的计算机资源，可分为3种层次：

第一层次：IaaS: Infrastructure-as-a-Service（基础设施即服务）。是最底层的硬件资源，主要包括CPU（计算资源），硬盘（存储资源），还有网卡（网络资源）等。

第二层次：PaaS: Platform-as-a-Service（平台即服务）。要高级一些，我不打算直接使用CPU、硬盘、网卡，我希望你把操作系统（例如Windows、Linux）装好，把数据库软件装好，我再来使用。

第三层次：SaaS: Software-as-a-Service（软件即服务），更高级一些，你不但要装好操作系统这些基本的，还要把具体的应用软件装好，例如FTP服务端软件、在线视频服务端软件等，我可以直接使用服务。

目前主流的云计算服务提供商，例如阿里云、华为云，亚马逊AWS，COSMOPlat等，都是提供以上三个层次的云资源。这么多样化多层次的云计算服务，阿里、华为们又是怎么提供的呢？

难道说，人工安排？——

如果需要八核CPU、16GB内存、500GB硬盘的服务器，平台临时安排工程师组装？如果你要装CentOS 7.2操作系统，MySQL 5.5.60数据库，也临时让工程师安装配置？

这显然是不可能的，耗不起人力，也等不起时间。

于是，就有了各种软件和平台，负责对资源进行调用和管理。

二，什么是虚拟化

要对物理资源进行管理，第一步，就是“虚拟化”。虚拟化是云计算的基础。简单讲，虚拟化就是在一台物理服务器上，运行多台“虚拟服务器”。这种虚拟服务器，也叫虚拟机（VM，Virtual Machine）。从表面来看，这些虚拟机都是独立的服务器，但实际上，它们共享物理服务器的CPU、内存、硬件、网卡等资源。

物理机，通常称为“宿主机（Host）”。虚拟机，则称为“客户机（Guest）”。谁来完成物理资源虚拟化的工作呢？就是大名鼎鼎的Hypervisor。Hypervisor，汉译过来是“超级监督者”，也叫做VMM（Virtual Machine Monitor，虚拟机监视器）。它不是一款具体的软件，而是一类软件的统称。Hypervisor分为两大类：

第一类，hypervisor直接运行在物理机之上。虚拟机运行在hypervisor之上。

第二类，物理机上安装正常的操作系统（例如Linux或Windows），然后在正常操作系统上安装hypervisor，生成和管理虚拟机。

像VMware、KVM、Xen、Virtual Box，都属于Hypervisor。像熟悉的VMware Workstation，可在Windows系统下安装WMware，然后创建Linux虚拟机。但是，真正厉害的，也是目前最热门最受追捧的虚拟化方案： KVM（kernel-based virtual machine，基于Linux内核的虚拟机）。KVM这样的Hypervisor软件，提供了一种虚拟化能力，模拟CPU的运行，更为底层。但是它的用户交互并不良好，不方便使用。于是，为了更好地管理虚拟机，就需要OpenStack这样的云管理平台。OpenStack有点像个商店，负责管理商品（计算资源、存储资源、网络资源等），卖给用户，但它本身不制造商品（不具备虚拟化能力），它的商品，来自于KVM。当然，如果不用KVM，也可以用Xen等其它hypervisor。

上面所说的几个概念，包括VM、KVM、OpenStack等，都主要属于IaaS（基础设施即服务）

三，容器 VS 虚拟机

那么，容器、Docker、K8S，又是什么呢？

根据前文所说的虚拟化方式，在使用一段时间后发现，它存在一些问题：

不同的用户，有时候只是希望运行各自的一些简单程序，跑一个小进程。为了不相互影响，就要建立虚拟机。如果建虚拟机，显然浪费就会有点大，而且操作也比较复杂，花费时间也会比较长。而且，有的时候，想要迁移自己的服务程序，就要迁移整个虚拟机。显然，迁移过程也会很复杂。

有没有办法更灵活快速一些呢？有，这就引入了“容器（Container）”。

容器也是虚拟化，但是属于“轻量级”的虚拟化。它的目的和虚拟机一样，都是为了创造“隔离环境”。但是，它又和虚拟机有很大的不同——虚拟机是操作系统级别的资源隔离，而容器本质上是进程级的资源隔离。

Docker，就是创建容器的工具，是应用容器引擎。相比于传统的虚拟机，Docker的优势很明显，它启动时间很快，是秒级，而且对资源的利用率很高（一台主机可以同时运行几千个Docker容器）。此外，它占的空间很小，虚拟机一般要几GB到几十GB，而容器只需要MB级甚至KB级。除了Docker对容器进行创建之外，我们还需要一个工具，对容器进行编排。这个工具，就是K8S。

K8S，就是Kubernetes，中文意思是舵手或导航员。K8S是一个容器集群管理系统，主要职责是容器编排（Container Orchestration）——启动容器，自动化部署、扩展和管理容器应用，还有回收容器。简单来说，K8S有点像容器的保姆。它负责管理容器在哪个机器上运行，监控容器是否存在问题，控制容器和外界的通信，等等。

通过下面这张K8S系统结构图，就能够看出K8S和容器之间的关系。

除了K8S之外，还有很多种容器管理平台，例如Compose，Marathon，Swarm，Mesos等。

Docker和K8S，关注的不再是基础设施和物理资源，而是应用层，所以，就属于PaaS。

云计算涉及到大量的需求。同一个需求，会有很多不同的技术来实现。同一个技术，往往又有多个不同的厂家互相竞争。所以，概念和名词就会特别多，发展变化也会很快。