D01-容器生态系统

鸟瞰容器生态系统

一谈到容器，大家都会想到 Docker。

Docker 现在几乎是容器的代名词。确实，是 Docker 将容器技术发扬光大。同时，大家也需要知道围绕 Docker 还有一个生态系统。

Docker 是这个生态系统的基石，但完善的生态系统才是保障 Docker 以及容器技术能够真正健康发展的决定因素。

大致来看，容器生态系统包含核心技术、平台技术和支持技术。

下面分别介绍。

 

1.1 容器核心技术

容器核心技术是指能够让 container 在 host 上运行起来的那些技术。

这些技术包括容器规范、容器 runtime、容器管理工具、容器定义工具、Registry 以及 容器 OS，下面分别介绍。

1.1.1 容器规范

容器不光是 Docker，还有其他容器，比如 CoreOS 的 rkt。

为了保证容器生态的健康发展，保证不同容器之间能够兼容，包含 Docker、CoreOS、Google在内的若干公司共同成立了一个叫 Open Container Initiative（OCI） 的组织，其目是制定开放的容器规范。

目前 OCI 发布了两个规范：runtime spec 和 image format spec。
有了这两个规范，不同组织和厂商开发的容器能够在不同的 runtime 上运行。这样就保证了容器的可移植性和互操作性。

1.1.2 容器 runtime

runtime 是容器真正运行的地方。runtime 需要跟操作系统 kernel 紧密协作，为容器提供运行环境。

如果大家用过 Java，可以这样来理解 runtime 与容器的关系：

Java 程序就好比是容器，JVM 则好比是 runtime。JVM 为 Java 程序提供运行环境。

同样的道理，容器只有在 runtime 中才能运行。

lxc、runc 和 rkt 是目前主流的三种容器 runtime。

lxc 是 Linux 上老牌的容器 runtime。Docker 最初也是用 lxc 作为 runtime。

runc 是 Docker 自己开发的容器 runtime，符合 oci 规范，也是现在 Docker 的默认 runtime。

rkt 是 CoreOS 开发的容器 runtime，符合 oci 规范，因而能够运行 Docker 的容器。

1.1.3 容器管理工具

光有 runtime 还不够，用户得有工具来管理容器啊。

容器管理工具对内与 runtime 交互，对外为用户提供 interface，比如 CLI。

这就好比除了 JVM，还得提供 java 命令让用户能够启停应用不是。

lxd 是 lxc 对应的管理工具。

runc 的管理工具是 docker engine。docker engine 包含后台 deamon 和 cli 两个部分。

我们通常提到 Docker，一般就是指的 docker engine。

rkt 的管理工具是 rkt cli。

1.1.4 容器定义工具

容器定义工具允许用户定义容器的内容和属性，这样容器就能够被保存，共享和重建。

docker image 是 docker 容器的模板，runtime 依据 docker image 创建容器。

dockerfile 是包含若干命令的文本文件，可以通过这些命令创建出 docker image。

ACI (App Container Image) 与 docker image 类似，只不过它是由 CoreOS 开发的 rkt 容器的 image 格式。

1.1.5 Registry

容器是通过 image 创建的，需要有一个仓库来统一存放 image，这个仓库就叫做 Registry。

企业可以用 Docker Registry 构建私有的 Registry。

使用registry镜像部署仓库，例：

docker run -d -p 4000:5000  --name registry -v /data/images:/var/lib/registry  registry

功能更全面的仓库harbor，可参考：K8S脉络整理(025)-Harbor 企业级 Docker Registry

Docker Hub（https://hub.docker.com )是 Docker 为公众提供的托管 Registry，上面有很多现成的 image，为 Docker 用户提供了极大的便利。

dockerhub目前停止了对中国区注册服务，且部分网络可能无法直接下载，可配置加速器，参考：K8S实用整理(14)-dockerhub不可直接使用，本地配置加速器

Quay.io（https://quay.io/  )是另一个公共托管 Registry，提供与 Docker Hub 类似的服务。

1.1.6 容器 OS

由于有容器 runtime，几乎所有的 Linux、MAC OS 和 Windows 都可以运行容器。但这不并没有妨碍容器 OS 的问世。

容器 OS 是专门运行容器的操作系统。与常规 OS 相比，容器 OS 通常体积更小，启动更快。因为是为容器定制的 OS，通常它们运行容器的效率会更高。

目前已经存在不少容器 OS，CoreOS、atomic 和 ubuntu core 是其中的杰出代表。

 

1.2 容器平台技术

容器核心技术使得容器能够在单个 host 上运行。而容器平台技术能够让容器作为集群在分布式环境中运行。

容器平台技术包括容器编排引擎、容器管理平台和基于容器的 PaaS。

1.2.1 容器编排引擎

基于容器的应用一般会采用微服务架构。

在这种架构下，应用被划分为不同的组件，并以服务的形式运行在各自的容器中，通过 API 对外提供服务。

为了保证应用的高可用，每个组件都可能会运行多个相同的容器。

这些容器会组成集群，集群中的容器会根据业务需要被动态地创建、迁移和销毁。

大家可以看到，这样一个基于微服务架构的应用系统实际上是一个动态的可伸缩的系统。这对我们的部署环境提出了新的要求，我们需要有一种高效的方法来管理容器集群。而这，就是容器编排引擎要干的工作。

所谓编排（orchestration），通常包括容器管理、调度、集群定义和服务发现等。

通过容器编排引擎，容器被有机的组合成微服务应用，实现业务需求。

docker swarm 是 Docker 开发的容器编排引擎。

kubernetes 是 Google 领导开发的开源容器编排引擎，同时支持 Docker 和 CoreOS 容器。目前最热门的容器集群管理平台。

mesos 是一个通用的集群资源调度平台，mesos 与 marathon 一起提供容器编排引擎功能。

以上三者是当前主流的容器编排引擎。

1.2.2 容器管理平台

容器管理平台是架构在容器编排引擎之上的一个更为通用的平台。通常容器管理平台能够支持多种编排引擎，抽象了编排引擎的底层实现细节，为用户提供更方便的功能，比如 application catalog 和一键应用部署等。

Rancher 和 ContainerShip 是容器管理平台的典型代表。

1.2.3 基于容器的 PaaS

基于容器的 PaaS 为微服务应用开发人员和公司提供了开发、部署和管理应用的平台，使用户不必关心底层基础设施而专注于应用的开发。

Deis、Flynn 和 Dokku 都是开源容器 PaaS 的代表。

 

1.3 容器支持技术

下面这些技术被用于支持基于容器的基础设施。

1.3.1 容器网络

容器的出现使网络拓扑变得更加动态和复杂。用户需要专门的解决方案来管理容器与容器，容器与其他实体之间的连通性和隔离性。

docker network 是 Docker 原生的网络解决方案。除此之外，我们还可以采用第三方开源解决方案，例如 flannel、weave 和 calico。

不同的方案设计和实现方式不同，各有优势和特定，我们可以根据实际需要来选型。

1.3.2 服务发现

动态变化是微服务应用的一大特点。

当负载增加时，集群会自动创建新的容器；负载减小，多余的容器会被销毁。

容器也会根据 host 的资源使用情况在不同 host 中迁移，容器的 IP 和端口也会随之发生变化。

在这种动态的环境下，必须要有一种机制让 client 能够知道如何访问容器提供的服务。这就是服务发现技术要完成的工作。

服务发现会保存容器集群中所有微服务最新的信息，比如 IP 和端口，并对外提供 API，提供服务查询功能。

etcd、consul 和 zookeeper 是服务发现的典型解决方案。

1.3.3 监控

监控对于基础架构非常重要，而容器的动态特征对监控提出更多挑战。

针对容器环境，已经涌现出很多监控工具和方案。

docker ps/top/stats 是 Docker 原生的命令行监控工具。

除了命令行，Docker 也提供了 stats API，用户可以通过 HTTP 请求获取容器的状态信息。

sysdig、cAdvisor/Heapster 和 Weave Scope 是其他开源的容器监控方案。

Prometheus

1.3.4 数据管理

容器经常会在不同的 host 之间迁移，如何保证持久化数据也能够动态迁移，是 Flocker 这类数据管理工具提供的能力。

1.3.5 日志管理

日志为问题排查和事件管理提供了重要依据。

docker logs 是 Docker 原生的日志工具。而 logspout 对日志提供了路由功能，它可以收集不同容器的日志并转发给其他工具进行后处理。

日志管理：ELK/EFK

1.3.6 安全性

对于年轻的容器，安全性一直是业界争论的焦点。

OpenSCAP 能够对容器镜像进行扫描，发现潜在的漏洞。

1.4 Docker概述、版本与安装

1.4.1 docker概述

参考：容器 What, Why, How - 每天5分钟玩转容器技术（6）

　　什么是容器？容器与虚拟机对比；为什么要用容器？Docker的特性。

容器的优势

对于开发人员 - Build Once, Run Anywhere

容器意味着环境隔离和可重复性。开发人员只需为应用创建一次运行环境，然后打包成容器便可在其他机器上运行。另外，容器环境与所在的 Host 环境是隔离的，就像虚拟机一样，但更快更简单。

对于运维人员 - Configure Once, Run Anything

只需要配置好标准的 runtime 环境，服务器就可以运行任何容器。这使得运维人员的工作变得更高效，一致和可重复。容器消除了开发、测试、生产环境的不一致性。

 

1.4.2 Docker版本

 

版本号

发布日期

发布经理

社区版每月1版本

    

Docker v17.03

03/2017

  

Docker 1.13

01/18/2017

  

Docker 1.12.1

08/18/2016

 

Docker 1.12.0

07/28/2016

 

Docker 1.11.0

04/12/2016

@mlaventure

Docker 1.10.0

02/04/2016

@thaJeztah

Docker 1.9.0

10/29/2015

@tiborvass

Docker 1.8.0

08/11/2015

@calavera

 

Docker从1.13.x版本开始，版本分为企业版EE和社区版CE，版本号也改为按照时间线来发布，比如17.03就是2017年3月，有点类似于ubuntu的版本发布方式。

企业版自然会提供一些额外的服务，当然肯定也是收费的。企业版说明https://blog.docker.com/2017/03/docker-enterprise-edition/

社区版分为stable和edge两种发布方式。

stable版本是季度发布方式，比如17.03, 17.06, 17.09

edge版本是月份发布方式， 比如17.03, 17.04, 17.05......

 

1.4.3 安装

更新很快，不要盲目使用各blog安装步骤，尽量参考官方文档，含各操作系统安装说明：

https://docs.docker.com/install/

1.4.4 核心组件

Docker 的核心组件包括：

参考：Docker 架构详解 - 每天5分钟玩转容器技术（7）

  1. Docker 客户端 - Client

  2. Docker 服务器 - Docker daemon

  3. Docker 镜像 - Image

  4. Registry

  5. Docker 容器 - Container

Docker 采用的是 Client/Server 架构。

客户端向服务器发送请求，服务器负责构建、运行和分发容器。

客户端和服务器可以运行在同一个 Host 上，客户端也可以通过 socket 或 REST API 与远程的服务器通信。

 

 小结

Docker 借鉴了集装箱的概念。标准集装箱将货物运往世界各地，Docker 将这个模型运用到自己的设计哲学中，唯一不同的是：集装箱运输货物，而 Docker 运输软件。

每个容器都有一个软件镜像，相当于集装箱中的货物。

容器可以被创建、启动、关闭和销毁。和集装箱一样，Docker 在执行这些操作时，并不关心容器里到底装的什么，它不管里面是 Web Server，还是 Database。

用户不需要关心容器最终会在哪里运行，因为哪里都可以运行。

开发人员可以在笔记本上构建镜像并上传到 Registry，然后 QA 人员将镜像下载到物理或虚拟机做测试，最终容器会部署到生产环境。

使用 Docker 以及容器技术，我们可以快速构建一个应用服务器、一个消息中间件、一个数据库、一个持续集成环境。因为 Docker Hub 上有我们能想到的几乎所有的镜像。

不知大家是否意识到，潘多拉盒子已经被打开。容器不但降低了我们学习新技术的门槛，更提高了效率。

如果你是一个运维人员，想研究负载均衡软件 HAProxy，只需要执行docker run haproxy，无需繁琐的手工安装和配置既可以直接进入实战。

如果你是一个开发人员，想学习怎么用 django 开发 Python Web 应用，执行 docker run django，在容器里随便折腾吧，不用担心会搞乱 Host 的环境。

不夸张的说：容器大大提升了 IT 人员的幸福指数。

 

推荐：http://www.cnblogs.com/CloudMan6/

 

posted @ 2018-04-27 09:38  Cslc-DaweiJ  阅读(342)  评论(0)    收藏  举报