容器技術(shù)為啥能這樣“火”

為什么追捧容器技術(shù)

在英文中容器被譯為“Container”，與“集裝箱”使用的是同一個(gè)單詞，解釋為一種可以裝貨的容器或盒子。對于容器的概念，有人會(huì )覺(jué)得難以理解。但是如果將容器換做集裝箱，理解起來(lái)會(huì )更簡(jiǎn)單。從本質(zhì)上講，“容器”和“集裝箱”沒(méi)有太大區別，不同的是容器打包的是“應用及其依賴(lài)的包”，讓?xiě)米兂梢环N標準化的組件，擺脫與系統之間的緊耦合關(guān)系，能在任何主流系統中開(kāi)發(fā)、調試和運行。

2013年，隨著(zhù)開(kāi)源應用容器引擎Docker第一個(gè)版本的發(fā)布，容器這種能夠打包應用和隔離運行環(huán)境的技術(shù)就引起了開(kāi)發(fā)者的高度關(guān)注。由此推動(dòng)容器技術(shù)就進(jìn)入了快速發(fā)展期，這背后的動(dòng)力源自于越來(lái)越多的碎片化工業(yè)應用和分布式部署需求。

回顧十年前，那時(shí)候的制造企業(yè)更多關(guān)注的是ERP、PLM、CRM等大型應用軟件的開(kāi)發(fā)和部署，這些軟件模塊多，功能復雜，開(kāi)發(fā)周期長(cháng)，實(shí)施過(guò)程復雜，而且采用集中式應用部署方式。在平臺的選擇上，主要以傳統服務(wù)器為主，應用軟件和平臺系統之間是緊耦合關(guān)系，并不存在應用迭代和平臺遷移需求。

但近年來(lái)，隨著(zhù)智能制造的推進(jìn)，企業(yè)開(kāi)始關(guān)注工廠(chǎng)的智能化轉型，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，不同企業(yè)的工廠(chǎng)生產(chǎn)特點(diǎn)各不相同，而且呈現出的是零散和碎片化的個(gè)性化應用需求，部署環(huán)境也存在多樣性，如虛擬化服務(wù)器、公有云、私有云等。因此，要像ERP、PLM、CRM等軟件開(kāi)發(fā)和應用那樣，利用傳統的軟件開(kāi)發(fā)手段針對極具個(gè)性化的工業(yè)應用場(chǎng)景打造通用化的應用軟件，其實(shí)并不可行。而且在傳統的應用開(kāi)發(fā)和部署模式下，應用軟件與部署環(huán)境之間存在緊耦合依賴(lài)關(guān)系，對應用在運行過(guò)程中的動(dòng)態(tài)遷移，以及不同服務(wù)在不同環(huán)境中的適配帶來(lái)了巨大挑戰。因此，像容器這種能通過(guò)打包應用及依賴(lài)包，實(shí)現“一次開(kāi)發(fā)，到處運行”的技術(shù)受到了用戶(hù)的積極追捧。

主流容器技術(shù)Docker

近年來(lái)，以Docker為代表的容器技術(shù)已經(jīng)深入人心，無(wú)論是傳統IT企業(yè)還是互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，商業(yè)巨擘亦或是初創(chuàng )公司，大家都以飽滿(mǎn)的熱情投入到Docker容器技術(shù)的討論和探索中來(lái)，圍繞Docker相關(guān)的技術(shù)，不僅有像微軟、IBM、Amazon和Google等國際著(zhù)名云廠(chǎng)商支持Docker技術(shù)，國內像騰訊，阿里，百度等也相繼加入Docker的陣營(yíng)。國內基于Docker的成功應用案例也逐漸開(kāi)始浮出水面。為構建具備彈性擴展能力的PaaS平臺提供了很多值得借鑒的寶貴經(jīng)驗。

虛擬機和Docker比較

從結構來(lái)看，虛擬機的操作系統和Hypervisor在Docker中已經(jīng)被Docker引擎所取代。虛擬機實(shí)現資源隔離的方式是利用Hypervisor虛擬化服務(wù)器的CPU、內存、IO等設備。而Docker就簡(jiǎn)單得多，Docker引擎可以看成Linux的namespace、cgroup和鏡像管理文件系統的封裝，Docker并沒(méi)有和虛擬機一樣利用一個(gè)完全獨立的操作系統實(shí)現環(huán)境隔離，利用的是目前l(fā)inux內核本身支持的容器方式實(shí)現的資源和環(huán)境隔離，簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)，Docker就是利用namespace實(shí)現的系統環(huán)境的隔離，利用cgroup實(shí)現資源限制，利用鏡像實(shí)現根環(huán)境的的隔離。

內核虛擬化技術(shù)

具體來(lái)講，Docker底層的核心技術(shù)包括Libcontainer（LXC），這是一種內核虛擬化技術(shù)，可以提供輕量級的虛擬化，以便隔離進(jìn)程和資源。LXC的兩大組件包括命名空間（Namespaces），由IBM貢獻，以及控制組（Control groups），由Google貢獻。

命名空間（Namespaces）是Linux內核一個(gè)強大的特性。每個(gè)容器都有自己?jiǎn)为毜拿臻g，運行在其中的應用都像是在獨立的操作系統中運行一樣。命名空間保證了容器之間彼此互不影響，包含容器間PID資源隔離、網(wǎng)絡(luò )隔離、IPC資源隔離、文件目錄隔離、主機名和域名隔離、用戶(hù)和組的隔離。

控制組（cgroups）主要用來(lái)對共享資源進(jìn)行隔離、限制、審計等。只有能控制分配到容器的資源，才能避免當多個(gè)容器同時(shí)運行時(shí)的對系統資源的競爭?？蓪θ萜魇褂玫腃PU、內存和網(wǎng)絡(luò )等資源進(jìn)行管理控制。

正如所有應用都需要文件系統支撐一樣，Docker采用AUFS文件系統，一種分層、輕量級并且高性能的文件系統，它支持對文件系統的修改作為一次提交來(lái)一層層的疊加，同時(shí)可以將不同目錄掛載到同一個(gè)虛擬文件系統下。Docker的AUFS文件系統分為兩層，只有最上層是可讀寫(xiě)的（Container），其他的層只具有讀權限（Image）。

文件系統的修改

比如容器已經(jīng)對A應用及其動(dòng)態(tài)庫打包，而隨著(zhù)應用需求的變化，企業(yè)需要在這個(gè)容器A進(jìn)行修改，這個(gè)時(shí)候的做法是：只需要將需要將新的應用和動(dòng)態(tài)庫進(jìn)行打包并推送到容器鏡像庫，在原有的容器A的基礎上進(jìn)行疊加和更新即可，極大的降低了應用重新開(kāi)發(fā)和部署的難度。

從性能上看，由于Docker有著(zhù)比虛擬機更少的抽象層，不需要Hypervisor實(shí)現硬件資源虛擬化，運行在Docker容器上的程序直接使用的都是實(shí)際物理機的硬件資源，減少了加載操作系統內核的時(shí)間和資源的消耗，因此，在CPU、內存等資源利用率上更有優(yōu)勢。比如容器啟動(dòng)時(shí)間是秒級，而虛擬機都是分鐘級，硬盤(pán)使用一般為MB計算，而虛擬機大多是GB級的空間占用，在性能上，容器更接近原生，單機就能支持上千個(gè)，遠多于虛擬機的幾十個(gè)。

Docker與虛擬機啟動(dòng)的時(shí)間及資源消耗的比較

從應用層面看，容器技術(shù)有兩個(gè)主要優(yōu)勢：一是“一次構建、到處運行”。二是“增量更新、快速回退”。這兩個(gè)優(yōu)勢極大的降低了軟件開(kāi)發(fā)和運維難度，也推動(dòng)了持續集成和部署（DevOps）模式的發(fā)展。

持續發(fā)布平臺

對開(kāi)發(fā)和運維人員來(lái)說(shuō)，最希望的就是一次創(chuàng )建或配置，可以在任意地方正常運行。開(kāi)發(fā)者可以使用一個(gè)標準的鏡像來(lái)構建一套開(kāi)發(fā)容器，開(kāi)發(fā)完成之后，運維人員可以直接使用這個(gè)容器來(lái)部署代碼。由于Docker很輕很快，可以快速創(chuàng )建容器，快速迭代應用程序，并讓整個(gè)過(guò)程全程可見(jiàn)，使團隊中的其他成員更容易理解應用程序是如何創(chuàng )建和工作的。

后記

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為推進(jìn)企業(yè)智能制造型重要使能平臺，已經(jīng)受到了企業(yè)的廣泛關(guān)注。然而面對工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的個(gè)性化需求，傳統應用開(kāi)發(fā)手段已經(jīng)無(wú)法支撐起碎片化和專(zhuān)業(yè)化的工業(yè)應用場(chǎng)景開(kāi)發(fā)需求。而以容器和微服務(wù)為代表的新興技術(shù)正在成為構建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)PaaS平臺的新選擇。容器技術(shù)是極具顛覆性的計算機資源隔離技術(shù)，不僅對CPU、存儲的額外開(kāi)銷(xiāo)非常小，還可以實(shí)現秒級的開(kāi)啟和關(guān)閉。對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應用的開(kāi)發(fā)，容器技術(shù)已經(jīng)成為實(shí)際上封裝、分發(fā)和運行標準。

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