大型网站技术学习-3. 容器Docker与kubernetes

大型网站技术基石篇-容器Docker与kubernetes

Docker和Kubernetes的关系就如Xen与OpenStack。

Docker是一种容器技术，和Hypervisor（KVM/Xen这类）不同的是，Docker不会提供一整个操作系统，他能提供隔离的程序运行环境。对一个应用来说这已经够了。

Kubernetes是Google的一个开源容器管理项目，他能利用Docker/其他技术部署/管理容器集群。

Docker

项目地址：https://www.docker.com/

Docker 是一个开源的应用容器引擎，让开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的容器中，然后发布到任何流行的 Linux 机器上，与KVM这类超级底层虚拟化方案相比，Docker是一种轻量级虚拟化方案，他不需要对内核进行改变，他主要利用linux内核特性实现虚拟化，所有容器运行在同一个内核中。另外，docker还可以部署在KVM/XEN这类虚拟机中！容器与虚拟机对比如下图。

Docker的架构

Docker使用客户端-服务器(client-server)架构模式。Docker客户端会与Docker守护进程进行通信。Docker守护进程会处理复杂繁重的任务，例如建立、运行、发布你的Docker容器。Docker客户端和守护进程可以运行在同一个系统上，当然你也可以使用 Docker客户端去连接一个远程的Docker守护进程。Docker客户端和守护进程之间通过socket或者RESTful API进行通信。

Docker重要概念

镜像（Image）

Docker镜像是一个只读的模板。举个例子，一个镜像可以包含一个运行在Apache上的Web应用和其使用的Ubuntu操作系统。镜像是用来创建容器的。Docker提供了简单的，你也可以下载别人已经创建好的镜像。

仓库（Image）

Docker仓库用来保存镜像。其相当于一个代码仓库，同样的，Docker仓库也有公有和私有的概念。公有的Docker仓库名字是Docker Hub。也可以自己创建仓库。

容器（Container）

一个Docker容器包含了某个应用运行所有的所需要的环境。每一个Docker容器都是从Docker镜像创建的。Docker容器可以运行、开始、停止、移动和删除、保存为镜像。每一个Docker容器都是独立和安全的应用平台。

Docker内部采用Linux的命名空间机制实现隔离性，采用cgroup实现资源的划分（例如给容器划分2G内存、0.5个cpu）。

隔离-命名空间介绍

命名空间是为操作系统层面的虚拟化机制提供支撑，目前实现的有六种不同的命名空间，分别为mount命名空间、UTS命名空间、IPC命名空间、用户命名空间、PID命名空间、网络命名空间。命名空间简单来说提供的是对全局资源的一种抽象，将资源放到不同的容器中（不同的命名空间），各容器彼此隔离。命名空间有的还有层次关系，如PID命名空间，图为命名空间的层次关系图。可以简单理解为像C++，java那样的命名空间。

资源划分-cgroup介绍

cgroup就是controller group，最初由google的工程师提出，后来被整合进Linux内核中，它为Linux内核提供了一种任务聚集和划分的机制，通过一组参数集合将一些任务组织成一个或多个子系统。 cgroup能限制某个或者某些进程的分配资源。也就是能完成一组容器的概念，在这个容器中，有分配好的特定比例的cpu时间，IO时间，可用内存大小等。Cgroups是实现IaaS虚拟化(kvm、lxc等)，PaaS容器沙箱(Docker等)的资源管理控制部分的底层基础。

子系统是根据cgroup对任务的划分功能将任务按照一种指定的属性划分成的一个组，主要用来实现资源的控制。在cgroup中，划分成的任务组以层次结构的形式组织，多个子系统形成一个数据结构中类似多根树的结构。cgroup包含了多个孤立的子系统，每一个子系统代表单一的资源。

Docker示例

在安装docker之后，运行其守护进程，然后就可以使用docker创建运行容器。安装docker可以百度一下。

运行docker命令，显示信息就表示安装成功。最好内核是3.8以后的。

1. 采用docker pull命令从公共库中拉取（下载）一个镜像到我的电脑上。

2. 采用docker run命令，可以指定一个镜像作为基础运行容器。我这里指定了ubuntu镜像，因为我电脑中没有ubuntu镜像，他会自动从公共仓库下载ubuntu的镜像。仔细瞧的话，可以看出我进入了该容器的bash程序。

3. 输入docker images，可以查看主机上存储的镜像。

Docker也提供了很多方便的命令对镜像进行操作。

kubernetes

项目主页：http://kubernetes.io/

docker仅能在单机上部署容器，而kubernetes可以统一管理各类容器，形成集群。Kubernetes作为Docker生态圈中重要一员，是Google多年大规模容器管理技术的开源版本。Kubernetes支持GCE、vShpere、CoreOS、Azure等平台，也可以直接运行在物理机上。

Kubernetes非常适合做微服务的架构。

其主要功能如下：

1) 用户不需要关心需要多少台机器，只需要关心软件（服务）运行所需的环境。以服务为中心，你需要关心的是api，如何把大服务拆分成小服务，如何使用api去整合它们。

2) 以集群的方式运行管理容器。

3) 解决Docker跨机器容器之间的通讯问题。

4) Kubernetes的Pods自我修复机制使得容器集群总是运行在用户指定的状态。

Kubernetes有几个重要的概念：

1. Pod

Kubernetes的容器管理的最小单位不是容器，貌似说的很别扭。就是容器并不是Kubernetes管理的最小单元，而是Pods，

一个Pod包含一个或者多个容器。例如一个小程序有数据库和后台程序，可以分别放到一个容器里面，这两个容器组成一个Pods。

Pod的YAML 描述方式:

运行如下命令就会创建Pod:

kubectl create -f ./hello-world.yaml

运行如下命令就会查看Pod状态:

$ kubectl get pods

2. minion/node

minion和node的意思是一样的，是一个主机节点的意思。例如一个虚拟机、一个物理主机。注意，一个Pod不会跨越node。就是即使一个Pod有多个容器，里面的容器会同时存在在同一个Node中，不会分别在不同的Node中。 Kubernetes的调度器会根据Pod的资源需求定义来将Pod分配到不同的Node中（如今支持定义CPU需求、内存需求）。Kubernetes的master/slave程序运行在node里面。

3. Replication Controller

Replication 是复制的意思，用来解决Pod的线性扩容缩容问题，Replication Controller可以创建一个pod的多个副本，并且可以保证集群中该Pod的副本数量保持平衡。例如副本数量规定为10，如果某个pod挂了，数量变为9，那么Replication Controller会自动创建一个Pod，恢复到10个副本的水平。多个副本可以在不同的Node中。

Replication Controller的YAML 描述方式:

replicas表示副本的数量
template是对Pod的描述。ReplicationController根据template创建多个Pod（数量=replicas），标签为app: nginx。

运行如下命令就会创建Replication Controller:
kubectl create -f ./nginx-rc.yaml

4. Service

Service用来解决Pod的服务发现问题，因为Pod的运行状态可以动态变化（机器切换、宕机），所以访问端最好不要直接去访问某个Pod，而是通过service，service能够将请求进行转发。

服务的YAML描述如下：

该定义创建了一个服务，会将标签为app:nginx（selector选的）的Pod纳入服务中，也就是说该服务接收到的请求会转发给标签为app: nginx的Pod处理。注意：service是负载均衡的，会自动分配请求给不同的Pod。有没有觉得很方便？把Serivce暴露给客户端，客户端只需要请求service，不需要知道后台是个集群。