一文了解docker與k8s

其實 Docker 和(hé) k8s 并非直接的競争對手兩者相互依存。 Docker 是一個(gè)容器(qì)化平台，而 k8s 是 Docker 等容器(qì)平台的協調器(qì)。

1、容器(qì)化時(shí)代

（1）虛拟化技(jì)術(shù)已經走過是三個(gè)時(shí)代，沒有(yǒu)容器(qì)化技(jì)術(shù)的研究就不會(huì)有(yǒu)Docker技(jì)術(shù)的誕生(shēng)。

1）物理(lǐ)機時(shí)代： 多(duō)個(gè)應用程序排在一台機器(qì)上(shàng)。

2）虛拟機時(shí)代：一台物理(lǐ)機器(qì)安裝多(duō)個(gè)虛拟機(VM),一個(gè)虛拟機跑多(duō)個(gè)程序。

3）容器(qì)化時(shí)代：一台物理(lǐ)機器(qì)安裝多(duō)個(gè)容器(qì)實例(Container),一個(gè)容器(qì)跑多(duō)個(gè)程序。

（2）容器(qì)化解決了什麽問題？

用一段話(huà)描述：

測試人(rén)員：你(nǐ)這個(gè)功能有(yǒu)問題。

開(kāi)發人(rén)員：我本地是好的呀！

開(kāi)發人(rén)員編寫代碼，在自己本地環境測試完成後，将代碼部署到測試或生(shēng)産環境中經常會(huì)遇到各種各樣的問題。明(míng)明(míng)本地完美運行(xíng)的代碼為(wèi)什麽部署後出現很(hěn)多(duō) bug，原因有(yǒu)很(hěn)多(duō)：不同的操作(zuò)系統、不同的依賴庫等。總結一句話(huà)：因為(wèi)本地環境和(hé)遠程環境不一緻。

容器(qì)化技(jì)術(shù)正好解決了這一關鍵問題，它将軟件程序和(hé)運行(xíng)的基礎環境分開(kāi)。開(kāi)發人(rén)員編碼完成後将程序打包到一個(gè)容器(qì)鏡像中，鏡像中詳細列出了所依賴的環境，在不同的容器(qì)中運行(xíng)标準化的鏡像，從根本上(shàng)解決了環境不一緻的問題。

注：容器(qì)的概念已經出現不短(duǎn)的時(shí)間(jiān)。但(dàn)直到 2013 年開(kāi)源項目 Docker 的出現才極大(dà)推廣了容器(qì)這項技(jì)術(shù)，并推動了軟件開(kāi)發中容器(qì)化和(hé)微服務的趨勢，這種趨勢後來(lái)被稱為(wèi)雲原生(shēng)開(kāi)發。

2、容器(qì)化技(jì)術(shù)解決的核心問題

可(kě)移植性：不依賴具體(tǐ)的操作(zuò)系統或雲平台，比如在阿裏雲或騰訊雲直接随意遷移。

占地小(xiǎo)：容器(qì)隻需要其應用程序以及它需要運行(xíng)的所有(yǒu)容器(qì)和(hé)庫的依賴清單，不需要将所有(yǒu)的依賴庫都打包在一起。

共享 bin 和(hé) lib：不同的容器(qì)可(kě)以共享 bin 和(hé) lib，進一步節省了空(kōng)間(jiān)。

3、docker的出現

2010 年一位年輕小(xiǎo)夥子在美國舊(jiù)金山(shān)成立了一家(jiā)名叫【dotCloud】的公司， 開(kāi)發了 Docker 的核心技(jì)術(shù)，從此開(kāi)啓了容器(qì)技(jì)術(shù)的時(shí)代。後面 dotCloud 公司将自己的容器(qì)技(jì)術(shù)進行(xíng)了簡化和(hé)标準化，取名為(wèi) Docker，就是大(dà)家(jiā)熟悉的鲸魚 logo。

2013 年 dotCloud 公司宣布将 Docker 開(kāi)源，随着越來(lái)越多(duō)的工程師(shī)發現了它的優點， Docker 的人(rén)氣迅速攀升，成為(wèi)當時(shí)最火(huǒ)爆的開(kāi)源技(jì)術(shù)之一。

當前有(yǒu) 30％ 以上(shàng)的企業在其 AWS 環境中使用 Docker，并且這個(gè)數(shù)字還(hái)在繼續增長。

此時(shí)的 Docker，已經成為(wèi)行(xíng)業裏人(rén)氣最火(huǒ)爆的開(kāi)源技(jì)術(shù)，沒有(yǒu)之一。甚至像 Google、微軟、Amazon、VMware 這樣的巨頭，都對它青睐有(yǒu)加，表示将全力支持。

Docker 火(huǒ)了之後，dotCloud 公司幹脆把公司名字也改成了 Docker Inc. 。

Docker 和(hé)容器(qì)技(jì)術(shù)為(wèi)什麽會(huì)這麽火(huǒ)爆？說白了，就是因為(wèi)它 “輕”。在容器(qì)技(jì)術(shù)之前，業界的網紅是虛拟機。虛拟機技(jì)術(shù)的代表，是 VMWare 和(hé) OpenStack 。

相信很(hěn)多(duō)人(rén)都用過虛拟機。虛拟機，就是在你(nǐ)的操作(zuò)系統裏面，裝一個(gè)軟件，然後通(tōng)過這個(gè)軟件，再模拟一台甚至多(duō)台“子電(diàn)腦(nǎo)”出來(lái)。

在 “子電(diàn)腦(nǎo)” 裏，你(nǐ)可(kě)以和(hé)正常電(diàn)腦(nǎo)一樣運行(xíng)程序，例如登錄 QQ。如果你(nǐ)願意，你(nǐ)可(kě)以變出好幾個(gè) “子電(diàn)腦(nǎo)”，裏面都登錄上(shàng) QQ。“子電(diàn)腦(nǎo)” 和(hé) “子電(diàn)腦(nǎo)” 之間(jiān)，是相互隔離的，互不影(yǐng)響。

虛拟機屬于虛拟化技(jì)術(shù)。而 Docker 這樣的容器(qì)技(jì)術(shù)，也是虛拟化技(jì)術(shù)，屬于輕量級的虛拟化。

虛拟機雖然可(kě)以隔離出很(hěn)多(duō) “子電(diàn)腦(nǎo)”，但(dàn)占用空(kōng)間(jiān)更大(dà)，啓動更慢，虛拟機軟件可(kě)能還(hái)要花(huā)錢(qián)（例如：VMWare）。

而容器(qì)技(jì)術(shù)恰好沒有(yǒu)這些(xiē)缺點。它不需要虛拟出整個(gè)操作(zuò)系統，隻需要虛拟一個(gè)小(xiǎo)規模的環境（類似 “沙箱”）。Docker 可(kě)以輕松創建容器(qì)和(hé)基于容器(qì)的應用程序，最初是為(wèi) Linux 構建的，現在也可(kě)以在 Windows 和(hé) MacOS 上(shàng)運行(xíng)。

它啓動時(shí)間(jiān)很(hěn)快，幾秒(miǎo)鍾就能完成。而且，它對資源的利用率很(hěn)高(gāo)（一台主機可(kě)以同時(shí)運行(xíng)幾千個(gè) Docker 容器(qì)）。此外，它占的空(kōng)間(jiān)很(hěn)小(xiǎo)，虛拟機一般要幾 GB 到幾十 GB 的空(kōng)間(jiān)，而容器(qì)隻需要 MB 級甚至 KB 級。

正因為(wèi)如此，容器(qì)技(jì)術(shù)受到了熱烈的歡迎和(hé)追捧，發展迅速。大(dà)家(jiā)需要注意，Docker 本身并不是容器(qì)，它是創建容器(qì)的工具，是應用容器(qì)引擎。想要搞懂 Docker，其實看它的兩句口号就行(xíng)。

第一句，是 “Build, Ship and Run”。

第二句口号則是：“Build once，Run anywhere(搭建一次，到處能用)”。

Build（構建鏡像）： 鏡像就像是集裝箱，包含文件以及運行(xíng)環境等等資源；

Ship（運輸鏡像）：在宿主機和(hé)倉庫間(jiān)進行(xíng)運輸，這裏倉庫就像是超級碼頭；

Run（運行(xíng)鏡像）：運行(xíng)的鏡像就是一個(gè)容器(qì)，容器(qì)就是運行(xíng)程序的地方。

說白了，這個(gè) Docker 鏡像，是一個(gè)特殊的文件系統。它除了提供容器(qì)運行(xíng)時(shí)所需的程序、庫、資源、配置等文件外，還(hái)包含了一些(xiē)為(wèi)運行(xíng)時(shí)準備的一些(xiē)配置參數(shù)（例如：環境變量）。鏡像不包含任何動态數(shù)據，其內(nèi)容在構建之後也不會(huì)被改變。

綜上(shàng)所述，Docker 的運行(xíng)過程，也就是去倉庫把鏡像拉到本地，然後用執行(xíng)命令把鏡像運行(xíng)起來(lái)變成容器(qì)，這也就是為(wèi)什麽人(rén)們常常将 Docker 稱為(wèi)碼頭工人(rén)或碼頭裝卸工。

負責對 Docker 鏡像進行(xíng)管理(lǐ)的，是 Docker Registry 服務（類似倉庫管理(lǐ)員）。當然，不是任何人(rén)建的任何鏡像都是合法的。萬一有(yǒu)人(rén)構建的鏡像存在問題呢？所以，Docker Registry 服務對鏡像的管理(lǐ)是非常嚴格的。最常使用的 Registry 公開(kāi)服務，是官方的 Docker Hub，這也是默認的 Registry，并擁有(yǒu)大(dà)量的高(gāo)質量的官方鏡像。

4、Docker如何使用

其實大(dà)多(duō)數(shù)人(rén)談論 Docker 時(shí)說的是 Docker Engine，這隻是一個(gè)構建和(hé)運行(xíng)的容器(qì)。

在運行(xíng)容器(qì)前需要編寫 Docker File，通(tōng)過 dockerFile 生(shēng)成鏡像，然後才能運行(xíng) Docker 容器(qì)。

Docker File 定義了運行(xíng)鏡像（image）所需的所有(yǒu)內(nèi)容，包括操作(zuò)系統和(hé)軟件安裝位置。一般情況下都不需要從頭開(kāi)始編寫 Docker File，在 Docker Hub 中有(yǒu)來(lái)自世界各地的工程師(shī)編寫好的鏡像，你(nǐ)可(kě)以基于此修改。

📚此外，Docker 容器(qì)提供了一種構建企業應用程序和(hé)業務流程應用程序的方法，這些(xiē)應用程序比傳統應用程序更容易安裝、維護和(hé)移動。

⭐Docker 容器(qì)支持隔離：Docker 容器(qì)使應用程序不僅彼此隔離，而且與底層系統隔離。這不僅使軟件棧更幹淨，而且更容易使容器(qì)化應用程序使用系統資源，例如 CPU、GPU、內(nèi)存、I/O、網絡等，它還(hái)可(kě)以确保數(shù)據和(hé)代碼保持獨立。

⭐Docker 容器(qì)支持可(kě)移植性：Docker 容器(qì)在支持容器(qì)運行(xíng)環境的任何機器(qì)上(shàng)運行(xíng)。應用程序不必綁定到主機操作(zuò)系統，因此可(kě)以保持應用程序環境和(hé)底層操作(zuò)環境的整潔和(hé)最小(xiǎo)化。

例如，采用容器(qì)的 MySQL 将在大(dà)多(duō)數(shù)支持容器(qì)的 Linux 系統上(shàng)運行(xíng)，應用程序的所有(yǒu)依賴項通(tōng)常都在同一個(gè)容器(qì)中提供。基于容器(qì)的應用程序可(kě)以輕易從 on-prem 系統遷移到雲環境中，或從開(kāi)發人(rén)員的筆記本電(diàn)腦(nǎo)移到服務器(qì)上(shàng)，隻要目标系統支持 Docker 以及可(kě)能與之一起使用的任何第三方工具，比如 Kubernetes。

⭐通(tōng)常，Docker 容器(qì)鏡像必須為(wèi)特定的平台構建。例如 Windows 容器(qì)不能在 Linux 上(shàng)運行(xíng)，反之亦然；以前，繞過此限制(zhì)的一種方法是啓動運行(xíng)所需操作(zuò)系統實例的虛拟機，并在虛拟機中運行(xíng)容器(qì)。

然而 Docker 團隊後來(lái)設計(jì)了一個(gè)更優雅的解決方案，稱為(wèi) manifest，它允許多(duō)個(gè)操作(zuò)系統的鏡像并行(xíng)打包。盡管 manifest 還(hái)處于試驗階段，但(dàn)這暗示了容器(qì)可(kě)能成為(wèi)跨平台應用程序解決方案和(hé)跨環境應用程序解決方案。

⭐Docker 容器(qì)支持可(kě)組合性：大(dà)多(duō)數(shù)業務應用程序由幾個(gè)獨立的組件組成，web 服務器(qì)、數(shù)據庫和(hé) cache 緩存。Docker 容器(qì)可(kě)以将這些(xiē)部件組合成一個(gè)容易更換的功能單元。每個(gè)部分由不同的容器(qì)提供，可(kě)以獨立于其他容器(qì)進行(xíng)維護、更新、交換和(hé)修改。

🔥 這本質上(shàng)是應用程序設計(jì)的微服務模型。通(tōng)過将應用程序功能劃分為(wèi)獨立的、自包含的服務，微服務模型為(wèi)過程緩慢的傳統開(kāi)發和(hé)單一僵化的應用程序提供了一種解決方案，輕量級和(hé)便攜式容器(qì)使構建和(hé)維護基于微服務的應用程序變得(de)更加容易。

5、編排系統的需求催生(shēng)了k8s

盡管 Docker 為(wèi)容器(qì)化的應用程序提供了開(kāi)放标準，但(dàn)随着容器(qì)越來(lái)越多(duō)出現了一系列新問題：

如何協調、調度和(hé)管理(lǐ)這些(xiē)容器(qì)？

如何在升級應用程序時(shí)不中斷服務？

如何監視(shì)應用程序的運行(xíng)狀況？

如何批量重新啓動容器(qì)裏的程序？

解決這些(xiē)問題需要容器(qì)編排技(jì)術(shù)，可(kě)以将衆多(duō)機器(qì)抽象，對外呈現出一台超大(dà)機器(qì)。現在業界比較流行(xíng)的有(yǒu)：k8s、Mesos、Docker Swarm。

在業務發展初期隻有(yǒu)幾個(gè)微服務，這時(shí)用 Docker 就足夠了，但(dàn)随着業務規模逐漸擴大(dà)，容器(qì)越來(lái)越多(duō)，運維人(rén)員的工作(zuò)越來(lái)越複雜，這個(gè)時(shí)候就需要編排系統解救 opers。

一個(gè)成熟的容器(qì)編排系統需要具備以下能力：

處理(lǐ)大(dà)量的容器(qì)和(hé)用戶

負載均衡

鑒權和(hé)安全性

管理(lǐ)服務通(tōng)信

多(duō)平台部署

其中，K8S，就是基于容器(qì)的集群管理(lǐ)平台，它的全稱，是 kubernetes。

和(hé) Docker 不同，K8S 的創造者，是衆人(rén)皆知的行(xíng)業巨頭——Google。

然而，K8S 并不是一件全新的發明(míng)。它的前身，是 Google 自己搗鼓了十多(duō)年的 Borg 系統。K8S 是 Google 研發的容器(qì)協調器(qì)，已捐贈給 CNCF，現已開(kāi)源。

Google 利用在容器(qì)管理(lǐ)多(duō)年的經驗和(hé)專業知識推出了 k8s，主要用于自動化部署應用程序容器(qì)，可(kě)以支持衆多(duō)容器(qì)化工具包括現在非常流行(xíng)的 Docker。

目前 k8s 是容器(qì)編排市場(chǎng)的領導者，開(kāi)源并公布了一系列标準化方法，主流的公有(yǒu)雲平台都宣布支持。

一流的廠商都在搶占标準的制(zhì)高(gāo)點，一堆小(xiǎo)廠商跟着一起玩，這就叫生(shēng)态了。

6、k8s架構和(hé)組件

k8s 由衆多(duō)組件組成，組件間(jiān)通(tōng)過 API 互相通(tōng)信，歸納起來(lái)主要分為(wèi)三個(gè)部分：

controller manager

nodes

pods

Controller Manager，即控制(zhì)器(qì)管理(lǐ)器(qì)，用于調度程序以及節點狀态檢測(是k8s的大(dà)腦(nǎo))。

Nodes，構成了 Kubernetes 集群的集體(tǐ)計(jì)算(suàn)能力，實際部署容器(qì)運行(xíng)的地方。

Pods，Kubernetes 集群中資源的最小(xiǎo)單位。

下圖是 Kubernetes 集成 Jenkins 實現 CICD（一圖勝千言，需要對其有(yǒu)一個(gè)大(dà)緻的認識）：

而下圖則是 GitLab + Jenkins Pipeline + Doker + k8s + Helm 自動化部署：

7、k8s與Docker Swarm江湖(hú)恩怨

Docker Swarm 與 k8s 同為(wèi)容器(qì)編排技(jì)術(shù)。

如果非要拿(ná)Docker和(hé)k8s進行(xíng)比較，其實更應該拿(ná)Docker Swarm和(hé)k8s比較。

Docker Swarm是Docker自駕針對集群化部署管理(lǐ)的解決方案。優點很(hěn)明(míng)顯，可(kě)以更緊密集成到Docker生(shēng)态系統中。雖說Swarm和(hé)Docker血緣更近，但(dàn)是由于商業、生(shēng)态等原因依舊(jiù)沒有(yǒu)k8s流行(xíng)。

8、Docker與k8s難舍難分

Docker和(hé)k8s在業界非常流行(xíng)，已經是事實上(shàng)的标準了。

Docker是用于構建、分發、運行(xíng)()容器(qì)的平台和(hé)工具。

而k8s實際上(shàng)是一個(gè)使用Docker容器(qì)進行(xíng)編排的系統，主要圍繞pods進行(xíng)工作(zuò)。Pods是k8s生(shēng)态中最小(xiǎo)的調度單位，可(kě)以包含一個(gè)或多(duō)個(gè)容器(qì)。

Docker和(hé)k8s分别做(zuò)不通(tōng)的事情，兩者是協同關系。

9、開(kāi)發實踐

（1）不用k8s可(kě)以使用docker嗎？

可(kě)以。對于一些(xiē)小(xiǎo)型公司、業務不太複雜的情況下都是可(kě)以直接使用docker的。盡管k8s有(yǒu)很(hěn)多(duō)好處，但(dàn)是衆所周知它非常複雜，簡單業務完全可(kě)以放棄使用k8s。但(dàn)是當業務達到一定規模後可(kě)能還(hái)是要借助k8s才行(xíng)。

（2）沒有(yǒu)Docker可(kě)以使用k8s嗎？

k8s展示一個(gè)容器(qì)編排器(qì)，沒有(yǒu)容器(qì)拿(ná)什麽編排？？

k8s經常與Docker進行(xíng)搭配使用，但(dàn)是也可(kě)以使用其他容器(qì)，如RunC、Containerted等。

（3）Docker Swarm和(hé)k8s怎麽選？

選k8s。2019 年底 Docker Enterprise 已經出售給 Mirantis，Mirantis 聲明(míng)要逐步淘汰 Docker Swarm，後續會(huì)将 k8s 作(zuò)為(wèi)默認編排工具。

10、k8s棄用docker？

k8s 1.20版本的changelog原文如下：

Docker support in the kubelet is now deprecated and will be removed in a future release. The kubelet uses a module called "dockershim" which implements CRI support for Docker and it has seen maintenance issues in the Kubernetes community

原文說的是kubelet是通(tōng)過一個(gè)叫做(zuò)dockershim的模塊實現對docker的支持，然後以後版本會(huì)移除這個(gè)dockershim模塊。

典型的k8s runtime架構(dockershim)

關于dockershim是什麽還(hái)要從k8s發布之初和(hé)docker的關系說起。k8s在發布之初，docker在容器(qì)實現方面占據壟斷地位。為(wèi)了迎合主流，kubernetes官網也率先使用docker作(zuò)為(wèi)底層容器(qì)的實現。

注： shim 顧名思義就是 “墊片”的意思。

2016年12月k8s發布CRI(Container Runtime Interface)，很(hěn)重要的一個(gè)考量就是為(wèi)了避免後續兼容其他運行(xíng)時(shí)帶來(lái)的維護工作(zuò)，所以發布了統一的CRI接口。這樣凡是支持CRI的運行(xíng)時(shí)，皆可(kě)以直接作(zuò)為(wèi)k8s的底層運行(xíng)時(shí)。

所以之前的架構是：

Kubelet 通(tōng)過CRI接口調用dockershim請(qǐng)求創建容器(qì)；

dockershim把創建容器(qì)的請(qǐng)求轉換成docker daemon的請(qǐng)求往docker創建一個(gè)容器(qì)；

這時(shí)候把容器(qì)創建請(qǐng)求請(qǐng)求到使用CRI實現的containerd；

containerd通(tōng)過OCI調用containerd-shim然後進而使用操作(zuò)系統底層實現容器(qì)的創建 ；

看到這兒，相信大(dà)家(jiā)就知道(dào)官網為(wèi)什麽要移除dockershim了！！！

因為(wèi)這個(gè)調用合着需要經過兩個(gè)劃水(shuǐ)的dockershim和(hé)docker daemon。kubelet直接調用containerd就完事了。于是就有(yǒu)了如下新架構：

        總結來(lái)說，k8s啓用的其實是dockershim，選擇直接對接CRI接口；并且默認支持的是containerd(就是docker自帶的組件)，所以完全可(kě)以和(hé)docker本身做(zuò)到100%兼容。k8s去除dockershim是自身發展考慮，為(wèi)的是支持更通(tōng)用的CRI标準，更高(gāo)抽象化意味着更好的兼容性。

        順便說下，即便啓用docker也不代表docker就要涼了。docker帶給我們的是更新的工作(zuò)流和(hé)開(kāi)發方式，一種容器(qì)化的思維。在我們的日常開(kāi)發中，docker在臨時(shí)搭建一些(xiē)環境時(shí)還(hái)是可(kě)以發揮巨大(dà)作(zuò)用的。

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