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大亨图话之Docker与Kubernetes


毋庸置疑,Docker与Kubernetes,已经是现代程序员、尤其是现代后台程序员的必备技能。事实上,以Docker和Kubernetes为代表的虚拟化基础设施,已经几乎改变了传统的Infrastructure。可以不那么负责任地说,Docker和Kubernetes,在后台开发中的角色,已经等同于10年前的操作系统了。


虚拟化技术太火,以至于有本现代操作系统教科书,把virtualization列为三大主题之一,感兴趣的可以看看《Operating Systems: Three Easy Pieces》。


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虚拟化技术简介

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我们说Docker是新时代的、轻量级的虚拟化技术,那么到底啥是虚拟化技术呢?准确来说,虚拟化技术(virtualization)是一种资源管理技术,更通俗点,虚拟化是一种抽象化,把真实的、复杂的东西,抽象成更灵活、更易使用的东西。


历史上,虚拟化有不同的层次,从硬件到软件,从编程语言到程序库,都有出现过,也实实在在地存在大家的周围,因为太普遍了,春风化雨,润物无声,很难引起特别注意。


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而从时间轴上来看,很多知名度技术,鳞次栉比,是陆续登场的,不过大都是站在巨人的肩膀上,亦或用了前车之鉴,请看下图。


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可以看到,虚拟化几乎在计算机学科诞生之初就出现了,现在所谓的Xen、KVM、Docker只是后起之秀,大型机、小型机的硬件虚拟化,早已有之,UNIX世界里,虚拟化是再普通不过的东西。这里我们跳过硬件虚拟化,直接看软件虚拟化。作为软件虚拟化的两大类代表技术,下面这张图几乎随处可见。


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显然,右侧的Container,容器化技术,消耗小,更灵活,更Modern,也是我们今天的主角。


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容器技术发展史

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大多数人以为Docker很新鲜,了解的人都知道,Docker作为一种容器化技术,只是新瓶装旧酒、新帽遮旧颜。因为在Docker没有面世时,Google就已经大规模应用了。但更令你想不到的是,容器化技术也不是什么新鲜的玩意儿,梦醒处,且看来时路。


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也就是说,20世纪70年代chroot这个System Call诞生的时候,容器之路就开始了,其后各种用户隔离的虚拟化技术蓬勃发展,直到Google发明了Process Containers,并更名为cgroups合入Linux内核,容器化技术正式成熟,并且两大关键功能全部具备:隔离& 限制


又过数年,docker横空出世,容器化技术从此走出专业技术圈,步入大众视野,且一发不可收拾,成为今日容器技术的代名词、同义语。且看今日之Infrastructure,下图已然是事实上的标准了。


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Docker核心概念

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Docker如此传奇,但并不复杂,我们来看其官方介绍,清晰自然。

Docker is an open platform for developing, shipping, and running applications. Docker enables you to separate your applications from your infrastructure so you can deliver software quickly.

Docker Overview

其整体架构,也相当简洁,基本上可以认为由三部分组成:Client、Docker Host、Registries。


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Register相当于一个静态的模板仓库,类似于CentOS和Ubuntu的更新源,或是各种开源软件的Mirror;Client就是大家平时用的docker命令;Docker Host上文章比较多,上图是Docker官方示意,下面有个更详细的流转图。


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这里,Docker是引擎,不是容器。使用docker命令Build一个Image,Ship到Repository,然后去Repository拉取Image,创建Container,Run起来,大概就是这个过程,你说简单不简单?隔着老远看,当然神秘又牛掰,但走近了,仔细瞅瞅,其实不复杂,这世上大部分技术,莫不如此,何况还是已经资料满天飞的成熟技术呢!


docker命令本身,有很多子命令,大部分并不会天天用到,掌握核心的几个最佳实践很有必要,这里有一个很好的向导。


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想要更详细的,拼网匠,大亨图话嘛,安排上。


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Docker to K8S

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Docker火了以后,Google很是尴尬,容器技术自己才是弄潮儿,才是江湖中的执牛耳者,没想到起个大早赶个晚集,风头都被Docker抢了去,而且随着云计算的发展,自己还不得不兼容Docker。于是,它瞅准了容器编排这个方向,拉着几个巨头成立了CNCF,并祭出自家大招,基于内部大规模资源管理系统Borg的思想,重新设计开发并开源了Kubernetes。


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Kubernetes并不是Borg,虽然参与贡献Kubernetes的很多人也都是Borg的设计与开发者,它类似Borg,是用于自动部署、扩展和管理“容器化(containerized)应用程序”的开源系统。你可以理解为,Kubernetes,简称k8s,是用来管理容器的,而Docker是容器的一种。


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Kubernetes核心概念

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回到Kubernetes,作为一个管理系统、Docker编排系统,其核心概念与基本架构如下。


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可以看到,整体上Kubernetes是个主从架构,类似单机架构里Nginx的Master和Worker。更技术化也更准确的一个图,通信视角,还有一个。


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各组件的功能,也有非常好的图。


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容器在这里是底层概念,Kubernetes里最小的工作单元是Pod,可以理解为一个容器组,再上是Node,同一个Node节点里的Pod共享网络栈,


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不同Node之间,就像不同Host之间一样,通过路由通信。


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实际使用中,主要使用基于Pod衍生的应用层逻辑概念,如Deployment。


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Cloud Native

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以Docker和Kubernetes为起点,裹挟了Microservice、DevOps等各种概念,Cloud Native的布道,一时风靡。著名的Twelve-Factor App methodology和CNCF Cloud Native Interactive Landscape,让人兴奋的同时,又望而生畏,落地之路,漫漫前行。