云计算的前世今生（下）

作者: 43ce3d72fadb | 来源:发表于2017-01-19 14:54 被阅读399次

作者简介：刘超，网易云计算解决方案首席架构师。10年云计算领域研发及架构经验，Open DC/OS贡献者。长期专注于kubernetes, OpenStack、Hadoop、Docker、Lucene、Mesos等开源软件的企业级应用及产品化。曾出版《Lucene应用开发揭秘》。

以下为正文：

容器的诞生

云计算的前世今生（上）中提到：云计算解决了基础资源层的弹性伸缩，却没有解决PaaS层应用随基础资源层弹性伸缩而带来的批量、快速部署问题。于是容器应运而生。

容器是Container，Container另一个意思是集装箱，其实容器的思想就是要变成软件交付的集装箱。集装箱的特点，一是打包，二是标准。

在没有集装箱的时代，假设将货物从A运到B，中间要经过三个码头、换三次船。每次都要将货物卸下船来，摆的七零八落，然后搬上船重新整齐摆好。因此在没有集装箱的时候，每次换船，船员们都要在岸上待几天才能走。

有了集装箱以后，所有的货物都打包在一起了，并且集装箱的尺寸全部一致，所以每次换船的时候，一个箱子整体搬过去就行了，小时级别就能完成，船员再也不能上岸长时间耽搁了。这是集装箱“打包”、“标准”两大特点在生活中的应用。下面用一个简单的案例来看看容器在开发部署中的实际应用。

假设有一个简单的Java网站需要上线，代码的运行环境如下：

看，一个简单的Java网站，就有这么多零零散散的东西！这就像很多零碎地货物，如果不打包，就需要在开发、测试、生产的每个环境上重新查看以保证环境的一致，有时甚至要将这些环境重新搭建一遍，就像每次将货物卸载、重装一样麻烦。中间稍有差池，比如开发环境用了JDK 1.8，而线上是JDK 1.7；比如开发环境用了root用户，线上需要使用hadoop用户，都可能导致程序的运行失败。

那么容器如何对应用打包呢？还是要学习集装箱，首先要有个封闭的环境，将货物封装起来，让货物之间互不干扰，互相隔离，这样装货卸货才方便。好在ubuntu中的lxc技术早就能做到这一点。

封闭的环境主要使用了两种技术，一种是看起来是隔离的技术，称为namespace，也即每个namespace中的应用看到的是不同的IP地址、用户空间、程号等。另一种是用起来是隔离的技术，称为cgroup，也即明明整台机器有很多的CPU、内存，而一个应用只能用其中的一部分。有了这两项技术，集装箱的铁盒子我们是焊好了，接下来是决定往里面放什么。

最简单粗暴的方法，就是将上面列表中所有的都放到集装箱里面。但是这样太大了！因为即使你安装一个干干静静的ubuntu操作系统，什么都不装，就很大了。把操作系统装进容器相当于把船也放到了集装箱里面！传统的虚拟机镜像就是这样的，动辄几十G。答案当然是NO！所以第一项操作系统不能装进容器。

撇下第一项操作系统，剩下的所有的加起来，也就几百M，就轻便多了。因此一台服务器上的容器是共享操作系统内核的，容器在不同机器之间的迁移不带内核，这也是很多人声称容器是轻量级的虚拟机的原因。轻不白轻，自然隔离性就差了，一个容器让操作系统崩溃了，其他容器也就跟着崩溃了，这相当于一个集装箱把船压漏水了，所有的集装箱一起沉。

另一个需要撇下的就是随着应用的运行而产生并保存在本地的数据。这些数据多以文件的形式存在，例如数据库文件、文本文件。这些文件会随着应用的运行，越来越大，如果这些数据也放在容器里面，会让容器变得很大，影响容器在不同环境的迁移。而且这些数据在开发、测试、线上环境之间的迁移是没有意义的，生产环境不可能用测试环境的文件，所以往往这些数据也是保存在容器外面的存储设备上。也是为什么人们称容器是无状态的。

至此集装箱焊好了，货物也装进去了，接下来就是如何将这个集装箱标准化，从而在哪艘船上都能运输。这里的标准一个是镜像，一个是容器的运行环境。

所谓的镜像，就是将你焊好集装箱的那个时刻，将集装箱的状态保存下来，就像孙悟空说定，集装箱里面就定在了那一刻，然后将这一刻的状态保存成一系列文件。这些文件的格式是标准的，谁看到这些文件，都能还原当时定住的那个时刻。将镜像还原成运行时的过程（就是读取镜像文件，还原那个时刻的过程）就是容器的运行的过程。除了大名鼎鼎的Docker，还有其他的容器，例如AppC、Mesos Container，都能运行容器镜像。所以说容器不等于Docker。

总而言之，容器是轻量级的、隔离差的、适用于无状态的，可以基于镜像标准实现跨主机、跨环境的随意迁移。

有了容器，使得PaaS层对于用户自身应用的自动部署变得快速而优雅。容器快，快在了两方面，第一是虚拟机启动的时候要先启动操作系统，容器不用启动操作系统，因为是共享内核的。第二是虚拟机启动后使用脚本安装应用，容器不用安装应用，因为已经打包在镜像里面了。所以最终虚拟机的启动是分钟级别，而容器的启动是秒级。容器咋这么神奇。其实一点都不神奇，第一是偷懒少干活了，第二是提前把活干好了。

因为容器的启动快，人们往往不会创建一个个小的虚拟机来部署应用，因为这样太费时间了，而是创建一个大的虚拟机，然后在大的虚拟机里面再划分容器，而不同的用户不共享大的虚拟机，可以实现操作系统内核的隔离。这又是一次合久必分的过程。由IaaS层的虚拟机池，划分为更细粒度的容器池。

容器管理平台

有了容器的管理平台，又是一次分久必合的过程。

容器的粒度更加细，管理起来更难管，甚至是手动操作难以应对的。假设你有100台物理机，其实规模不是太大，用Excel人工管理是没问题的，但是一台上面开10台虚拟机，虚拟机的个数就是1000台，人工管理已经很困难了，但是一台虚拟机里面开10个容器，就是10000个容器，你是不是已经彻底放弃人工运维的想法了。

所以容器层面的管理平台是一个新的挑战，关键字就是自动化：

自发现：容器与容器之间的相互配置还能像虚拟机一样，记住IP地址，然后互相配置吗？这么多容器，你怎么记得住一旦一台虚拟机挂了重启，IP改变，应该改哪些配置，列表长度至少万行级别的啊。所以容器之间的配置通过名称来的，无论容器跑到哪台机器上，名称不变，就能访问到。

自修复：容器挂了，或是进程宕机了，能像虚拟机那样，登陆上去查看一下进程状态，如果不正常重启一下么？你要登陆万台docker了。所以容器的进程挂了，容器就自动挂掉了，然后自动重启。

弹性自伸缩 Auto Scaling：当容器的性能不足的时候，需要手动伸缩，手动部署么？当然也要自动来。

当前火热的容器管理平台有三大流派：

一个是Kubernetes，我们称为段誉型。段誉(Kubernetes)的父亲(Borg)武功高强，出身皇族(Google)，管理过偌大的一个大理国(Borg是Google数据中心的容器管理平台)。作为大理段式后裔，段誉的武功基因良好(Kubernetes的理念设计比较完善)，周围的高手云集，习武环境也好(Kubernetes生态活跃，热度高)，虽然刚刚出道的段誉武功不及其父亲，但是只要跟着周围的高手不断切磋，武功既可以飞速提升。

一个是Mesos，我们称为乔峰型。乔峰(Mesos)的主要功夫降龙十八掌(Mesos的调度功能)独步武林，为其他帮派所无。而且乔峰也管理过人数众多的丐帮(Mesos管理过Tweeter的容器集群)。后来乔峰从丐帮出来，在江湖中特例独行(Mesos的创始人成立了公司Mesosphere)。乔峰的优势在于，乔峰的降龙十八掌(Mesos)就是在丐帮中使用的降龙十八掌，相比与段誉初学其父的武功来说，要成熟很多。但是缺点是，降龙十八掌只掌握在少数的几个丐帮帮主手中(Mesos社区还是以Mesosphere为主导)，其他丐帮兄弟只能远远崇拜乔峰，而无法相互切磋(社区热度不足)。

一个是Swarm，我们称为慕容型。慕容家族(Swarm是Docker家族的集群管理软件)的个人功夫是非常棒的(Docker可以说称为容器的事实标准)，但是看到段誉和乔峰能够管理的组织规模越来越大，有一统江湖的趋势，着实眼红了，于是开始想创建自己的慕容鲜卑帝国(推出Swarm容器集群管理软件)。但是个人功夫好，并不代表着组织能力强(Swarm的集群管理能力)，好在慕容家族可以借鉴段誉和乔峰的组织管理经验，学习各家公司，以彼之道，还施彼身，使得慕容公子的组织能力(Swarm借鉴了很多前面的集群管理思想)也在逐渐的成熟中。

三大容器门派，到底鹿死谁手，谁能一统江湖，尚未可知。

网易之所以选型Kubernetes作为自己的容器管理平台，是因为基于 Borg 成熟的经验打造的 Kubernetes，为容器编排管理提供了完整的开源方案，并且社区活跃，生态完善，积累了大量分布式、服务化系统架构的最佳实践。

容器初体验

想不想尝试一下最先进的容器管理平台呢？我们先了解一下Docker的生命周期。如图所示。

图中最中间就是最核心的两个部分，一个是镜像Images，一个是容器Containers。镜像运行起来就是容器。容器运行的过程中，基于原始镜像做了改变，比如安装了程序，添加了文件，也可以提交回去(commit)成为镜像。如果大家安装过系统，镜像有点像GHOST镜像，从GHOST镜像安装一个系统，运行起来，就相当于容器；容器里面自带应用，就像GHOST镜像安装的系统里面不是裸的操作系统，里面可能安装了微信，QQ，视频播放软件等。安装好的系统使用的过程中又安装了其他的软件，或者下载了文件，还可以将这个系统重新GHOST成一个镜像，当其他人通过这个镜像再安装系统的时候，则其他的软件也就自带了。

普通的GHOST镜像就是一个文件，但是管理不方便，比如如果有十个GHOST镜像的话，你可能已经记不清楚哪个镜像里面安装了哪个版本的软件了。所以容器镜像有tag的概念，就是一个标签，比如dev-1.0，dev-1.1，production-1.1等，凡是能够帮助你区分不同镜像的，都可以。为了镜像的统一管理，有一个镜像库的东西，可以通过push将本地的镜像放到统一的镜像库中保存，可以通过pull将镜像库中的镜像拉到本地来。

从镜像运行一个容器可使用下面的命令，如果初步使用Docker，记下下面这一个命令就可以了。

这行命令会启动一个里面安装了mysql的容器。其中docker run就是运行一个容器；--name就是给这个容器起个名字；-v 就是挂数据盘，将外面的一个目录/my/own/datadir挂载到容器里面的一个目录/var/lib/mysql作为数据盘，外面的目录是在容器所运行的主机上的，也可以是远程的一个云盘；-e 是设置容器运行环境的环境变量，环境变量是最常使用的设置参数的方式，例如这里设置mysql的密码。mysql:tag就是镜像的名字和标签。

docker stop可以停止这个容器，start可以再启动这个容器，restart可以重启这个容器。在容器内部做了改变，例如安装了新的软件，产生了新的文件，则调用docker commit变成新的镜像。

镜像生产过程，除了可以通过启动一个docker，手动修改，然后调用docker commit形成新镜像之外，还可以通过书写Dockerfile，通过docker build来编译这个Dockerfile来形成新镜像。为什么要这样做呢？前面的方式太不自动化了，需要手工干预，而且还经常会忘了手工都做了什么。用Dockerfile可以很好的解决这个问题。

Dockerfile的一个简单的例子如下：

这其实是一个镜像的生产说明书，Docker build的过程就是根据这个生产说明书来生产镜像：

FROM基础镜像，先下载这个基础镜像，然后从这个镜像启动一个容器，并且登陆到容器里面；

RUN运行一个命令，在容器里面运行这个命令；

COPY/ADD将一些文件添加到容器里面；

最终给容器设置启动命令 ENTRYPOINT，这个命令不在镜像生成过程中执行，而是在容器运行的时候作为主程序执行；

将所有的修改commit成镜像。

这里需要说明一下的就是主程序，是Docker里面一个重要的概念，虽然镜像里面可以安装很多的程序，但是必须有一个主程序，主程序和容器的生命周期完全一致，主程序在则容器在，主程序亡则容器亡。

就像图中展示的一样，容器是一个资源限制的框，但是这个框没有底，全靠主进程撑着，主进程挂了，衣服架子倒了，衣服也就垮了。

了解了如何运行一个独立的容器，接下来介绍如何使用容器管理平台。

容器管理平台初体验

容器管理平台会对容器做更高的抽象，容器不再是单打独斗，而且组成集团军共同战斗。多个容器组成一个Pod，这几个容器亲如兄弟，干的也是相关性很强的活，能够通过localhost访问彼此，真是兄弟齐心，力可断金。有的任务一帮兄弟还刚不住，就需要多个Pod合力完成，这个由ReplicationController进行控制，可以将一个Pod复制N个副本，同时承载任务，众人拾柴火焰高。

N个Pod如果对外散兵作战，一是无法合力，二是给人很乱的感觉，因而需要有一个老大，作为代言人，将大家团结起来，一致对外，这就是Service。老大对外提供统一的虚拟IP和端口，并将这个IP和服务名关联起来，访问服务名，则自动映射为虚拟IP。老大的意思就是，如果外面要访问我这个团队，喊一声名字就可以，例如”雷锋班，帮敬老院打扫卫生！”，你不用管雷锋班的那个人去打扫卫生，每个人打扫哪一部分，班长会统一分配。

最上层通过namespace分隔完全隔离的环境，例如生产环境，测试环境，开发环境等。就像军队分华北野战军，东北野战军一样。野战军立正，出发，部署一个Tomcat的Java应用。