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云计算的前世今生(下)

本文作者:刘超

接上篇:《云计算的前世今生(上)》

容器的诞生

上篇中提到: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。

网易云之所以选型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。

文章来源:网易云

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