10分钟看懂Docker和K8S - 知乎

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。

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（今年刚从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。

容器和虚拟机的对比

正因为如此，容器技术受到了热烈的欢迎和追捧，发展迅速。

我们具体来看看Docker。

大家需要注意，Docker本身并不是容器，它是创建容器的工具，是应用容器引擎。

想要搞懂Docker，其实看它的两句口号就行。

第一句，是“Build, Ship and Run”。

也就是，“搭建、发送、运行”，三板斧。

举个例子：

我来到一片空地，想建个房子，于是我搬石头、砍木头、画图纸，一顿操作，终于把这个房子盖好了。

结果，我住了一段时间，想搬到另一片空地去。这时候，按以往的办法，我只能再次搬石头、砍木头、画图纸、盖房子。

但是，跑来一个老巫婆，教会我一种魔法。

这种魔法，可以把我盖好的房子复制一份，做成“镜像”，放在我的背包里。

等我到了另一片空地，就用这个“镜像”，复制一套房子，摆在那边，拎包入住。

怎么样？是不是很神奇？

所以，Docker的第二句口号就是：“Build once，Run anywhere（搭建一次，到处能用）”。

Docker技术的三大核心概念，分别是：

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

我刚才例子里面，那个放在包里的“镜像”，就是Docker镜像。而我的背包，就是Docker仓库。我在空地上，用魔法造好的房子，就是一个Docker容器。

说白了，这个Docker镜像，是一个特殊的文件系统。它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（例如环境变量）。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。

也就是说，每次变出房子，房子是一样的，但生活用品之类的，都是不管的。谁住谁负责添置。

每一个镜像可以变出一种房子。那么，我可以有多个镜像呀！

也就是说，我盖了一个欧式别墅，生成了镜像。另一个哥们可能盖了一个中国四合院，也生成了镜像。还有哥们，盖了一个非洲茅草屋，也生成了镜像。。。

这么一来，我们可以交换镜像，你用我的，我用你的，岂不是很爽？

于是乎，就变成了一个大的公共仓库。

负责对Docker镜像进行管理的，是Docker Registry服务（类似仓库管理员）。

不是任何人建的任何镜像都是合法的。万一有人盖了一个有问题的房子呢？

所以，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。

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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V1.13。

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。这段不太好理解，跳过吧。

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。

是不是有点懵？唉，三言两语真的很难讲清楚，继续跳过吧。

Docker和K8S都介绍完了，然而文章并没有结束。

接下来的部分，是写给核心网工程师甚至所有通信工程师看的。

从几十年前的1G，到现在的4G，再到将来的5G，移动通信发生了翻天覆地的变化，核心网亦是如此。

但是，如果你仔细洞察这些变化，会发现，所谓的核心网，其实本质上并没有发生改变，无非就是很多的服务器而已。不同的核心网网元，就是不同的服务器，不同的计算节点。

变化的，是这些“服务器”的形态和接口：形态，从机柜单板，变成机柜刀片，从机柜刀片，变成X86通用刀片服务器；接口，从中继线缆，变成网线，从网线，变成光纤。

就算变来变去，还是服务器，是计算节点，是CPU。

既然是服务器，那么就势必会和IT云计算一样，走上虚拟化的道路。毕竟，虚拟化有太多的优势，例如前文所说的低成本、高利用率、充分灵活、动态调度，等等。

前几年，大家以为虚拟机是核心网的终极形态。目前看来，更有可能是容器化。这几年经常说的NFV（网元功能虚拟化），也有可能改口为NFC（网元功能容器化）。

以VoLTE为例，如果按以前2G/3G的方式，那需要大量的专用设备，分别充当EPC和IMS的不同网元。

VoLTE相关的网元

而采用容器之后，很可能只需要一台服务器，创建十几个容器，用不同的容器，来分别运行不同网元的服务程序。

这些容器，随时可以创建，也可以随时销毁。还能够在不停机的情况下，随意变大，随意变小，随意变强，随意变弱，在性能和功耗之间动态平衡。

简直完美！

5G时代，核心网采用微服务架构，也是和容器完美搭配——单体式架构（Monolithic）变成微服务架构（Microservices），相当于一个全能型变成N个专能型。每个专能型，分配给一个隔离的容器，赋予了最大程度的灵活。

精细化分工

按照这样的发展趋势，在移动通信系统中，除了天线，剩下的部分都有可能虚拟化。核心网是第一个，但不是最后一个。虚拟化之后的核心网，与其说属于通信，实际上更应该归为IT。核心网的功能，只是容器中普通一个软件功能而已。

至于说在座的各位核心网工程师，恭喜你们，马上就要成功转型啦！

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Created at: 2019-04-30 18:16:24
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