从 Docker 到云原生（01）— 容器

云原生

云原生（cloud native）是一种构建和运行应用的方法论。cloud 代表应用运行在云上，而 Native 表示应用程序设计之初就要考虑云环境，原生为云而设计，充分运用云平台的弹性 + 分布式。

云原生的历史

问题：

1. docker、kubernetes、CNCF 有啥历史渊源？

2. 为啥说 docker 没落了？

从 Docker 到 k8s

问题：

运行一个应用需要什么资源？

namespace 提供了全局资源隔离方法

• Mount: 隔离文件系统挂载点
• PID: 隔离进程的ID
• Network: 隔离网络资源
• User: 隔离用户和用户组的ID
• UTS: 隔离主机名和域名信息
• IPC: 隔离进程间通信

容器的定义

容器（container）是一个沙盒（sandbox）技术，基于操作系统层虚拟化（OS level virtualization），为应用程序及其完整依赖提供了一个完全隔离的运行环境。

容器就像一个集装箱一样把“应用”装起来，应用与应用之间有了边界，就不用相互干扰。而被装进集装箱的应用，就可以被方便地搬来搬去。这就是 PaSS 服务的理想状态。

容器 VS 虚拟机（VM）

1. 虚拟机

• 虚拟机提供了硬件级别虚拟化，用来共享主机物理资源。
• 虚拟机需要单独的操作系统，硬件也是虚拟化的，需要启动管理程序管理虚拟机程序。
• 虚拟机适合搭建完整运行环境

2. 容器

• 容器通过操作系统虚拟化共享宿主机操作系统。
• 容器非常轻量级，提供了一套可移植，一致性的应用程序操作环境
• 容器适合运行单独的应用程序

3. 容器 VS 虚拟机

容器核心架构

基于 Namespace 对容器资源进行隔离。

• User：

  • User Namespace 提供了对访问用户的隔离
  • 容器内部提供了一个虚拟的 ROOT 用户，能访问容器内部所有文件资源权限，但无法修改宿主机文件

• PID：

  • 将容器内部进程与外部环境进行隔离
  • pid namespace 是一个嵌套关系父子关系，pid 1 代表系统初始化进程信息，是所有进程的祖先节点

• Mount

  • 对容器文件系统进行隔离
  • BOOT filesystem: kernal（内核）
  • ROOT filesystem: 操作系统根目录 /
  • User fileSystem: 操作系统用户目录：/home/user
  • App fileSystem: 应用文件系统

• Network

  • 容器在内部创建了一个虚拟的网络环境，将容器网络与宿主机隔离
  • 详细参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/57203485

Docker 架构

Docker 基于 linux 容器技术，进行了进一步的封装，从文件系统、网络互联到进程隔离。

build once, run everywhere

Docker 产品架构

docker run 背后做了什么？

docker run -itd —-rm jenkins

1. pull 镜像
2. create 容器配置
3. 启动容器阶段
   • 创建 User Namespace
   • 创建 PID Namespace
   • 创建 MNT Namespace
   • 创建 Net Namespace
4. 创建根进程 pid=1

PID 1 的魔法

PID 1 在 linux 系统中代表系统启动的初始进程（init process），系统其它进程都为其子进程

# 获取所有 docker 进程信息
docker ps -a
 
# 进入容器内部文件系统
docker exec -it 容器id bin/sh
 
# -e: 显示所有进程 -f: 显示pid 和 ppid（parent pid）
ps -eaf
 
# 查看容器进程在宿主机下的进程信息
docker top [containerName]
 
# 打印容器内进程 PID 为 1 的 STDOUT
docker logs [containerName]

Docker 镜像

镜像（Image）的设计使得 Docker 从以往的容器技术中脱颖而出，Image 本质上就是一个压缩包，通常由一个完整的操作系统的文件目录组成。无论在什么环境下使用这个压缩包，都可以得到你本地测试时完全一样的环境！

这就是 Docker 镜像的精髓。

• 镜像是一个只读模板，用于创建容器。镜像分层（layers）构建，而定义这些层次的文件叫 Dockerfile
• 镜像就是分层的文件系统，镜像通过挂载到容器生效
  • ROOT fileSystem：如：ubuntu/centOS/debian
  • USER fileSystem：/home/user
  • App fileSystem：如：nodejs/java/python…
• 镜像一层一层往上叠加，内容为增量更新，为了支持写操作，镜像最上层为可读写层，其他层面都为只读层
• 底层镜像层可以被多个容器共享，可反复读取与启动

总结

1. 云原生是什么

• 云原生是一种基于云的应用开发和部署的方法论
• 云原生的底座是容器 + 容器编排

2. 虚拟机和容器

• 虚拟机基于硬件虚拟化提供了完整隔离环境
• 容器基于操作系统虚拟化，轻量、可移植开发环境

3. Namespace 提供隔离环境

• User Namespace
• Network NameSpace
• PID NameSpace
• Mount NameSpace

4. docker 容器

• 基于 NameSpace 提供单独隔离环境
• 通过 exec 和 attach 可以进入容器调试
• 神奇的 pid 1

5. docker 镜像

• 镜像是分层的文件系统，用于创建容器
• 镜像支持增量更新，下层镜像只读，最上层可读写
• 镜像文件分为静态文件系统和元文件信息

6. 更多

• docker 网络通信
• docker 监控
• …