云原生与容器浅析基础知识

2022-09-28 19:06:15 浏览数 (1)

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0x00 开源容器知识

比较 Docker-Swarm、Kubernetes 和 Mesos 容器技术,虽然所有这三种技术都使得使用容器来部署、管理和伸缩应用成为可能，但实际上它们各自解决了不同的问题，并且根植于迥异的上下文环境中,事实上这三种被广泛采用的工具链都是有差别的;

WeiyiGeek.docker-k8s-mesos

让我们重新审视每个项目的原始任务、技术架构，以及它们是如何相互补充和交互的，而不是纠结于比较这些快速迭代的技术之间重叠的特性。

当人们将 Docker 和 Kubernetes 与 Mesos 进行比较时，他们实际上是将 Kubernetes 和 Docker Swarm 与在 Mesos 上运行的 Marathon 进行比较（即容器编排技术）。

Q:什么是容器编排技术？ 答：应用一般由单独容器化的组件（通常称为微服务）组成，且必须按顺序在网络级别进行组织，以使其能够按照计划运行。以这种方法对多个容器进行组织的流程即称为容器编排。

容器编排定义 答：在现代开发当中，整体式的应用早已成为过去时，如今的应用由数十乃至数百个松散结合的容器式组件构成，而这些组件需要通过相互间的协同合作，才能使既定的应用按照设计运作。容器编排是指对单独组件和应用层的工作进行组织的流程。

容器编排的工作原理是什么？ 答：虽然诸如 Apache Mesos、Google Kubernetes 以及 Docker Swarm 等平台均有其特定的容器管理方法，但所有的容器编排引擎均可让用户控制容器启动和停止的时间、将其分组合到群集中，以及协调应用组合的流程。容器编排工具允许用户指导容器部署与自动更新、运行状况监控以及故障转移等步骤。

1. Docker技术

Docker 公司始于名为 dotCloud 的平台即服务（PaaS）供应商: Docker 文件格式成为行业标准，领先的容器技术供应商（包括 Docker、Google、Pivotal、Mesosphere 等) 组建了 云计算基金会Cloud Native Computing Foundation(CNCF)[9] 和 开放容器推进联盟Open Container Initiative (OCI)[10]。 如今CNCF 和 OCI 旨在确保容器技术之间的互操性和标准化接口，并确保使用任何工具构建的任何 Docker 容器都可以在任何运行时或基础架构上运行;

Docker它提供了如下功能：

  • 将应用程序和依赖库封装在一个软件包（即 Docker 镜像）
  • 提供类似 Git 的语义进行版本和层layer的管控
  • 定义 Docker 镜像为不可变的层，支持不可变的基础设施
  • 通过实例化不可变的镜像和读写层来运行 Docker 容器，读写层可以临时地存储运行时变更，从而轻松部署和扩展应用程序的多个实例。

随着 Docker 开始商业化其开源的文件格式（LCTT 译注：指 Docker 镜像的 dockerfile 文件格式），该公司还开始引入工具来完善其核心的 Docker 文件格式和运行时引擎，包括：

  • 为公开存储 Docker 镜像的而生的 Docker hub；
  • 存储私有镜像的 Docker 仓库（Docker registry）；
  • Docker cloud，用于构建和运行容器的管理性服务；
  • Docker 数据中心作为一种商业产品体现了许多 Docker 技术；
  • 容器编排技术:为了跨多个机器之间协调这些容器出现的Docker Swarm 它如今是Docker引擎的一部分;

WeiyiGeek.docker引擎

2. Kubernetes技术

Google 很早就认识到了 Docker 的潜力，并试图在 Google Cloud Platform （GCP）上提供容器编排“即服务”。 Google 在容器方面拥有丰富的经验（是他们在 Linux 中引入了 cgroups），但现有的内部容器和 Borg 等分布式计算工具直接与其基础架构相耦合,所以Google 没有使用原有系统的任何代码，而是从头开始设计 Kubernetes （K8S）来编排 Docker 容器;

Kubernetes 于 2015 年 2 月发布,在2016 年 3 月Google 将 Kubernetes 捐赠给了CNCF,并且直到今天仍然是该项目的主要贡献者（其次是Redhat，CoreOS 等）。 K8S其目标和考虑如下:

  • 为应用程序开发人员提供编排 Docker 容器的强大工具，而无需与底层基础设施交互；
  • 提供标准部署接口和原语，以实现云端一致的应用部署体验和 API;
  • 基于模块化 API 核心，允许供应商围绕 Kubernetes 的核心技术集成其系统。

WeiyiGeek.k8s架构图

Kubernetes 的优势：

  • 减轻了对基础架构和运营团队的依赖程度，所以对应用程序开发人员非常有吸引力
  • 为应用程序开发人员提供了用于编排无状态 Docker 容器的强大工具

Kubernets 与 docker Swarm比较？ 答：Kubernetes 也是有吸引力的，因为它是 CNCF 旗下的开源项目与 Docker Swarm 相反尽管它是开源的，但是被 Docker 公司紧紧地掌控着。

3. Apache Mesos技术

Apache Mesos 始于加州大学伯克利分校UC Berkeley的下一代容器集群管理器项目，并应用了从云计算级别的分布式基础架构（如 Google 的 Borg 和 Facebook 的 Tupperware [具有单一架构]）中习得的经验和教训。

Mesos 推出了一种模块化架构一种开源的开发方法，旨在完全独立于基础架构。Mesos 迅速被 Twitter[14]、Apple（Siri 中）[15]、Yelp[16]、Uber[17]、Netflix[18] 和许多领先的技术公司采用，支持从微服务、大数据和实时分析到弹性扩展的一切。

Mesos 作为集群管理器被设计用来解决一系列不同的挑战：

  • 将数据中心资源抽象为单个池来简化资源分配，同时在私有云或公有云中提供一致的应用和运维体验；
  • 在相同的基础架构上协调多个工作负载，如分析、无状态微服务、分布式数据服务和传统应用程序，以提高利用率，降低成本和台面空间;
  • 为应用程序特定的任务（如部署、自我修复、扩展和升级），自动执行第二天的操作，提供高度可用的容错基础设施；
  • 提供持久的可扩展性来运行新的应用程序和技术，而无需修改集群管理器或其上构建的任何现有应用程序；
  • 弹性扩展可以将应用程序和底层基础设施从少量扩展到数十到数万个节点。

Mesos技术特点：

  • Mesos 独有的独立管理各种工作负载的能力
    • 包括 Java 这样的传统应用程序、无状态 Docker 微服务、批处理作业、实时分析和有状态的分布式数据服务
  • Mesos 广泛的工作负载覆盖来自于其两级架构，从而实现了“应用感知”调度
    • 允许每个工作负载都有自己的专门构建的应用程序调度程序，可以了解其部署、扩展和升级的特定操作要求
  • Mesos 拥有高度可扩展(extension)的能力
    • 应用程序调度程序也是独立开发、管理和更新的,支持新的工作负载或随着时间的推移而增加更多的操作功能。

WeiyiGeek.MESOS架构-Mesos two-level scheduler

Mesos 以每一个工作负载所需的特定方式管理各种工作负载，使得许多公司将 Mesos 作为一个统一的平台，将微服务和数据服务结合在一起。数据密集型应用程序的通用参考架构是 “SMACK 家族”（LCTT 译注：SMACK 即 Spark、Mesos、Akka、Cassandra、Kafka)

实际案例：举一个团队如何管理应用软件升级的例子。 无状态应用程序可以从“蓝/绿”[19]部署方案中受益；当新版本的应用运行起来时，原先旧版本的软件依然还正常运转着，然后当旧应用被销毁时流量将会切换到新的应用上。但是升级数据工作负载例如 HDFS 或者 Cassandra 要求节点停机一次，此时需要持久化本地数据卷以防止数据丢失，并且按照特定的顺序执行原位升级，在升级之前和升级完成之后，都要在每一个节点类型上执行特定的检查和命令。 由于任何这些步骤都是应用程序或服务特定的,甚至可能是版本特定的,这让使用常规容器编排调度程序来管理数据服务变得非常困难;

Mesos 甚至可以运行 Kubernetes 或者其他的容器编排工具,Mesos 可以在共享的基础设施上弹性地为 Java 应用服务器提供集群服务、Docker 容器编排、Jenkins 持续集成任务、Apache Spark 分析、Apache Kafka 流，以及更多其他的服务。

4. 技术选型

总而言之，所有这三种技术都与 Docker 容器有关，可以让你在容器编排上实现应用程序的可移植性和扩展性。

  • 更有效地利用服务器资源的工具
  • 简化应用程序的可移植性
  • 并提高开发人员的敏捷性

那么你在它们之间如何选择呢？

  • 如果您是一个应用开发人员，正在寻找现代化的方式来构建和打包你的应用程序，或者想加速你的微服务计划，Docker 容器和开发工具就是最好的选择。
  • 如果你们是一个开发人员或者 DevOps 的团队，并希望构建一个专门用于 Docker 容器编排的系统，而且愿意花时间折腾集成解决方案与底层基础设施（或依靠公共云基础架构，如 Google 容器引擎（GCE）或 Azure 容器服务（ACS）），Kubernetes 是一个可以考虑的好技术。
  • 如果你们想要建立一个运行多个关键任务工作负载的可靠平台，包括 Docker 容器、传统应用程序（例如 Java）和分布式数据服务（例如 Spark、Kafka、Cassandra、Elastic），并希望所有这些可依移植到云端提供商或者数据中心，那么 Mesos（或我们自己的 Mesos 发行版,Mesosphere DC/OS）更适合你们的需求。
kubernetes 微服务 apache

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