“云化”新技術(shù)時(shí)代下的容器技術(shù)應(yīng)用研究

何莉 孫雅妮 王海沛

摘要：21世紀(jì)，以ABC（A：人工智能，B：大數(shù)據(jù)，C：云計(jì)算）形成的新業(yè)態(tài)，新體系，新技術(shù)為代表的新互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行生態(tài)模式，使得中小企業(yè)上云已是常態(tài)化事件。其中云原生技術(shù)，容器技術(shù)的出現(xiàn)使得DEVOPS出現(xiàn)了新的解決方案，為運(yùn)維和開發(fā)之間的新建了一座橋梁，從此其快速的部署方式為上層用戶服務(wù)。該論文是以云計(jì)算技術(shù)中的容器技術(shù)為研究對象，研究分析了容器在目前大的互聯(lián)網(wǎng)背景下的應(yīng)用特點(diǎn)以及與傳統(tǒng)虛擬化技術(shù)的主要區(qū)別。

關(guān)鍵詞：容器技術(shù);傳統(tǒng)虛擬化技術(shù);研究分析

1 容器技術(shù)概述

隨著新技術(shù)不斷沖擊，不斷迭代更新，使得云計(jì)算技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)在以及未來技術(shù)當(dāng)中的新基石，并且已經(jīng)納入國家的新的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)當(dāng)中。面對中小企業(yè)上云的不斷增長，面對龐大的市場內(nèi)在需求，我國的云計(jì)算產(chǎn)業(yè)也在蓬勃發(fā)展，其云原生的Docker容器技術(shù)也在云服務(wù)平臺(tái)中被大量使用[1-2]。

容器技術(shù)是繼傳統(tǒng)虛擬化技術(shù)（VM虛擬機(jī)為方案）發(fā)展之后的一種新型虛擬化技術(shù)解決方案，是云服務(wù)模式的一種新的PAAS。容器技術(shù)是一種輕量級內(nèi)核的操作系統(tǒng)層虛擬化技術(shù)，進(jìn)程資源的隔離和管理控制技術(shù)的解決方案主要是通過NameSpace和Cgroup實(shí)現(xiàn)。

容器之間資源獨(dú)立，互相隔離， 主要是基于細(xì)粒度的資源隔離為基礎(chǔ)，將業(yè)務(wù)資源對底層資源的利用率得到最大值。容器技術(shù)解決方案主要應(yīng)用場景之一微服務(wù)領(lǐng)域，為微服務(wù)提供了良好的運(yùn)行環(huán)境，大大提升了對微服務(wù)的運(yùn)維管理效率，其中容器技術(shù)的主流代表Docker是容器技術(shù)解決方案典型的代表，相比較以虛擬機(jī)為單位的解決方案的技術(shù)更趨向于標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化。

代表性方案Docker技術(shù)，助推了容器技術(shù)的發(fā)展，Docker最初是DotCloud公司的內(nèi)部發(fā)起的一個(gè)項(xiàng)目，主要是做云服務(wù)的PAAS層服務(wù)，該服務(wù)當(dāng)時(shí)云服務(wù)領(lǐng)域當(dāng)中的一次革新，使得云服務(wù)解決方案有了新鮮的血液，底層資源的利用率突破了新高。DOCKER的核心思想是利用擴(kuò)展的LINUX容器方案實(shí)現(xiàn)一種輕量化的虛擬化解決方案，實(shí)現(xiàn)將服務(wù)器上層的服務(wù)（app）打包、封裝、集成、標(biāo)準(zhǔn)化供用戶使用，使得服務(wù)的部署變得簡單化和智能化，繼而解決和服務(wù)于開發(fā)人員與運(yùn)維人員[3-4]。

Docker是C/S的架構(gòu)，Docker客戶端DOCKER Daemon（守護(hù)進(jìn)程）進(jìn)行交互，DAEMON負(fù)責(zé)構(gòu)架、運(yùn)行和發(fā)布容器。客戶端和服務(wù)端運(yùn)行在同一個(gè)系統(tǒng)中，也可以連接遠(yuǎn)程的DAEMON，如圖1所示（圖來自于Docker官網(wǎng)）。

Docker作為一個(gè)虛擬環(huán)境容器服務(wù)，其實(shí)現(xiàn)的思想主要為解決DEVOPS（開發(fā)+運(yùn)維）之間的故事，Docker可以將開發(fā)人員的代碼、運(yùn)行環(huán)境、配置文件共同打包并發(fā)布，并且跨平臺(tái)運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)運(yùn)維和開發(fā)的一鍵化部署，到處運(yùn)行。

2 Docker容器技術(shù)主要包含三要素：鏡像，容器和倉庫

鏡像（IMAGE）是一個(gè)只讀鏡像模板文件，是基于分層文件系統(tǒng)的思想實(shí)現(xiàn)[5]。Dockerfile指令定義了Docker鏡像的文件內(nèi)容。Docker鏡像的定義是從底層的基礎(chǔ)鏡像（BaseImage）開始，逐層開展的。鏡像構(gòu)建實(shí)際上就是安裝、配置和運(yùn)行的過程，鏡像的實(shí)現(xiàn)機(jī)制主要基于分層文件系統(tǒng)的原理機(jī)制。Docker鏡像基于UNIONFS把以上過程進(jìn)行分層（Layer）存儲(chǔ)，便于鏡像的更新，只需更新變化部分的內(nèi)容。

容器是一個(gè)鏡像運(yùn)行中的實(shí)例，是動(dòng)態(tài)的中的鏡像，容器由鏡像創(chuàng)建，運(yùn)行用戶指定的指令或者Dockerfile定義的運(yùn)行指令，可以將其啟動(dòng)、停止、刪除，而這些容器是相互隔離的（獨(dú)立的進(jìn)程），互不可見。

倉庫：Docker倉庫是Docker鏡像存儲(chǔ)的地方，稱為Docker鏡像倉庫，鏡像倉庫注冊服務(wù)器存放著多個(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），鏡像通過標(biāo)簽識(shí)別版本。Docker倉庫分為公有倉庫和私有倉庫。最大的公有倉庫是DockerHub，Docker hub存放了數(shù)量龐大的鏡像供用戶下載。由于DOCKER HUB的服務(wù)器在國外，訪問、下載比較慢，因此國內(nèi)多家公司將Docker HUB中的鏡像完全復(fù)制了一份，由此國內(nèi)用戶獲取鏡像速度加快。比如我們經(jīng)常用到的國內(nèi)鏡像倉庫：阿里云、網(wǎng)易云等。

Docker三要素三者之間的關(guān)系：OCKER鏡像是靜態(tài)的文件，容器是運(yùn)行中的鏡像，倉庫是存儲(chǔ)鏡像的地方。

3 容器編排

在多主機(jī)的集群環(huán)境中對容器的生命周期管理，就需要容器編排工具，其Docker Compose是Docker容器進(jìn)行編排的工具，定義和運(yùn)行多個(gè)容器的應(yīng)用，可以以一條命令啟動(dòng)多個(gè)容器。采用Docker compose工具代替了shell腳本的集中化管理多個(gè)容器的工具。

Docker Compose是Docker官方旗下的一個(gè)開源項(xiàng)目，可以批量化管理多個(gè)容器的載體平臺(tái)，管理的機(jī)制是將任務(wù)代碼寫入到一個(gè)yaml文件當(dāng)中，該文件中的所有容器通過服務(wù)Services來定義，然后使用Docker -Compose腳本來啟動(dòng)、停止、重啟應(yīng)用和應(yīng)用中的服務(wù)以及所有依賴服務(wù)的容器，適用于運(yùn)行多容器的場景。

4 Docker的優(yōu)勢

Docker與傳統(tǒng)虛擬化技術(shù)對比：

Docker作為云計(jì)算當(dāng)中的一種輕量化的虛擬化解決方案，與KVM、VMwareVSphere等主流虛擬化技術(shù)在實(shí)現(xiàn)原理方面有很大的不同。傳統(tǒng)虛擬化解決方案的實(shí)現(xiàn)是以虛擬機(jī)（VM）為單位，其技術(shù)可以直接作用于裸金屬層面，也可以寄居在宿主機(jī)的操作系統(tǒng)層面，也可以集成在內(nèi)核態(tài)當(dāng)中，而容器Docker技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是直接安裝在宿主機(jī)的操作系統(tǒng)層面，與宿主機(jī)共享內(nèi)核，并且最終實(shí)現(xiàn)的服務(wù)是以打包、集成、封裝好的鏡像文件，鏡像文件為用戶提供所需的進(jìn)程服務(wù)，針對性很強(qiáng)，可實(shí)施性很簡單，為互聯(lián)網(wǎng)界的部署，運(yùn)維和開發(fā)開通了一條綠色通道。下表展示了傳統(tǒng)虛擬化解決方案與容器技術(shù)Docker的異同。