浅谈云计算：OpenStack、Docker、K8S的演进史

[摘要]引子 作为一名程序员，设计程序架构、优化算法已经是一件很头疼的事了，然而，还有更让人烦躁的，那就是环境配置，想必各位同学们都深有体

引子

作为一名程序员，设计程序架构、优化算法已经是一件很头疼的事了，然而，还有更让人烦躁的，那就是环境配置，想必各位同学们都深有体会。每个人的电脑都不一样，不管是软件还是硬件，或者是要依赖的环境，因此同样的安装流程在别人那里是好使的，在你这就处处 bug，在电脑 A 上能顺利安装，在电脑 B 上就遇到问题了。于是有人就想出了一个办法，大家何不把自己配置好的环境打包成镜像呢?当需要配置同样的环境时，就把别人的镜像拿过来，进入镜像之后，就进入了别人搭建好的环境，而我们只需要提供硬件支持即可，而这个镜像就是 docker 容器。什么是镜像呢?简单来说，镜像就类似操作系统光盘介质，docker 容器相当于通过光盘安装后的系统。通过光盘(镜像)，我们能在不同机器上部署系统(容器)，系统内的操作只会保留限制在当前的系统(容器)中。需要了解的是，像 docker 这样的容器有很多种，而 docker 只是其中之一，但它是最受欢迎的，也因此占据了大半的市场份额。其他容器还有 CoreOS rkt、Mesos、lxc 等。

OpenStack 的诞生

我们都知道，全球云市场被三大巨头垄断，分别是亚马逊(Amazon)、微软(MicroSoft)和 阿里巴巴(Alibaba)，而亚马逊正是云计算的开山鼻祖。

早在 2003 年，Amazon 向客户推出了一项全新的业务——包括存储空间、计算能力等资源服务的 Web Service，这就是大名鼎鼎的 AWS(Amazon Web Service)。说白了，就是给大家提供了远程电脑，上面配置了各种满足你需求的服务，你可以远程使用它，这就是云计算最早的形式。到了 2006 年，亚马逊又推出了一种配置更简单、方便的弹性计算云(Elastic Compute Cloud)，又称 EC2 。而在同年的 8月9日，Google首席执行官埃里克·施密特在搜索引擎大会上首次提出“云计算”(Cloud Computing)的概念。从此，云计算进入了高速发展阶段。时间转到了 2010 年，一家名叫 Rackspace 的公司，同样在做云主机和云储存服务，和 Amazon PK 了多年，但是在竞争中一直处于下风。最终，他们把云服务代码给开源了。随后，NASA 也步后尘，开放了其在云领域多年的研究成果，并与 Rackspace 联手共同成立了一个开源项目。这个项目，就是 OpenStack，也是云计算发展的里程碑。

OpenStack 是什么

现在的云上资源(计算、存储、网络等)都是以集群的形式存在，这些集群里的物理机(Host)可以放在一个机房里，也可以分布式放在各个地方，而一个 host 上又可以虚拟出多个虚拟机(VM)。关于虚拟化技术，可以参考我之前的文章。而 OpenStack 从一开始，就是为了云计算服务的，它就是一套软件，一套 IaaS 软件，用来管理集群里所有 Host(物理机)上的所有 VM(虚拟机)。什么是 IaaS?Infrastructure as a Service，基础设施即服务。这里的关键字是“基础设施”，也就是物理机。各大公司在 OpenStack 上进行了二次开发，形成了自己的 Iaas 软件，比如华为的 FusionSphere平台 和中兴的 TECS 平台。OpenStack 的安装部署非常快速，兼容性和适用性极强，而且便宜，一直很受市场欢迎。

Docker 的出现

按理说，Host 虚拟化出来了许多 VM，云上资源粒度划分已经很细了，也已经能做到资源的充分利用。然而，虚拟机的性能开销很严重。主要由于两点原因：一是虚拟层的引入;其二是因为 VM 的操作系统和 Host 的操作系统不一致，导致与操作系统有关的性能优化手段不能应用到所有的 VM 上。如果说虚拟机技术开启了云计算时代，那么 Docker 容器作为下一代虚拟化技术，将云计算推向了高潮。

虚拟机和 Docker 的区别

首先，你要明确一点：Docker 容器不是虚拟机，但你可以把它近似看成一种轻量级的虚拟机。

一个 VM 里可以创建多个 Docker 容器。

Docker 比虚拟机更节省内存，启动更快，数量级上”虚拟机需要数分钟启动，而 Docker 只需要50毫秒”，这是因为 Docker 是利用宿主(VM)的系统内核。

K8S - 为 Docker 而生

当只需要一个 容器时，你可以手工部署，没有问题。然而在集群里要部署海量的 Docker，还要管理它们时，手工显然不现实了，于是 Kubernetes 这种更高维度的容器编排工具应运而生。Kubernetes 简称 K8S， 它抽象了所有物理机资源，将所有云主机抽象成一个资源池，而这个池子里装的就是一个个容器。容器就是孩子，而 K8S 就是这些孩子们的亲妈，为啥这么说呢?比如，应用程序发现 CPU 不够用时，K8S 就将其调度到另一台 CPU 足够用的机器上，内存不满足要求时，K8S就会帮忙寻找一台有足够内存的机器，并在上面创建对应的容器。更重要的是，一旦应用层序由于某些原因挂掉了， K8S 还会帮它自动迁移重启， 照顾得简直无微不至。而开发者只关心自己的代码，容灾备份、服务资源扩充则由 K8S 保证。

说到这里，你可能认为”K8S“的调度单位是一个容器(container)。事实上，K8S 调度的基本单位为 pod， 一个 pod 表示一个或多个容器。引用一本书里所说“之所以没有使用容器作为调度单位，是因为单一的容器没有构成服务的概念;例如 Web 应用做了前后端分离，需要一个 NodeJS 与 Tomcat 才能组成一个完整的服务，这样就需要部署两个容器来实现一个完整的服务，虽然也可以把他们都放到一个容器里，但这显然违反了一个容器即一个进程的核心思想 --《Service Mesh实战 - 用 istio软负载实现服务网格》”