【編者的話】

目前很多的容器云平臺(tái)通過Docker及Kubernetes等技術(shù)提供應(yīng)用運(yùn)行平臺(tái),，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)維自動(dòng)化，快速部署應(yīng)用,、彈性伸縮和動(dòng)態(tài)調(diào)整應(yīng)用環(huán)境資源,，提高研發(fā)運(yùn)營效率。

從宏觀到微觀（從抽象到具體）的思路來理解：云計(jì)算→PaaS→ App Engine→XAE[XXX App Engine] （XAE泛指一類應(yīng)用運(yùn)行平臺(tái),，例如GAE,、SAE、BAE等）,。

本文簡要介紹了與容器云相關(guān)的幾個(gè)重要概念：PaaS,、App Engine、Docker,、Kubernetes,。

1. PaaS概述

1.1. PaaS概念

1. PaaS(Platform as a service)，平臺(tái)即服務(wù),，指將軟件研發(fā)的平臺(tái)（或業(yè)務(wù)基礎(chǔ)平臺(tái)）作為一種服務(wù),，以SaaS的模式提交給用戶。
2. PaaS是云計(jì)算服務(wù)的其中一種模式,，云計(jì)算是一種按使用量付費(fèi)的模式的服務(wù),，類似一種租賃服務(wù)，服務(wù)可以是基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)算資源（IaaS）,，平臺(tái)（PaaS）,，軟件（SaaS）。租用IT資源的方式來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)需要,，如同水力,、電力資源一樣，計(jì)算,、存儲(chǔ),、網(wǎng)絡(luò)將成為企業(yè)IT運(yùn)行的一種被使用的資源,，無需自己建設(shè)，可按需獲得,。
3. PaaS的實(shí)質(zhì)是將互聯(lián)網(wǎng)的資源服務(wù)化為可編程接口,，為第三方開發(fā)者提供有商業(yè)價(jià)值的資源和服務(wù)平臺(tái)。簡而言之,，IaaS就是賣硬件及計(jì)算資源,，PaaS就是賣開發(fā)、運(yùn)行環(huán)境,，SaaS就是賣軟件,。

1.2. IaaS/PaaS/SaaS說明

1.3. PaaS的特點(diǎn)（三種層次）

2. App Engine概述

2.1. App Engine概念

App Engine是PaaS模式的一種實(shí)現(xiàn)方式,，App Engine將應(yīng)用運(yùn)行所需的 IT 資源和基礎(chǔ)設(shè)施以服務(wù)的方式提供給用戶，包括了中間件服務(wù),、資源管理服務(wù),、彈性調(diào)度服務(wù)、消息服務(wù)等多種服務(wù)形式,。App Engine的目標(biāo)是對(duì)應(yīng)用提供完整生命周期（包括設(shè)計(jì),、開發(fā)、測(cè)試和部署等階段）的支持,，從而減少了用戶在購置和管理應(yīng)用生命周期內(nèi)所必須的軟硬件以及部署應(yīng)用和IT 基礎(chǔ)設(shè)施的成本,，同時(shí)簡化了以上工作的復(fù)雜度。常見的App Engine有：GAE(Google App Engine),，SAE(Sina App Engine),，BAE(Baidu App Engine)。

App Engine利用虛擬化與自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速搭建部署應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境和動(dòng)態(tài)調(diào)整應(yīng)用運(yùn)行時(shí)環(huán)境資源這兩個(gè)目標(biāo),。一方面實(shí)現(xiàn)即時(shí)部署以及快速回收,，降低了環(huán)境搭建時(shí)間，避免了手工配置錯(cuò)誤,，快速重復(fù)搭建環(huán)境,，及時(shí)回收資源,， 減少了低利用率硬件資源的空置,。另一方面,，根據(jù)應(yīng)用運(yùn)行時(shí)的需求對(duì)應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用平臺(tái)的彈性擴(kuò)展和自優(yōu)化,，減少了非高峰時(shí)硬件資源的空置,。

簡而言之，App Engine主要目標(biāo)是：Easy to maintain(維護(hù)), Easy to scale(擴(kuò)容), Easy to build(構(gòu)建),。

2.2. 架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3. 組成模塊說明

3. 容器云平臺(tái)技術(shù)棧

• Namespace[資源隔離]
  Namespaces機(jī)制提供一種資源隔離方案,。PID,IPC,Network等系統(tǒng)資源不再是全局性的,，而是屬于某個(gè)特定的Namespace。每個(gè)namespace下的資源對(duì)于其他namespace下的資源都是透明,，不可見的,。

• CGroups[資源控制]
  CGroup（control group）是將任意進(jìn)程進(jìn)行分組化管理的Linux內(nèi)核功能。CGroup本身是提供將進(jìn)程進(jìn)行分組化管理的功能和接口的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),，I/O或內(nèi)存的分配控制等具體的資源管理功能是通過這個(gè)功能來實(shí)現(xiàn)的,。CGroups可以限制、記錄,、隔離進(jìn)程組所使用的物理資源（包括：CPU,、memory,、IO等），為容器實(shí)現(xiàn)虛擬化提供了基本保證,。CGroups本質(zhì)是內(nèi)核附加在程序上的一系列鉤子（hooks）,，通過程序運(yùn)行時(shí)對(duì)資源的調(diào)度觸發(fā)相應(yīng)的鉤子以達(dá)到資源追蹤和限制的目的。

4. Docker概述

更多詳情請(qǐng)參考：Docker整體架構(gòu)圖

4.1. Docker介紹

1. Docker - Build, Ship, and Run Any App, Anywhere
2. Docker是一種Linux容器工具集,，它是為“構(gòu)建（Build）,、交付（Ship）和運(yùn)行（Run）”分布式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。
3. Docker相當(dāng)于把應(yīng)用以及應(yīng)用所依賴的環(huán)境完完整整地打成了一個(gè)包,，這個(gè)包拿到哪里都能原生運(yùn)行,。因此可以在開發(fā)、測(cè)試,、運(yùn)維中保證環(huán)境的一致性,。
4. Docker的本質(zhì)：Docker=LXC(Namespace+CGroups)+Docker Images，即在Linux內(nèi)核的Namespace[資源隔離]和CGroups[資源控制]技術(shù)的基礎(chǔ)上通過鏡像管理機(jī)制來實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì),。

4.2. Docker的基本概念

4.2.1. 鏡像

Docker 鏡像就是一個(gè)只讀的模板,，可以把鏡像理解成一個(gè)模子（模具），由模子（鏡像）制作的成品（容器）都是一樣的（除非在生成時(shí)加額外參數(shù)）,，修改成品（容器）本身并不會(huì)對(duì)模子（鏡像）產(chǎn)生影響（除非將成品提交成一個(gè)模子）,，容器重建時(shí)，即由模子（鏡像）重新制作成一個(gè)成品（容器）,，與其他由該模子制作成的成品并無區(qū)別,。

例如：一個(gè)鏡像可以包含一個(gè)完整的 ubuntu 操作系統(tǒng)環(huán)境，里面僅安裝了 Apache 或用戶需要的其它應(yīng)用程序,。鏡像可以用來創(chuàng)建 Docker 容器,。Docker 提供了一個(gè)很簡單的機(jī)制來創(chuàng)建鏡像或者更新現(xiàn)有的鏡像，用戶可以直接從其他人那里下載一個(gè)已經(jīng)做好的鏡像來直接使用,。

4.2.2. 容器

Docker 利用容器來運(yùn)行應(yīng)用,。容器是從鏡像創(chuàng)建的運(yùn)行實(shí)例。它可以被啟動(dòng),、開始,、停止、刪除,。每個(gè)容器都是相互隔離的,、保證安全的平臺(tái)?？梢园讶萜骺醋鍪且粋€(gè)簡易版的 Linux 環(huán)境（包括root用戶權(quán)限,、進(jìn)程空間、用戶空間和網(wǎng)絡(luò)空間等）和運(yùn)行在其中的應(yīng)用程序。

4.2.3. 倉庫

倉庫是集中存放鏡像文件的場(chǎng)所,。有時(shí)候會(huì)把倉庫和倉庫注冊(cè)服務(wù)器（Registry）混為一談,，并不嚴(yán)格區(qū)分。實(shí)際上,，倉庫注冊(cè)服務(wù)器上往往存放著多個(gè)倉庫,，每個(gè)倉庫中又包含了多個(gè)鏡像,，每個(gè)鏡像有不同的標(biāo)簽（tag）,。

4.3. Docker的優(yōu)勢(shì)

1. 容器的快速輕量

   容器的啟動(dòng)，停止和銷毀都是以秒或毫秒為單位的,，并且相比傳統(tǒng)的虛擬化技術(shù),，使用容器在CPU、內(nèi)存,，網(wǎng)絡(luò)IO等資源上的性能損耗都有同樣水平甚至更優(yōu)的表現(xiàn),。

2. 一次構(gòu)建，到處運(yùn)行

   當(dāng)將容器固化成鏡像后,，就可以非?？焖俚丶虞d到任何環(huán)境中部署運(yùn)行。而構(gòu)建出來的鏡像打包了應(yīng)用運(yùn)行所需的程序,、依賴和運(yùn)行環(huán)境,， 這是一個(gè)完整可用的應(yīng)用集裝箱，在任何環(huán)境下都能保證環(huán)境一致性,。

3. 完整的生態(tài)鏈

   容器技術(shù)并不是Docker首創(chuàng),，但是以往的容器實(shí)現(xiàn)只關(guān)注于如何運(yùn)行，而Docker站在巨人的肩膀上進(jìn)行整合和創(chuàng)新,，特別是Docker鏡像的設(shè)計(jì),，完美地解決了容器從構(gòu)建、交付到運(yùn)行,，提供了完整的生態(tài)鏈支持,。

5. Kubernetes概述

更多詳情請(qǐng)參考：Kubernetes總架構(gòu)圖

5.1. Kubernetes介紹

Kubernetes是Google開源的容器集群管理系統(tǒng)。它構(gòu)建Docker技術(shù)之上,，為容器化的應(yīng)用提供資源調(diào)度,、部署運(yùn)行、服務(wù)發(fā)現(xiàn),、擴(kuò)容縮容等整一套功能,，本質(zhì)上可看作是基于容器技術(shù)的Micro-PaaS平臺(tái)，即第三代PaaS的代表性項(xiàng)目,。

5.2. Kubernetes的基本概念

5.2.1. Pod

Pod是若干個(gè)相關(guān)容器的組合,，是一個(gè)邏輯概念，Pod包含的容器運(yùn)行在同一個(gè)宿主機(jī)上，這些容器使用相同的網(wǎng)絡(luò)命名空間,、IP地址和端口,，相互之間能通過localhost來發(fā)現(xiàn)和通信，共享一塊存儲(chǔ)卷空間,。在Kubernetes中創(chuàng)建,、調(diào)度和管理的最小單位是Pod。一個(gè)Pod一般只放一個(gè)業(yè)務(wù)容器和一個(gè)用于統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理的網(wǎng)絡(luò)容器,。

5.2.2. Replication Controller

Replication Controller是用來控制管理Pod副本(Replica,，或者稱實(shí)例)，Replication Controller確保任何時(shí)候Kubernetes集群中有指定數(shù)量的Pod副本在運(yùn)行,，如果少于指定數(shù)量的Pod副本,，Replication Controller會(huì)啟動(dòng)新的Pod副本，反之會(huì)殺死多余的以保證數(shù)量不變,。另外Replication Controller是彈性伸縮,、滾動(dòng)升級(jí)的實(shí)現(xiàn)核心。

5.2.3. Service

Service是真實(shí)應(yīng)用服務(wù)的抽象,，定義了Pod的邏輯集合和訪問這個(gè)Pod集合的策略,，Service將代理Pod對(duì)外表現(xiàn)為一個(gè)單一訪問接口，外部不需要了解后端Pod如何運(yùn)行,，這給擴(kuò)展或維護(hù)帶來很大的好處,，提供了一套簡化的服務(wù)代理和發(fā)現(xiàn)機(jī)制。

5.2.4. Label

Label是用于區(qū)分Pod,、Service,、Replication Controller的Key/Value鍵值對(duì)，實(shí)際上Kubernetes中的任意API對(duì)象都可以通過Label進(jìn)行標(biāo)識(shí),。每個(gè)API對(duì)象可以有多個(gè)Label,，但是每個(gè)Label的Key只能對(duì)應(yīng)一個(gè)Value。Label是Service和Replication Controller運(yùn)行的基礎(chǔ),，它們都通過Label來關(guān)聯(lián)Pod,，相比于強(qiáng)綁定模型，這是一種非常好的松耦合關(guān)系,。

5.2.5. Node

Kubernets屬于主從的分布式集群架構(gòu),，Kubernets Node（簡稱為Node，早期版本叫做Minion）運(yùn)行并管理容器,。Node作為Kubernetes的操作單元,，將用來分配給Pod（或者說容器）進(jìn)行綁定，Pod最終運(yùn)行在Node上,，Node可以認(rèn)為是Pod的宿主機(jī),。

5.3. Kubernetes架構(gòu)