容器技术

容器是轻量级应用代码包,它还包含依赖项,例如编程语言运行时的特定版本和运行软件服务所需的库。

容器作为标准化软件单元,可用于将应用以及依赖整体打包,使应用不再受到环境限制,简化应用构建、测试、部署流程,实现 build once,run anywhere 目标。

容器本质上是受到资源限制,彼此间相互隔离的若干个linux进程的集合,容器技术主要指代用于资源限制的cgroup,用于隔离的namespace,以及基础的linux kernel等,借助他们,应用可以在沙箱环境中独立运行,从而避免之间的冲突和影响。其实容器技术也并不是什么新鲜事务,早在 Docker 之前与容器相关的首批技术就已经出现了很久,特别是 2008 年 Linux 内核中实现了 Linux Containers (LXC),但直到 Docker 容器引擎出现,才真正意义上降低了容器技术的复杂性,加快了容器技术发展。

容器与虚拟机 (VM)

需更好地理解容器, 一个方法是了解它与传统 虚拟机 (VM) 的不同之处

在传统的 虚拟化中,无论是在本地还是在云端,都使用 管理器 来虚拟化物理硬件。 在此环境中,每个虚拟机都必须在其中包含自己的子操作系统,以及相关的二进制文件、库和应用程序文件。这会消耗大量系统资源和开销,尤其是当多个虚拟机在同一物理服务器上运行时,每个虚拟机都有自己的子操作系统。

相比之下,每个容器均共享同一主机操作系统或系统内核,容器的虚拟化对象是 操作系统(通常是 Linux),因此每个单独的容器只包含应用及其库和依赖项。容器技术使其 开发所需的灵活性和开放性,运维专注的标准化和自动化达成平衡,容器镜像因为迅速成为应用分发的标准。

容器的镜像

Docker 一个核心创新是容器镜像(Docker Image),这是一种利用联合文件系统UnionFS实现的分层文件系统,再结合Layer Docker由此实现了一种新型的应用打包、分发和运行机制。

Docker把应用和相关依赖打包成为一个镜像,并且采用类似多次快照的存储技术,例如aufs/device mapper/btrfs/zfs等,可以实现:

  • 多个应用可以共用相同的底层镜像(初始的操作系统镜像)
  • 应用运行时的IO操作和镜像文件隔离
  • 通过挂载包含不同配置/数据文件的目录或者卷(Volume),单个App镜像可以同时用来运行无数个不同业务的容器。

上图是基于一个Alpine Linux的镜像,分别建立了Nginx和Redis的镜像,并且挂载不同的配置/数据同时运行3个网站应用2个Redis应用的示意图。

此外,Docker公司提供公共的镜像仓库(Docker称之为Repository),Github connect,自动构建镜像,大大简化了应用分发、部署、升级流程。加上Docker可以非常方便的建立各种自定义的镜像文件,这些都是Docker成为最流行的容器技术的重要因素。

通过以上这些技术的组合,最后的结果就是,绝大部分应用,开发者都可以通过docker build创建镜像,通过docker push上传镜像,用户通过docker pull下载镜像,用docker run运行应用。用户不需要再去关心如何搭建环境,如何安装,如何解决不同发行版的库冲突等问题, 这也是Docker大行其道的原因。

容器的优点

容器的主要优点,尤其是与虚拟机相比,是提供一种抽象级别,使其轻量且可移植。

  • 轻量: 容器共享计算机操作系统内核,无需为每个应用程序提供完整的操作系统实例,容器文件小并且资源易于使用。 它们的体积更小,尤其是与虚拟机相比,这意味着可以快速运行,更好地支持横向扩展的 云原生 应用程序。
  • 可移植且平台独立: 容器包含所有的依赖关系,这意味着软件在一次编写后即可运行,无需在笔记本电脑、云环境和本地计算环境中重新配置。 支持现代开发与架构: 由于融入跨平台部署的可移植性/一致性以及体积小,容器非常适用于现代开发和应用模式,如 DevOps、 无服务器 和 微服务,它们都基于小增量常规代码部署而构建。
  • 利用率高:与之前的虚拟机相同,容器可使开发人员和操作人员提高物理机的 CPU 和内存利用率。 容器的进步之处在于,它们还支持微服务 架构,因此可以更精细地部署和扩展应用组件,相较于由于单个组件难以负载而必须扩展整个单体应用程序,这种解决方案更具吸引力。

容器用例

容器提供了一种逻辑打包机制,以这种机制打包的应用可以脱离其实际运行的环境。利用这种脱离,不管目标环境是私有数据中心、公有云,还是开发者的个人笔记本电脑,您都可以轻松、一致地部署基于容器的应用。

但在这个大范围内,有一些与容器特别相关的关键用例。

  • 微服务:容器体积小且轻量,因此非常适用于微服务架构,其中的应用程序由许多松散耦合且可独立部署的较小服务而构建。
  • DevOps:微服务即架构和容器即平台的结合是许多团队的常见基础,他们采用 DevOps 来构建、交付和运行软件。
  • 混合多云:由于容器可以在任何地方(跨笔记本电脑、本地和云环境)以一致方式运行,因此是 混合云 和 多云 场景的理想底层架构,这种架构下的企业可结合自己的数据中心,在多个公有云中运行。
  • 应用现代化与迁移:最常见的 应用现代化 方法是从容器化开始,便于它们之后 迁移 至云端。
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Contributors: isno