本文來自網易蜂巢微信在線分享，轉自公眾號網易蜂巢（微信號：towerofodin），作者劉超是網易雲首席解決方案架構師，InfoQ大會ArchSummit2016全球架構師峰會（北京站）的明星講師。

雲計算的發展脈絡

雲計算整個發展過程，用一句話來形容，就是“分久必合，合久必分”。

容器的誕生

雲計算解決了基礎資源層的彈性伸縮，卻沒有解決 PaaS層應用隨基礎資源層彈性伸縮而帶來的批量、快速部署問題。於是容器應運而生。

容器是 Container，Container另一個意思是集裝箱，其實容器的思想就是要變成軟件交付的集裝箱。集裝箱的特點，一是打包，二是標準。

在沒有集裝箱的時代，假設將貨物從 A運到 B，中間要經過三個碼頭、換三次船。每次都要將貨物卸下船來，擺的七零八落，然後搬上船重新整齊擺好。因此在沒有集裝箱的時候，每次換船，船員們都要在岸上待幾天才能走。

有了集裝箱以後，所有的貨物都打包在一起了，並且集裝箱的尺寸全部一致，所以每次換船的時候，一個箱子整體搬過去就行了，小時級別就能完成，船員再也不用上岸長時間耽擱了。

這是集裝箱“打包”、“標準”兩大特點在生活中的應用。下面用一個簡單的案例來看看容器在開發部署中的實際應用。

假設有一個簡單的 Java網站需要上線，代碼的運行環境如下：

看，一個簡單的 Java網站，就有這麽多零零散散的東西！這就像很多零碎的貨物，如果不打包，就需要在開發、測試、生產的每個環境上重新查看以保證環境的一致，有時甚至要將這些環境重新搭建一遍，就像每次將貨物卸載、重裝一樣麻煩。中間稍有差池，比如開發環境用了 JDK 1.8，而線上是 JDK 1.7；比如開發環境用了 root用戶，線上需要使用 hadoop用戶，都可能導致程序的運行失敗。

那麽容器如何對應用打包呢？還是要學習集裝箱，首先要有個封閉的環境，將貨物封裝起來，讓貨物之間互不幹擾，互相隔離，這樣裝貨卸貨才方便。好在 ubuntu中的 lxc技術早就能做到這一點。

封閉的環境主要使用了兩種技術，一種是看起來是隔離的技術，稱為 namespace，也即每個 namespace中的應用看到的是不同的 IP地址、用戶空間、程號等。另一種是用起來是隔離的技術，稱為 cgroup，也即明明整臺機器有很多的 CPU、內存，而一個應用只能用其中的一部分。

有了這兩項技術，集裝箱的鐵盒子我們是焊好了，接下來就是決定往裏面放什麽。

最簡單粗暴的方法，就是將上面列表中所有的都放到集裝箱裏面。但是這樣太大了！因為即使你安裝一個幹幹靜靜的 ubuntu操作系統，什麽都不裝，就很大了。把操作系統裝進容器相當於把船也放到了集裝箱裏面！傳統的虛擬機鏡像就是這樣的，動輒幾十G。答案當然是 NO！所以第一項操作系統不能裝進容器。

撇下第一項操作系統，剩下的所有的加起來，也就幾百 M，就輕便多了。因此一臺服務器上的容器是共享操作系統內核的，容器在不同機器之間的遷移不帶內核，這也是很多人聲稱容器是輕量級的虛擬機的原因。輕不白輕，自然隔離性就差了，一個容器讓操作系統崩潰了，其他容器也就跟著崩潰了，這相當於一個集裝箱把船壓漏水了，所有的集裝箱一起沈。

另一個需要撇下的就是隨著應用的運行而產生並保存在本地的數據。這些數據多以文件的形式存在，例如數據庫文件、文本文件。這些文件會隨著應用的運行，越來越大，如果這些數據也放在容器裏面，會讓容器變得很大，影響容器在不同環境的遷移。而且這些數據在開發、測試、線上環境之間的遷移是沒有意義的，生產環境不可能用測試環境的文件，所以往往這些數據也是保存在容器外面的存儲設備上。這也是為什麽人們稱容器是無狀態的。

至此集裝箱焊好了，貨物也裝進去了，接下來的問題就是如何將這個集裝箱標準化，從而在哪艘船上都能運輸。這裏的標準一個是鏡像，一個是容器的運行環境。

所謂的鏡像，就是將你焊好集裝箱的那一刻，將集裝箱的狀態保存下來，就像孫悟空說：“定”，集裝箱裏面就定在了那一刻，然後將這一刻的狀態保存成一系列文件。這些文件的格式是標準的，誰看到這些文件都能還原當時定住的那個時刻。將鏡像還原成運行時的過程（就是讀取鏡像文件，還原那個時刻的過程）就是容器運行的過程。除了大名鼎鼎的 Docker，還有其他的容器，例如 AppC、Mesos Container，都能運行容器鏡像。所以說容器不等於 Docker。

總而言之，容器是輕量級的、隔離差的、適用於無狀態的，可以基於鏡像標準實現跨主機、跨環境的隨意遷移。

有了容器，使得 PaaS層對於用戶自身應用的自動部署變得快速而優雅。容器快就快在兩方面：第一，虛擬機啟動的時候要先啟動操作系統，容器不用啟動操作系統，因為是共享內核的；第二，虛擬機啟動後使用腳本安裝應用，容器不用安裝應用，因為已經打包在鏡像裏面了。所以最終虛擬機的啟動是分鐘級別，而容器的啟動是秒級。容器咋這麽神奇？其實一點都不神奇，第一是偷懶少幹活了，第二是提前把活幹好了。

因為容器啟動快，人們往往不會創建一個個小的虛擬機來部署應用，因為這樣太浪費時間了，而是創建一個大的虛擬機，然後在大的虛擬機裏面再劃分容器，而不同的用戶不共享大的虛擬機，可以實現操作系統內核的隔離。這又是一次合久必分的過程。由 IaaS層的虛擬機池，劃分為更細粒度的容器池。

容器管理平臺

有了容器的管理平臺，又是一次分久必合的過程。

容器的粒度更加細，管理起來更難管，甚至是手動操作難以應對的。假設你有 100臺物理機，其實規模不是太大，用 Excel人工管理是沒問題的，但是一臺上面開 10臺虛擬機，虛擬機的個數就是 1000臺，人工管理已經很困難了，但是一臺虛擬機裏面開 10個容器，就是 10000個容器，你是不是已經徹底放棄人工運維的想法了。

所以容器層面的管理平臺是一個新的挑戰，關鍵字就是自動化：

• 自發現：容器與容器之間的相互配置還能像虛擬機一樣，記住 IP地址然後互相配置嗎？這麽多容器，一旦一臺虛擬機掛了重啟，IP改變，你怎麽記得住應該改哪些配置，列表長度至少萬行級別的啊。所以容器之間的配置通過名稱來的，無論容器跑到哪臺機器上，名稱不變，就能訪問到。

• 自修復：容器掛了，或是進程宕機了，能像虛擬機那樣登陸上去查看一下進程狀態，如果不正常可以重啟一下麽？那你要登陸萬臺 docker了。所以容器的進程掛了，容器就自動掛掉了，然後自動重啟。

• 彈性自伸縮 Auto Scaling：當容器的性能不足的時候，需要手動伸縮、手動部署麽？當然也要自動來。

當前火熱的容器管理平臺有三大流派：

一個是 Kubernetes，我們稱為段譽型。

段譽 (Kubernetes)的父親 (Borg)武功高強，出身皇族 (Google)，管理過偌大的一個大理國 (Borg是 Google數據中心的容器管理平臺)。作為大理段式後裔，段譽的武功基因良好 (Kubernetes的理念設計比較完善)，周圍的高手雲集，習武環境也好 (Kubernetes生態活躍，熱度高)，雖然剛剛出道的段譽武功不及其父親，但是只要跟著周圍的高手不斷切磋，武功即可飛速提升。

一個是 Mesos，我們稱為喬峰型。

喬峰 (Mesos)的主要功夫降龍十八掌 (Mesos的調度功能)獨步武林，為其他幫派所無。而且喬峰也管理過人數眾多的丐幫 (Mesos管理過 Tweeter的容器集群)。後來喬峰從丐幫出來，在江湖中特例獨行 (Mesos的創始人成立了公司 Mesosphere)。喬峰的優勢在於，喬峰的降龍十八掌 (Mesos)就是在丐幫中使用的降龍十八掌，相比於段譽初學其父的武功來說，要成熟很多。但是缺點是，降龍十八掌只掌握在少數的幾個丐幫幫主手中 (Mesos社區還是以 Mesosphere為主導)，其他丐幫兄弟只能遠遠崇拜喬峰，而無法相互切磋(社區熱度不足)。

一個是 Swarm，我們稱為慕容型。

慕容家族 (Swarm是 Docker家族的集群管理軟件)的個人功夫是非常棒的 (Docker可以說稱為容器的事實標準)，但是看到段譽和喬峰能夠管理的組織規模越來越大，有一統江湖的趨勢，著實眼紅了，於是開始想創建自己的慕容鮮卑帝國(推出 Swarm容器集群管理軟件)。但是個人功夫好，並不代表著組織能力強 (Swarm的集群管理能力)，好在慕容家族可以借鑒段譽和喬峰的組織管理經驗，學習各家公司，以彼之道，還施彼身，使得慕容公子的組織能力 (Swarm借鑒了很多前面的集群管理思想)也在逐漸的成熟中。

三大容器門派，到底鹿死誰手，誰又能一統江湖，尚未可知。

網易之所以選型 Kubernetes作為自己的容器管理平臺，是因為基於 Borg 成熟的經驗打造的 Kubernetes為容器編排管理提供了完整的開源方案，並且社區活躍，生態完善，積累了大量分布式、服務化系統架構的最佳實踐。

容器初體驗

我們先了解一下 Docker的生命周期。如圖所示。

圖中中間的就是最核心的兩個部分，一個是鏡像 Images，一個是容器 Containers。鏡像運行起來就是容器。容器運行的過程中，基於原始鏡像做了改變，比如安裝了程序，添加了文件，也可以提交回去 (commit)成為鏡像。

如果大家安裝過系統，鏡像有點像 GHOST鏡像，從 GHOST鏡像安裝一個系統，運行起來，就相當於容器；容器裏面自帶應用，就像 GHOST鏡像安裝的系統裏面不是裸的操作系統，裏面可能安裝了微信，QQ，視頻播放軟件等。安裝好的系統使用過程中又安裝了其他軟件，或者下載了文件，還可以將這個系統重新 GHOST成一個鏡像，當其他人通過這個鏡像再安裝系統的時候，則其他的軟件也就自帶了。

普通的 GHOST鏡像就是一個文件，但是管理不方便。比如如果有十個 GHOST鏡像的話，你可能已經記不清楚哪個鏡像裏面安裝了哪個版本的軟件了。所以容器鏡像有 tag的概念，就是一個標簽，比如 dev-1.0，dev-1.1，production-1.1等，凡是能夠幫助你區分不同鏡像的都可以。

為了鏡像的統一管理，有一個鏡像庫的東西，可以通過 push將本地的鏡像放到統一的鏡像庫中保存，可以通過 pull將鏡像庫中的鏡像拉到本地來。

從鏡像運行一個容器可使用下面的命令，如果初步使用 Docker，記下下面這一個命令就可以了。

這行命令會啟動一個裏面安裝了 mysql的容器。其中 docker run就是運行一個容器；--name就是給這個容器起個名字；-v 就是掛數據盤，將外面的一個目錄 /my/own/datadir掛載到容器裏面的一個目錄 /var/lib/mysql作為數據盤，外面的目錄是在容器所運行的主機上的，也可以是遠程的一個雲盤；-e 是設置容器運行環境的環境變量，環境變量是最常使用的設置參數的方式，例如這裏設置 mysql的密碼。mysql:tag就是鏡像的名字和標簽。

docker stop可以停止這個容器，start可以再啟動這個容器，restart可以重啟這個容器。在容器內部做了改變，例如安裝了新的軟件，產生了新的文件，則調用 docker commit變成新的鏡像。

鏡像生產過程，除了可以通過啟動一個 docker，手動修改，然後調用 docker commit形成新鏡像之外，還可以通過書寫 Dockerfile，通過 docker build來編譯這個 Dockerfile形成新的鏡像。為什麽要這樣做呢？前面的方式太不自動化了，需要手工幹預，而且還經常會忘了手工都做了什麽。用 Dockerfile可以很好地解決這個問題。

Dockerfile 的一個簡單的例子如下：

這其實是一個鏡像的生產說明書，Docker build 的過程就是根據這個生產說明書來生產鏡像：

• FROM基礎鏡像，先下載這個基礎鏡像，然後從這個鏡像啟動一個容器，並且登陸到容器裏面；

• RUN 運行一個命令，在容器裏面運行這個命令；

• COPY/ADD 將一些文件添加到容器裏面；

• 最終給容器設置啟動命令 ENTRYPOINT，這個命令不在鏡像生成過程中執行，而是在容器運行的時候作為主程序執行；

• 將所有的修改commit成鏡像。

這裏需要說明一下的就是主程序是 Docker裏面的一個重要的概念，雖然鏡像裏面可以安裝很多的程序，但是必須有一個主程序，主程序和容器的生命周期完全一致，主程序在則容器在，主程序亡則容器亡。

容器是一個資源限制的框，但是這個框沒有底，全靠主進程撐著，主進程掛了，衣服架子倒了，衣服也就垮了。

了解了如何運行一個獨立的容器，接下來介紹如何使用容器管理平臺。

容器管理平臺初體驗

容器管理平臺會對容器做更高的抽象，容器不再是單打獨鬥，而且組成集團軍共同戰鬥。

多個容器組成一個 Pod，這幾個容器親如兄弟，幹的也是相關性很強的活，能夠通過 localhost訪問彼此，真是兄弟齊心，力可斷金。有的任務一幫兄弟還扛不住，就需要多個 Pod合力完成，這個由 ReplicationController進行控制，可以將一個 Pod復制 N個副本，同時承載任務，眾人拾柴火焰高。

N個 Pod如果對外散兵作戰，一是無法合力，二是給人很亂的感覺，因而需要有一個老大作為代言人，將大家團結起來，一致對外，這就是 Service。老大對外提供統一的虛擬 IP和端口，並將這個 IP和服務名關聯起來，訪問服務名則自動映射為虛擬 IP。老大的意思就是如果外面要訪問我這個團隊，喊一聲名字就可以，例如”雷鋒班，幫敬老院打掃衛生！”，你不用管雷鋒班的哪個人去打掃衛生，每個人打掃哪一部分，班長會統一分配。

最上層通過 namespace分隔完全隔離的環境，例如生產環境，測試環境，開發環境等。就像軍隊分華北野戰軍，東北野戰軍一樣。野戰軍立正，出發，部署一個 Tomcat的 Java應用。

本文系劉超原創文章，已經授權InfoQ公眾號轉發傳播。

作者介紹

劉超，網易雲首席解決方案架構師，代碼級略懂OpenStack、Hadoop、Docker、Lucene、Mesos等開源軟件，10多年的雲計算架構與開發經歷，積累了豐富的企業級應用的微服務化，容器化實戰經驗，曾出版《Lucene應用開發揭秘》，個人博客可搜索popsuper1982。

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