虚拟化技术：虚拟机、Docker、K8s

虚拟机

什么是虚拟机

虚拟机（Virtual Machine）指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。在实体计算机中能够完成的工作在虚拟机中都能够实现。在计算机中创建虚拟机时，需要将实体机的部分硬盘和内存容量作为虚拟机的硬盘和内存容量。每个虚拟机都有独立的CMOS、硬盘和操作系统，可以像使用实体机一样对虚拟机进行操作。

简而言之，就是虚拟出一台计算机。

设计虚拟机的目的是方便程序开发与测试人员测试特定的软件。例如：

• 有些软件需要特定的操作系统
• 有些软件需要多台计算机环境

双系统与虚拟机

在容器化技术出现之前，一台 Windows 电脑想要使用 Linux 有两种方法：

方法	优点	缺点
双系统	每个系统都可以使用全部硬件资源	1、安装 Linux 系统还需要解决驱动等各种问题，对新手不友好； 2、切换系统需要重启电脑，使用不方便
虚拟机	1、像 Windows 中的软件一样使用虚拟机，对新手友好，使用方便； 2、环境独立，当不需要或者搞崩了的时候可以直接删除虚拟机镜像文件； 3、虚拟机镜像文件可以拷贝到其他机器上打开即可运行 Linux，便携性好	1、虚拟机启动慢； 2、虚拟机占用硬件资源（CPU、内存等），硬件配置低可能会卡顿

毕竟是虚拟出来的一套 Linux 计算机，要占用一定得硬件资源，而且最常用的 VMware（专业得重量级虚拟机软件） 还是收费的。当然也有免费的轻量级虚拟机软件 VirtualBox。

如果是 Windows10 及以上版本，更推荐安装微软官方出品的 WSL（Windows Subsystem for Linux，Windows下的 Linux 子系统），体验更好。

虚拟机技术

虚拟机技术是虚拟化技术的一种，所谓虚拟化技术就是将事物从一种形式转变成另一种形式，最常用的虚拟化技术有操作系统中内存的虚拟化，实际运行时用户需要的内存空间可能远远大于物理机器的内存大小，利用内存的虚拟化技术，用户可以将一部分硬盘虚拟化为内存，而这对用户是透明的。又如，可以利用虚拟专用网技术（VPN）在公共网络中虚拟化一条安全，稳定的“隧道”，用户感觉像是使用私有网络一样。

我说给你分配的是内存，它就是内存（实际上可能事硬盘），指鹿（硬盘）为马（内存）。

Docker

什么是 Docker

dock 是码头、船坞的意思，MacOS 的扩展坞（如下图所示）就是 dock。

docker 是码头工人的意思，负责装卸船上的货物，常见的是集装箱船。

我们所说的 Docker 是一个开源的应用容器引擎，开发者可以打包他们的应用及依赖到一个可移植的容器中，发布到流行的 Linux 机器上，也可实现虚拟化。看看 Docker 得图标，是不是和集装箱船很像。

在传统的开发过程中，一般都是本地开发，然后打成 jar 包（不会吧，现在还有人用 war 包？）放到服务器上，服务器上部署好相关环境（JDK、Nginx、Redis、PostgreSQL、MQ 等），而且要保证每个环境得配置一致。很容易导致的问题是：为什么在测试环境可以运行，上线后却出现问题，版本更新后为什么服务不可用。

基于以上问题，Dokcer 提出了解决方案。

Docker 本身并不是容器，它是创建容器的工具，是应用容器引擎。

Docker 的第一句口号是：『Build, Ship and Run』，也就是搭建、发送、运行。

Docker 的第二句口号是：『Build once, Run anywhere』，一次搭建，到处能用，类似于 Java 的『Write once, Run anywhere』，一次编写，到处运行。

Docker 技术的三大核心概念，分别是：

• 镜像（Image）：是一个特殊的文件系统。它除了提供容器运行时所需的程序、库、资源、配置等文件外，还包含了一些为运行时准备的一些配置参数（例如环境变量）。镜像不包含任何动态数据，其内容在构建之后也不会被改变。我们说的 Build 就是搭建镜像。
• 仓库（Repository）：管理与存放镜像的地方。我们说的 Ship 就是将镜像发送到仓库。
• 容器（Container，也有集装箱的意思）：容器是镜像的运行时所创建的实例。我们说的 Run 就是运行镜像。

虚拟机与 Docker

特性	虚拟机	Docker
隔离级别	系统级	进程级
隔离策略	Hypervisor	CGroups
系统资源	5~15%	0~5%
启动时间	分钟级	秒级
镜像存储	GB 级	MB 级
集群规模	单机几十个	单机上千个
高可用策略	备份、容灾、迁移	弹性、负载、动态

K8s

什么是 K8s

Kubernetes 这个单词来自于希腊语，含义是舵手或领航员。

K8s（Kubernetes，类似于 i18n 的缩写） 是一个开源的容器集群管理系统，可以实现容器集群的自动化部署、自动扩缩容、维护等功能。

尽管 Docker 为容器化的应用程序提供了开放标准，但随着容器越来越多出现了一系列新问题：

• 如何协调、调度和管理这些容器？
• 如何在升级应用程序时不中断服务？
• 如何监视应用程序的运行状况？
• 如何批量重新启动容器里的程序？

解决这些问题需要容器编排技术，可以将众多机器抽象，对外呈现出一台超大机器。现在业界比较流行的有：k8s、Mesos、Docker Swarm。

Docker 与 K8s

Docker 和 K8s 是互补关系：

• Dockers 属于下层——容器引擎层；
• K8s 属于上层——编排调度层。

在 CRI（Container Runtime Interface，容器运行时接口） 出现之前（也就是 K8s v1.5 之前），Docker 作为第一个容器运行时，Kubelet 通过内嵌的 Dockershim 操作 Docker API 来操作容器，进而达到一个面向终态的效果。在这之后，又出现了一种新的容器运行时 - rkt，它也想要成为 Kubernetes 支持的一个容器运行时，当时它也合到了 Kubelet 的代码之中。这两个容器运行时的加入使得 Kubernetes 的代码越来越复杂、难以维护。之后 hyber.sh 加入社区，也想成为第三个容器运行时。

此时就有人站出来说，我们能不能对容器运行时的操作抽象出一个接口，将 Kubelet 代码与具体的容器运行时的实现代码解耦开（依赖倒置原则，依赖于抽象而不能依赖于实现），只要实现了这样一套接口，就能接入到 K8s 的体系中，这就是我们后来见到的 CRI。

所以 K8s 并不是只能运行 Docker 容器，也可以运行实现了 CRI 的容器。

应用部署方式对比

方式	优点	缺点
传统方式	-	每台机器需要手动安装软件，运行应用，工作量很大，很容易出错。
Docker	安装过程只需要拉取镜像，启动即可，不用关心软件的配置、版本等信息。	1、如果容器很多，工作量依然很大； 2、容器间的依赖关系、网络通信、数据持久化等非常复杂。
Docker-Compose	1、减少了多容器的部署的工作量； 2、不用考虑容器间各种复杂的关系。	只能单机编排容器，不能实现多机编排
Docker Swarm	支持分布式下环境下的容器编排	1、只有分布式编排这一个功能，没有动态伸缩、可视化等功能； 2、市场占有率低。
K8s	1、支持分布式下环境下的容器编排以及各种高级功能； 2、市场占有率高。	-