Docker和K8S介绍

2010年，几个搞IT的年轻人，在美国旧金山成立了一家名叫“dotCloud”的公司。

这家公司主要提供基于PaaS的云计算技术服务。具体来说，是和LXC有关的容器技术。
PaaS是（Platform as a Service）的缩写，是指平台即服务。 把服务器平台作为一种服务提供的商业模式，通过网络进行程序提供的服务称之为SaaS(Software as a Service)，而云计算时代相应的服务器平台或者开发环境作为服务进行提供就成为了PaaS(Platform as a Service)。

LXC，就是Linux容器虚拟技术（Linux container）
后来，dotCloud公司将自己的容器技术进行了简化和标准化，并命名为——Docker。

Docker技术诞生之后，并没有引起行业的关注。而dotCloud公司，作为一家小型创业企业，在激烈的竞争之下，也步履维艰。
正当他们快要坚持不下去的时候，脑子里蹦出了“开源”的想法。
什么是“开源”？开源，就是开放源代码。也就是将原来内部保密的程序源代码开放给所有人，然后让大家一起参与进来，贡献代码和意见。

Open Source，开源
有的软件是一开始就开源的。也有的软件，是混不下去，创造者又不想放弃，所以选择开源。自己养不活，就吃“百家饭”嘛。
2013年3月，dotCloud公司的创始人之一，Docker之父，28岁的Solomon Hykes正式决定，将Docker项目开源。

Solomon Hykes（18年从Docker离职）
不开则已，一开惊人。
越来越多的IT工程师发现了Docker的优点，然后蜂拥而至，加入Docker开源社区。
Docker的人气迅速攀升，速度之快，令人瞠目结舌。
开源当月，Docker 0.1版本发布。此后的每一个月，Docker都会发布一个版本。到2014年6月9日，Docker 1.0版本正式发布。
此时的Docker，已经成为行业里人气最火爆的开源技术，没有之一。甚至像Google、微软、Amazon、VMware这样的巨头，都对它青睐有加，表示将全力支持。
Docker火了之后，dotCloud公司干脆把公司名字也改成了Docker Inc.。
Docker和容器技术为什么会这么火爆？说白了，就是因为它“轻”。
在容器技术之前，业界的网红是虚拟机。虚拟机技术的代表，是VMWare和OpenStack。

相信很多人都用过虚拟机。虚拟机，就是在你的操作系统里面，装一个软件，然后通过这个软件，再模拟一台甚至多台“子电脑”出来。

虚拟机，类似于“子电脑”
在“子电脑”里，你可以和正常电脑一样运行程序，例如开QQ。如果你愿意，你可以变出好几个“子电脑”，里面都开上QQ。“子电脑”和“子电脑”之间，是相互隔离的，互不影响。
虚拟机属于虚拟化技术。而Docker这样的容器技术，也是虚拟化技术，属于轻量级的虚拟化。
虚拟机虽然可以隔离出很多“子电脑”，但占用空间更大，启动更慢，虚拟机软件可能还要花钱（例如VMWare）。
而容器技术恰好没有这些缺点。它不需要虚拟出整个操作系统，只需要虚拟一个小规模的环境（类似“沙箱”）。

沙箱
它启动时间很快，几秒钟就能完成。而且，它对资源的利用率很高（一台主机可以同时运行几千个Docker容器）。此外，它占的空间很小，虚拟机一般要几GB到几十GB的空间，而容器只需要MB级甚至KB级。

Docker的优势

Docker相比于传统虚拟化方式具有更多的优势：

• docker 启动快速属于秒级别。虚拟机通常需要几分钟去启动
• docker 需要的资源更少， docker 在操作系统级别进行虚拟化， docker 容器和内核交互，几乎没有性能损耗，性能优于通过 Hypervisor 层与内核层的虚拟化
• docker 更轻量， docker 的架构可以共用一个内核与共享应用程序库，所占内存极小。同样的硬件环境， Docker 运行的镜像数远多于虚拟机数量，对系统的利用率非常高
• 与虚拟机相比， docker 隔离性更弱， docker 属于进程之间的隔离，虚拟机可实现系统级别隔离
• 安全性： docker 的安全性也更弱。 Docker 的租户 root 和宿主机 root 等同，一旦容器内的用户从普通用户权限提升为root权限，它就直接具备了宿主机的root权限，进而可进行无限制的操作。虚拟机租户 root 权限和宿主机的 root 虚拟机权限是分离的，并且虚拟机利用如 Intel 的 VT-d 和 VT-x 的 ring-1 硬件隔离技术，这种隔离技术可以防止虚拟机突破和彼此交互，而容器至今还没有任何形式的硬件隔离，这使得容器容易受到攻击
• 可管理性： docker 的集中化管理工具还不算成熟。各种虚拟化技术都有成熟的管理工具，例如 VMware vCenter 提供完备的虚拟机管理能力
• 高可用和可恢复性： docker 对业务的高可用支持是通过快速重新部署实现的。虚拟化具备负载均衡，高可用，容错，迁移和数据保护等经过生产实践检验的成熟保障机制， VMware 可承诺虚拟机 99.999% 高可用，保证业务连续性
• 快速创建、删除：虚拟化创建是分钟级别的， Docker 容器创建是秒级别的， Docker 的快速迭代性，决定了无论是开发、测试、部署都可以节约大量时间
• 交付、部署：虚拟机可以通过镜像实现环境交付的一致性，但镜像分发无法体系化。 Docker 在 Dockerfile 中记录了容器构建过程，可在集群中实现快速分发和快速部署

我们可以从下面这张表格很清楚地看到容器相比于传统虚拟机的特性的优势所在：

正因为如此，容器技术受到了热烈的欢迎和追捧，发展迅速。

Docker的三个基本概念

从上图我们可以看到，Docker 中包括三个基本的概念：

• Image(镜像)
• Container(容器)
• Repository(仓库)

镜像是 Docker 运行容器的前提，仓库是存放镜像的场所，可见镜像更是 Docker 的核心。
Image (镜像)
那么镜像到底是什么呢？
Docker 镜像可以看作是一个特殊的文件系统，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（如匿名卷、环境变量、用户等）。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。
镜像（Image）就是一堆只读层（read-only layer）的统一视角，也许这个定义有些难以理解，下面的这张图能够帮助读者理解镜像的定义。

从左边我们看到了多个只读层，它们重叠在一起。除了最下面一层，其它层都会有一个指针指向下一层。这些层是Docker 内部的实现细节，并且能够在主机的文件系统上访问到。统一文件系统 (union file system) 技术能够将不同的层整合成一个文件系统，为这些层提供了一个统一的视角，这样就隐藏了多层的存在，在用户的角度看来，只存在一个文件系统。我们可以在图片的右边看到这个视角的形式。
Container (容器)
容器 (container) 的定义和镜像 (image) 几乎一模一样，也是一堆层的统一视角，唯一区别在于容器的最上面那一层是可读可写的。

由于容器的定义并没有提及是否要运行容器，所以实际上，容器 = 镜像 + 读写层。
Repository (仓库)
Docker 仓库是集中存放镜像文件的场所。镜像构建完成后，可以很容易的在当前宿主上运行，但是， 如果需要在其它服务器上使用这个镜像，我们就需要一个集中的存储、分发镜像的服务，Docker Registry (仓库注册服务器)就是这样的服务。有时候会把仓库 (Repository) 和仓库注册服务器 (Registry) 混为一谈，并不严格区分。Docker 仓库的概念跟 Git 类似，注册服务器可以理解为 GitHub 这样的托管服务。实际上，一个 Docker Registry 中可以包含多个仓库 (Repository) ，每个仓库可以包含多个标签 (Tag)，每个标签对应着一个镜像。所以说，镜像仓库是 Docker 用来集中存放镜像文件的地方类似于我们之前常用的代码仓库。
通常，一个仓库会包含同一个软件不同版本的镜像，而标签就常用于对应该软件的各个版本 。我们可以通过<仓库名>:<标签>的格式来指定具体是这个软件哪个版本的镜像。如果不给出标签，将以 latest 作为默认标签.。
仓库又可以分为两种形式：

• public(公有仓库)
• private(私有仓库)

Docker Registry 公有仓库是开放给用户使用、允许用户管理镜像的 Registry 服务。一般这类公开服务允许用户免费上传、下载公开的镜像，并可能提供收费服务供用户管理私有镜像。
除了使用公开服务外，用户还可以在本地搭建私有 Docker Registry 。Docker 官方提供了 Docker Registry镜像，可以直接使用做为私有 Registry 服务。当用户创建了自己的镜像之后就可以使用 push 命令将它上传到公有或者私有仓库，这样下次在另外一台机器上使用这个镜像时候，只需要从仓库上 pull 下来就可以了。
我们主要把 Docker 的一些常见概念如 Image ， Container ， Repository 做了详细的阐述，也从传统虚拟化方式的角度阐述了 docker 的优势，我们从下图可以直观地看到 Docker 的架构：

Docker 使用 C/S 结构，即客户端/服务器体系结构。 Docker 客户端与 Docker 服务器进行交互，Docker服务端负责构建、运行和分发 Docker 镜像。 Docker 客户端和服务端可以运行在一台机器上，也可以通过 RESTful 、 stock 或网络接口与远程 Docker 服务端进行通信。

这张图展示了 Docker 客户端、服务端和 Docker 仓库（即 Docker Hub 和 Docker Cloud ），默认情况下Docker 会在 Docker 中央仓库寻找镜像文件，这种利用仓库管理镜像的设计理念类似于 Git ，当然这个仓库是可以通过修改配置来指定的，甚至我们可以创建我们自己的私有仓库。

Docker Registry服务对镜像的管理是非常严格的。
最常使用的Registry公开服务，是官方的Docker Hub，这也是默认的Registry，并拥有大量的高质量的官方镜像。
好了，说完了Docker，我们再把目光转向K8S。
就在Docker容器技术被炒得热火朝天之时，大家发现，如果想要将Docker应用于具体的业务实现，是存在困难的——编排、管理和调度等各个方面，都不容易。于是，人们迫切需要一套管理系统，对Docker及容器进行更高级更灵活的管理。
就在这个时候，K8S出现了。
K8S，就是基于容器的集群管理平台，它的全称，是kubernetes。

Kubernetes这个单词来自于希腊语，含义是舵手或领航员。K8S是它的缩写，用“8”字替代了“ubernete”这8个字符。
和Docker不同，K8S的创造者，是众人皆知的行业巨头——Google。
然而，K8S并不是一件全新的发明。它的前身，是Google自己捣鼓了十多年的Borg系统。
K8S是2014年6月由Google公司正式公布出来并宣布开源的。
同年7月，微软、Red Hat、IBM、Docker、CoreOS、Mesosphere和Saltstack等公司，相继加入K8S。
之后的一年内，VMware、HP、Intel等公司，也陆续加入。
2015年7月，Google正式加入OpenStack基金会。与此同时，Kuberentes v1.0正式发布。
目前，kubernetes的版本已经发展到V1.18。
K8S的架构，略微有一点复杂，我们简单来看一下。
一个K8S系统，通常称为一个K8S集群（Cluster）。
这个集群主要包括两个部分：

• 一个Master节点（主节点）
  
• 一群Node节点（计算节点）
  

一看就明白：Master节点主要还是负责管理和控制。Node节点是工作负载节点，里面是具体的容器。
深入来看这两种节点。
首先是Master节点。

Master节点包括API Server、Scheduler、Controller manager、etcd。
API Server是整个系统的对外接口，供客户端和其它组件调用，相当于“营业厅”。
Scheduler负责对集群内部的资源进行调度，相当于“调度室”。
Controller manager负责管理控制器，相当于“大总管”。
然后是Node节点。

Node节点包括Docker、kubelet、kube-proxy、Fluentd、kube-dns（可选），还有就是Pod。

Pod是Kubernetes最基本的操作单元。一个Pod代表着集群中运行的一个进程，它内部封装了一个或多个紧密相关的容器。除了Pod之外，K8S还有一个Service的概念，一个Service可以看作一组提供相同服务的Pod的对外访问接口。

Docker，不用说了，创建容器的。
Kubelet，主要负责监视指派到它所在Node上的Pod，包括创建、修改、监控、删除等。
Kube-proxy，主要负责为Pod对象提供代理。
Fluentd，主要负责日志收集、存储与查询。