趣云笔记
容器（Containers）彻底改变了应用程序的构建、部署和管理方式，使软件开发变得更容易、更快、更高效。凭借其允许应用程序在不同计算环境中一致运行的能力，容器已成为云计算编排中的流行技术。
众所周知，容器是独立的可执行软件单元，它将应用程序代码及其所有依赖项（包括库、框架和配置文件）打包在一起。容器化应用程序可以在任何计算环境中一致、可靠地运行，无论是桌面、传统数据中心还是云平台。
在本文中，小编主要介绍下容器的概念、工作原理它以及它们的用途。此外，还探讨了关键内容，包括容器引擎的重要性和容器编排的过程，一起来看看吧。
什么是容器？
当从一个计算环境迁移到另一个计算环境时，容器作为一种解决方案来应对部署和管理应用程序的挑战，一致且高效。例如，在其生命周期中，应用程序必须从开发和测试环境转移到生产环境。它还可能必须从物理的本地服务器迁移到公有云。因此，很难确保应用程序在每个可能不同的环境中顺利运行，并且可能会出现不一致和不兼容的问题。
容器化是一种标准化技术，它将应用程序或服务及其所有依赖项放置在一起，例如在称为容器的独立可执行包中运行应用程序所需的特定版本的运行时组件（语言解释器、库和系统工具）。
容器通过从应用程序运行的环境中抽象出应用程序来解决与版本不匹配和依赖性相关的问题。它们提供了一个虚拟化环境，其中包括应用程序运行所需的所有系统工具、库和应用程序设置。该技术允许应用程序和服务在任何计算环境和任何支持容器的基础设施上运行。它使容器非常适合云计算，在云计算中，应用程序必须跨多个服务器和环境（即公共云、私有云、混合云和多云）进行部署、扩展和管理。
容器和虚拟机（VM）之间有什么区别？
很多人经常将容器经常与虚拟机（VM）进行比较，例如VMware提供的虚拟机，因为它们都是单一的、可移植的打包计算单元。然而，它们有很大不同，解决的问题也不同。
与虚拟机不同，容器没有自己独立的操作系统（OS）实例和专用资源分配。相反，它们共享主机操作系统，同时可以根据应用程序需求动态、高效地分配资源。因此，无论硬件限制如何，都可以在服务器上部署多个容器。
换句话说，虚拟机从物理服务器中抽象出操作系统，而容器则从底层操作系统中抽象出应用程序。与VM虚拟机管理程序如何虚拟化硬件以托管多个独立的操作系统类似，容器引擎虚拟化操作系统以托管多个独立的应用程序（操作系统级虚拟化）。事实上，容器可以在虚拟机之上运行，提供额外的抽象和隔离层。
容器自然也比虚拟机更轻量，因为它们不打包操作系统映像或需要静态资源。它们是专门为运行应用程序而构建的，并且仅打包所需的绝对最小量的数据和可执行文件。容器轻量且高效，更适合现代开发和部署方法，例如DevOps、微服务和无服务器计算。
相反，虚拟机提供更高级别的隔离和安全性，因为它们拥有自己的操作系统和专用资源。这使得它们更适合受到严格监管的环境和行业。虚拟机提供底层硬件的完全虚拟化，也是运行需要直接访问特定硬件或网络接口的应用程序的可行替代方案。
容器工作原理
容器利用操作系统级虚拟化，允许多个独立的运行时实例（容器）在单个主机上运行，共享其操作系统 (OS) 和其他资源。容器化过程从创建容器映像开始，其中包含运行容器所需的所有信息，例如应用程序代码、操作系统和其他依赖项（库、框架和配置文件）。
OCI（开放容器计划）是Linux基金会的一个项目，为容器镜像提供开放的行业标准，并确保不同容器技术和系统之间的兼容性和互操作性。Docker镜像格式是应用最广泛的容器镜像格式，也符合OCI容器镜像规范。
容器镜像存储在存储库中，例如Docker Hub。存储的镜像可以在任何具有容器引擎的主机上拉取并运行，例如Docker、rkt（发音为“rocket”）和LXD（Linux容器守护进程）。容器引擎在容器主机（例如物理计算机或云服务器）上运行，下载容器映像并启动它的新实例。容器，在容器化中，本质上是由容器引擎启动或执行的容器镜像。
容器与其主机以及同一主机上运行的其他容器完全隔离。一旦容器引擎开始运行容器和打包的应用程序代码，对容器所做的任何更改（例如文件系统更新）都不会影响容器主机或其他容器。这种在本机操作系统或本机云提供商与定义业务解决方案的应用程序和数据之间提供抽象的功能允许可移植性，这是容器的最初卖点。然而，容器化可以提供的不仅仅是互操作性和可移植性。
容器有什么用？
容器通常在迁移到云计算期间为开发社区提供良好的支持，使得应用程序可以在不同的开发、测试和生产环境之间迁移。此外，容器补充了微服务架构，允许开发人员将整体应用程序分解为更小、更易于管理和可重用的组件。
此外，容器可以为应用程序提供比标准操作系统更好的增强的运行时环境，包括使用容器编排平台（例如Kubernetes）对容器进行集群的能力。集群允许容器以协调的方式在多个主机或节点上部署和管理，以便它们作为一个单元运行。这确保了更好的可用性、可扩展性和资源管理。
现在大多数企业选择容器编排和集群来构建全新的云应用程序以及为公共云环境重新设计和重建应用程序。
容器引擎和容器编排
容器引擎和编排平台是实现现代应用程序开发和部署容器化的关键组件。容器和容器编排主要指的是Docker风格的容器和Kubernetes容器编排。
容器引擎
容器引擎，也称为容器运行时或容器管理器，是一个管理容器整个生命周期（创建、管理和执行）的软件平台。它部署在主机操作系统上，提供管理容器和底层资源（例如 CPU、内存和存储）所需的低级功能。
流行的容器引擎的例子包括Docker、rkt和LXC（Linux容器）/LXD（Linux容器守护进程）。
- Docker
Docker提供了一个平台即服务（PaaS），使用户能够以简化和标准化的方式在桌面上运行容器化应用程序。Docker引擎是Docker平台的核心组件。它是市场领先的容器引擎，许多云平台都包含支持Docker 容器的服务。本质上，它是一个容器化工具，提供应用程序编程接口（API）和命令行界面（Docker Client）以允许用户运行和管理Docker容器。
Docker容器具有高度可移植性，可以在各种平台上运行，包括Linux、Windows和macOS。
容器编排
容器编排一词主要指在云等动态环境中管理容器的整个生命周期，其中机器（服务器）根据需要来来去去。容器编排提供了在集群中运行许多相似或不同容器的能力，以提供更好的可扩展性和灵活性。
容器编排平台构建在容器引擎之上，并提供附加功能来管理和协调多个容器作为单个单元的部署、扩展和管理。这包括跨多个主机调度容器、管理网络和存储资源以及确保容器高度可用并在发生故障时正常恢复等任务。
流行的容器编排平台的示例包括Kubernetes、Docker Swarm和Apache Mesos。容器引擎和编排平台共同提供用于大规模创建、管理和部署容器化应用程序所需的工具和基础设施，从而支持容器的使用。
- Kubernetes
Kubernetes，也称为K8s，是一个开源容器编排系统，用于控制容器集群。它使用容器编排和集群系统，可以在任意数量的平台上轻松启动、管理和销毁容器。Kubernetes提供的功能包括容器的自动化部署和扩展、负载均衡、自我修复和自动恢复。
更广泛地说，Kubernetes已经成为容器编排事实上的标准，并广泛应用于现代应用程序开发和部署，特别是云原生应用程序。它可以在大多数平台和云上运行，并支持多个容器运行时，包括Docker。
容器优点和缺点
容器的优点
容器的优点是隔离和安全、可移植性、轻量级设计、资源利用率、可重用性和支持以及弹性和可扩展性。
- 隔离和安全
将应用程序所需的所有内容打包到容器中，将应用程序与其运行的服务器隔离。这会导致进程级隔离，这意味着容器中运行的进程不能干扰容器外部或其他容器中运行的进程。同样，每个容器也受到分配给它的CPU、内存和其他资源量的限制。
每个容器还可以有自己的安全策略和访问控制，允许容器以不同的安全级别运行。一个容器中的漏洞和故障在很大程度上不会影响其他容器或底层主机。
- 便携性
容器可以在任何地方运行：虚拟机 (VM) 或物理服务器、本地或云中。它们打包了容器化应用程序运行所需的所有依赖项，使应用程序与平台无关并且可以跨计算环境移植。这种可移植性是容器化的主要优势，因为它消除了提供商或供应商锁定的风险。
- 轻量化设计
容器共享主机操作系统（OS），而不是运行自己的操作系统实例。与虚拟机（VM）相比，这使得它们更加轻量、启动速度更快并且资源效率更高。容器被设计为短暂且一次性的，使其非常适合动态云环境。
- 资源利用
与传统虚拟机和裸机服务器相比，容器提供了一种高效的资源管理和利用方式。更具体地说，容器不需要完整的操作系统和硬件虚拟化层，这意味着它们不必为每个实例复制相同的资源。容器仅使用其运行绝对需要的资源，并且可以根据需要快速启动和销毁，以避免任何资源浪费。
- 可重用性和支持
容器拥有一个由第三方提供商组成的庞大生态系统，涵盖所有内容，包括安全系统、数据库、治理系统和操作系统。由于可重用且普遍，开发人员几乎总能找到满足其独特需求的解决方案，而不是从头开始构建所有内容。
- 弹性和可扩展性
容器可以轻松地在多个节点和集群之间复制或克隆，以实现可扩展性和弹性。容器编排平台可以自动将流量重新路由到备份容器，即使一个或多个节点发生故障也能保持应用程序可用。同样，容器编排平台可以随着需求的增加创建新的容器，并在不再需要时销毁它们。这样，容器化应用程序就可以处理不同级别的流量。
容器的缺点
容器的缺点是过度应用、成本、操作复杂性和技能差距。
- 过度使用
与任何其他技术一样，容器并不适合所有应用程序。具体来说，具有独特或自定义依赖项、高资源消耗或实时性能需求的应用程序可能无法承受容器化的开销成本。组织需要在对系统进行容器化之前对其系统进行分析。例如，当应用程序不可能从当前的主机平台迁移时，追求可移植性是徒劳的。
- 成本
组织经常低估将现有应用程序迁移到容器所需的时间和金钱。利用容器的成本包括开发、部署和运营的成本。企业最终可能会花费大量时间和金钱来构建或移动容器化应用程序。
-
操作复杂性
容器带来了额外的复杂性，这意味着组织需要抽象和自动化工具来有效地管理它们。对于需要操作容器和容器编排系统以及用于遗留应用程序的现有平台和工具的组织来说，这可能是个问题。
- 技能差距
正确构建容器化解决方案需要针对独特场景利用正确技术的培训和经验。当组织找不到合适的人才时，他们可能会选择满足于不合格的开发人员和设计师，或者完全推迟转向容器。这些选择中的任何一个都可能导致额外的成本和风险。
云计算中的容器服务
容器为云提供了有效的开发和部署技术，进而促进了云计算平台的使用。事实上，“云原生”运动很大程度上建立在容器、容器编排（Kubernetes）和微服务之上——所有这些都是紧密耦合的技术。
在云中利用容器的主要目标是避免云和平台锁定。容器和容器编排服务承担应用程序处理的繁重工作，并利用底层平台仅提供原始平台服务，例如计算、存储、网络、数据库和安全性。在这种架构下，底层平台，特别是公有云提供商，不再是架构的中心，而仅仅是计算和存储服务提供商。
云服务提供商的容器编排器
所有主要云服务提供商（CSP）都提供容器编排器并支持领先的容器引擎和编排平台，使组织能够部署和管理容器化应用程序，而无需监督底层基础设施。以下是Amazon Web Services (AWS)、Microsoft Azure和Google Cloud提供的容器编排器示例：
1、亚马逊网络服务 (AWS)
组织可以使用Amazon Elastic Container Service (ECS)或Amazon Elastic Kubernetes Service (EKS)通过Amazon Elastic Compute Cloud (EC2) 资源在AWS上编排Docker容器群。
- Amazon ECS：支持Docker容器的完全托管容器编排服务
- Amazon EKS：完全托管的Kubernetes服务
2、Microsoft Azure
- Azure Kubernetes Service(AKS)：完全托管的 Kubernetes 容器编排服务
- Azure Container Instances(ACI)：支持多个容器引擎的无服务器容器托管服务，包括 Docker 和开放容器计划 (OCI)
- Azure Service Fabric：用于部署和管理可扩展、高度可用且可靠的微服务和容器的分布式系统平台
3、Google Cloud
- Google Kubernetes Engine (GKE)：完全托管的Kubernetes服务
总结
简单来说，容器是一种虚拟化技术，用于在操作系统级别隔离应用程序及其依赖项。它们提供了一种轻量级、可移植和可扩展的方式来打包、分发和运行应用程序。
容器将应用程序及其所有依赖项（例如库、配置文件和运行时环境）打包在一起，形成一个独立的可执行单元，称为容器映像或容器镜像。容器映像是一个只读模板，具有完整的运行应用程序所需的文件系统、操作系统设置和应用程序代码。容器映像可以轻松地在不同的环境中部署，而不需要额外的配置或修改。
容器在运行时创建一个容器实例，也称为容器，它是从容器映像启动的运行应用程序的进程。容器实例具有自己的文件系统命名空间、网络命名空间和进程命名空间，与其他容器和主机操作系统相互隔离。这种隔离性使得容器可以同时运行多个应用程序，而不会相互干扰。
容器管理平台（例如Docker和Kubernetes）提供了用于创建、部署、管理和扩展容器的工具和功能。这些平台简化了容器的生命周期管理，包括容器的编排、自动扩展、服务发现和监控等方面。
如今容器技术在应用程序开发、交付和部署方面提供了一种灵活、高效和可靠的解决方案，已经在许多组织中得到广泛应用。
