一文了解docker與k8s

其實(shí) Docker 和 k8s 并非直接的競爭對手兩者相互依存。 Docker 是一個(gè)容器化平臺，而 k8s 是 Docker 等容器平臺的協(xié)調器。

1、容器化時(shí)代

（1）虛擬化技術(shù)已經(jīng)走過(guò)是三個(gè)時(shí)代，沒(méi)有容器化技術(shù)的研究就不會(huì )有Docker技術(shù)的誕生。

1）物理機時(shí)代： 多個(gè)應用程序排在一臺機器上。

2）虛擬機時(shí)代：一臺物理機器安裝多個(gè)虛擬機(VM),一個(gè)虛擬機跑多個(gè)程序。

3）容器化時(shí)代：一臺物理機器安裝多個(gè)容器實(shí)例(Container),一個(gè)容器跑多個(gè)程序。

（2）容器化解決了什么問(wèn)題？

用一段話(huà)描述：

測試人員：你這個(gè)功能有問(wèn)題。

開(kāi)發(fā)人員：我本地是好的呀！

開(kāi)發(fā)人員編寫(xiě)代碼，在自己本地環(huán)境測試完成后，將代碼部署到測試或生產(chǎn)環(huán)境中經(jīng)常會(huì )遇到各種各樣的問(wèn)題。明明本地完美運行的代碼為什么部署后出現很多 bug，原因有很多：不同的操作系統、不同的依賴(lài)庫等?？偨Y一句話(huà)：因為本地環(huán)境和遠程環(huán)境不一致。

容器化技術(shù)正好解決了這一關(guān)鍵問(wèn)題，它將軟件程序和運行的基礎環(huán)境分開(kāi)。開(kāi)發(fā)人員編碼完成后將程序打包到一個(gè)容器鏡像中，鏡像中詳細列出了所依賴(lài)的環(huán)境，在不同的容器中運行標準化的鏡像，從根本上解決了環(huán)境不一致的問(wèn)題。

注：容器的概念已經(jīng)出現不短的時(shí)間。但直到 2013 年開(kāi)源項目 Docker 的出現才極大推廣了容器這項技術(shù)，并推動(dòng)了軟件開(kāi)發(fā)中容器化和微服務(wù)的趨勢，這種趨勢后來(lái)被稱(chēng)為云原生開(kāi)發(fā)。

2、容器化技術(shù)解決的核心問(wèn)題

可移植性：不依賴(lài)具體的操作系統或云平臺，比如在阿里云或騰訊云直接隨意遷移。

占地?。喝萜髦恍枰鋺贸绦蛞约八枰\行的所有容器和庫的依賴(lài)清單，不需要將所有的依賴(lài)庫都打包在一起。

共享 bin 和 lib：不同的容器可以共享 bin 和 lib，進(jìn)一步節省了空間。

3、docker的出現

2010 年一位年輕小伙子在美國舊金山成立了一家名叫【dotCloud】的公司， 開(kāi)發(fā)了 Docker 的核心技術(shù)，從此開(kāi)啟了容器技術(shù)的時(shí)代。后面 dotCloud 公司將自己的容器技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)化和標準化，取名為 Docker，就是大家熟悉的鯨魚(yú) logo。

2013 年 dotCloud 公司宣布將 Docker 開(kāi)源，隨著(zhù)越來(lái)越多的工程師發(fā)現了它的優(yōu)點(diǎn)， Docker 的人氣迅速攀升，成為當時(shí)最火爆的開(kāi)源技術(shù)之一。

當前有 30％ 以上的企業(yè)在其 AWS 環(huán)境中使用 Docker，并且這個(gè)數字還在繼續增長(cháng)。

此時(shí)的 Docker，已經(jīng)成為行業(yè)里人氣最火爆的開(kāi)源技術(shù)，沒(méi)有之一。甚至像 Google、微軟、Amazon、VMware 這樣的巨頭，都對它青睞有加，表示將全力支持。

Docker 火了之后，dotCloud 公司干脆把公司名字也改成了 Docker Inc. 。

Docker 和容器技術(shù)為什么會(huì )這么火爆？說(shuō)白了，就是因為它 “輕”。在容器技術(shù)之前，業(yè)界的網(wǎng)紅是虛擬機。虛擬機技術(shù)的代表，是 VMWare 和 OpenStack 。

相信很多人都用過(guò)虛擬機。虛擬機，就是在你的操作系統里面，裝一個(gè)軟件，然后通過(guò)這個(gè)軟件，再模擬一臺甚至多臺“子電腦”出來(lái)。

在 “子電腦” 里，你可以和正常電腦一樣運行程序，例如登錄 QQ。如果你愿意，你可以變出好幾個(gè) “子電腦”，里面都登錄上 QQ?！白与娔X” 和 “子電腦” 之間，是相互隔離的，互不影響。

虛擬機屬于虛擬化技術(shù)。而 Docker 這樣的容器技術(shù)，也是虛擬化技術(shù)，屬于輕量級的虛擬化。

虛擬機雖然可以隔離出很多 “子電腦”，但占用空間更大，啟動(dòng)更慢，虛擬機軟件可能還要花錢(qián)（例如：VMWare）。

而容器技術(shù)恰好沒(méi)有這些缺點(diǎn)。它不需要虛擬出整個(gè)操作系統，只需要虛擬一個(gè)小規模的環(huán)境（類(lèi)似 “沙箱”）。Docker 可以輕松創(chuàng )建容器和基于容器的應用程序，最初是為 Linux 構建的，現在也可以在 Windows 和 MacOS 上運行。

它啟動(dòng)時(shí)間很快，幾秒鐘就能完成。而且，它對資源的利用率很高（一臺主機可以同時(shí)運行幾千個(gè) Docker 容器）。此外，它占的空間很小，虛擬機一般要幾 GB 到幾十 GB 的空間，而容器只需要 MB 級甚至 KB 級。

正因為如此，容器技術(shù)受到了熱烈的歡迎和追捧，發(fā)展迅速。大家需要注意，Docker 本身并不是容器，它是創(chuàng )建容器的工具，是應用容器引擎。想要搞懂 Docker，其實(shí)看它的兩句口號就行。

第一句，是 “Build, Ship and Run”。

第二句口號則是：“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，包含文件以及運行環(huán)境等等資源；

Ship（運輸鏡像）：在宿主機和倉庫間進(jìn)行運輸，這里倉庫就像是超級碼頭；

Run（運行鏡像）：運行的鏡像就是一個(gè)容器，容器就是運行程序的地方。

說(shuō)白了，這個(gè) Docker 鏡像，是一個(gè)特殊的文件系統。它除了提供容器運行時(shí)所需的程序、庫、資源、配置等文件外，還包含了一些為運行時(shí)準備的一些配置參數（例如：環(huán)境變量）。鏡像不包含任何動(dòng)態(tài)數據，其內容在構建之后也不會(huì )被改變。

綜上所述，Docker 的運行過(guò)程，也就是去倉庫把鏡像拉到本地，然后用執行命令把鏡像運行起來(lái)變成容器，這也就是為什么人們常常將 Docker 稱(chēng)為碼頭工人或碼頭裝卸工。

負責對 Docker 鏡像進(jìn)行管理的，是 Docker Registry 服務(wù)（類(lèi)似倉庫管理員）。當然，不是任何人建的任何鏡像都是合法的。萬(wàn)一有人構建的鏡像存在問(wèn)題呢？所以，Docker Registry 服務(wù)對鏡像的管理是非常嚴格的。最常使用的 Registry 公開(kāi)服務(wù)，是官方的 Docker Hub，這也是默認的 Registry，并擁有大量的高質(zhì)量的官方鏡像。

4、Docker如何使用

其實(shí)大多數人談?wù)?Docker 時(shí)說(shuō)的是 Docker Engine，這只是一個(gè)構建和運行的容器。

在運行容器前需要編寫(xiě) Docker File，通過(guò) dockerFile 生成鏡像，然后才能運行 Docker 容器。

Docker File 定義了運行鏡像（image）所需的所有內容，包括操作系統和軟件安裝位置。一般情況下都不需要從頭開(kāi)始編寫(xiě) Docker File，在 Docker Hub 中有來(lái)自世界各地的工程師編寫(xiě)好的鏡像，你可以基于此修改。

??此外，Docker 容器提供了一種構建企業(yè)應用程序和業(yè)務(wù)流程應用程序的方法，這些應用程序比傳統應用程序更容易安裝、維護和移動(dòng)。

?Docker 容器支持隔離：Docker 容器使應用程序不僅彼此隔離，而且與底層系統隔離。這不僅使軟件棧更干凈，而且更容易使容器化應用程序使用系統資源，例如 CPU、GPU、內存、I/O、網(wǎng)絡(luò )等，它還可以確保數據和代碼保持獨立。

?Docker 容器支持可移植性：Docker 容器在支持容器運行環(huán)境的任何機器上運行。應用程序不必綁定到主機操作系統，因此可以保持應用程序環(huán)境和底層操作環(huán)境的整潔和最小化。

例如，采用容器的 MySQL 將在大多數支持容器的 Linux 系統上運行，應用程序的所有依賴(lài)項通常都在同一個(gè)容器中提供?；谌萜鞯膽贸绦蚩梢暂p易從 on-prem 系統遷移到云環(huán)境中，或從開(kāi)發(fā)人員的筆記本電腦移到服務(wù)器上，只要目標系統支持 Docker 以及可能與之一起使用的任何第三方工具，比如 Kubernetes。

?通常，Docker 容器鏡像必須為特定的平臺構建。例如 Windows 容器不能在 Linux 上運行，反之亦然；以前，繞過(guò)此限制的一種方法是啟動(dòng)運行所需操作系統實(shí)例的虛擬機，并在虛擬機中運行容器。

然而 Docker 團隊后來(lái)設計了一個(gè)更優(yōu)雅的解決方案，稱(chēng)為 manifest，它允許多個(gè)操作系統的鏡像并行打包。盡管 manifest 還處于試驗階段，但這暗示了容器可能成為跨平臺應用程序解決方案和跨環(huán)境應用程序解決方案。

?Docker 容器支持可組合性：大多數業(yè)務(wù)應用程序由幾個(gè)獨立的組件組成，web 服務(wù)器、數據庫和 cache 緩存。Docker 容器可以將這些部件組合成一個(gè)容易更換的功能單元。每個(gè)部分由不同的容器提供，可以獨立于其他容器進(jìn)行維護、更新、交換和修改。

?? 這本質(zhì)上是應用程序設計的微服務(wù)模型。通過(guò)將應用程序功能劃分為獨立的、自包含的服務(wù)，微服務(wù)模型為過(guò)程緩慢的傳統開(kāi)發(fā)和單一僵化的應用程序提供了一種解決方案，輕量級和便攜式容器使構建和維護基于微服務(wù)的應用程序變得更加容易。

5、編排系統的需求催生了k8s

盡管 Docker 為容器化的應用程序提供了開(kāi)放標準，但隨著(zhù)容器越來(lái)越多出現了一系列新問(wèn)題：

如何協(xié)調、調度和管理這些容器？

如何在升級應用程序時(shí)不中斷服務(wù)？

如何監視應用程序的運行狀況？

如何批量重新啟動(dòng)容器里的程序？

解決這些問(wèn)題需要容器編排技術(shù)，可以將眾多機器抽象，對外呈現出一臺超大機器?，F在業(yè)界比較流行的有：k8s、Mesos、Docker Swarm。

在業(yè)務(wù)發(fā)展初期只有幾個(gè)微服務(wù)，這時(shí)用 Docker 就足夠了，但隨著(zhù)業(yè)務(wù)規模逐漸擴大，容器越來(lái)越多，運維人員的工作越來(lái)越復雜，這個(gè)時(shí)候就需要編排系統解救 opers。

一個(gè)成熟的容器編排系統需要具備以下能力：

處理大量的容器和用戶(hù)

負載均衡

鑒權和安全性

管理服務(wù)通信

多平臺部署

其中，K8S，就是基于容器的集群管理平臺，它的全稱(chēng)，是 kubernetes。

和 Docker 不同，K8S 的創(chuàng )造者，是眾人皆知的行業(yè)巨頭——Google。

然而，K8S 并不是一件全新的發(fā)明。它的前身，是 Google 自己搗鼓了十多年的 Borg 系統。K8S 是 Google 研發(fā)的容器協(xié)調器，已捐贈給 CNCF，現已開(kāi)源。

Google 利用在容器管理多年的經(jīng)驗和專(zhuān)業(yè)知識推出了 k8s，主要用于自動(dòng)化部署應用程序容器，可以支持眾多容器化工具包括現在非常流行的 Docker。

目前 k8s 是容器編排市場(chǎng)的領(lǐng)導者，開(kāi)源并公布了一系列標準化方法，主流的公有云平臺都宣布支持。

一流的廠(chǎng)商都在搶占標準的制高點(diǎn)，一堆小廠(chǎng)商跟著(zhù)一起玩，這就叫生態(tài)了。

6、k8s架構和組件

k8s 由眾多組件組成，組件間通過(guò) API 互相通信，歸納起來(lái)主要分為三個(gè)部分：

controller manager

nodes

pods

Controller Manager，即控制器管理器，用于調度程序以及節點(diǎn)狀態(tài)檢測(是k8s的大腦)。

Nodes，構成了 Kubernetes 集群的集體計算能力，實(shí)際部署容器運行的地方。

Pods，Kubernetes 集群中資源的最小單位。

下圖是 Kubernetes 集成 Jenkins 實(shí)現 CICD（一圖勝千言，需要對其有一個(gè)大致的認識）：

而下圖則是 GitLab + Jenkins Pipeline + Doker + k8s + Helm 自動(dòng)化部署：

7、k8s與Docker Swarm江湖恩怨

Docker Swarm 與 k8s 同為容器編排技術(shù)。

如果非要拿Docker和k8s進(jìn)行比較，其實(shí)更應該拿Docker Swarm和k8s比較。

Docker Swarm是Docker自駕針對集群化部署管理的解決方案。優(yōu)點(diǎn)很明顯，可以更緊密集成到Docker生態(tài)系統中。雖說(shuō)Swarm和Docker血緣更近，但是由于商業(yè)、生態(tài)等原因依舊沒(méi)有k8s流行。

8、Docker與k8s難舍難分

Docker和k8s在業(yè)界非常流行，已經(jīng)是事實(shí)上的標準了。

Docker是用于構建、分發(fā)、運行()容器的平臺和工具。

而k8s實(shí)際上是一個(gè)使用Docker容器進(jìn)行編排的系統，主要圍繞pods進(jìn)行工作。Pods是k8s生態(tài)中最小的調度單位，可以包含一個(gè)或多個(gè)容器。

Docker和k8s分別做不通的事情，兩者是協(xié)同關(guān)系。

9、開(kāi)發(fā)實(shí)踐

（1）不用k8s可以使用docker嗎？

可以。對于一些小型公司、業(yè)務(wù)不太復雜的情況下都是可以直接使用docker的。盡管k8s有很多好處，但是眾所周知它非常復雜，簡(jiǎn)單業(yè)務(wù)完全可以放棄使用k8s。但是當業(yè)務(wù)達到一定規模后可能還是要借助k8s才行。

（2）沒(méi)有Docker可以使用k8s嗎？

k8s展示一個(gè)容器編排器，沒(méi)有容器拿什么編排？？

k8s經(jīng)常與Docker進(jìn)行搭配使用，但是也可以使用其他容器，如RunC、Containerted等。

（3）Docker Swarm和k8s怎么選？

選k8s。2019 年底 Docker Enterprise 已經(jīng)出售給 Mirantis，Mirantis 聲明要逐步淘汰 Docker Swarm，后續會(huì )將 k8s 作為默認編排工具。

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(shuō)的是kubelet是通過(guò)一個(gè)叫做dockershim的模塊實(shí)現對docker的支持，然后以后版本會(huì )移除這個(gè)dockershim模塊。

典型的k8s runtime架構(dockershim)

關(guān)于dockershim是什么還要從k8s發(fā)布之初和docker的關(guān)系說(shuō)起。k8s在發(fā)布之初，docker在容器實(shí)現方面占據壟斷地位。為了迎合主流，kubernetes官網(wǎng)也率先使用docker作為底層容器的實(shí)現。

注： shim 顧名思義就是 “墊片”的意思。

2016年12月k8s發(fā)布CRI(Container Runtime Interface)，很重要的一個(gè)考量就是為了避免后續兼容其他運行時(shí)帶來(lái)的維護工作，所以發(fā)布了統一的CRI接口。這樣凡是支持CRI的運行時(shí)，皆可以直接作為k8s的底層運行時(shí)。

所以之前的架構是：

Kubelet 通過(guò)CRI接口調用dockershim請求創(chuàng )建容器；

dockershim把創(chuàng )建容器的請求轉換成docker daemon的請求往docker創(chuàng )建一個(gè)容器；

這時(shí)候把容器創(chuàng )建請求請求到使用CRI實(shí)現的containerd；

containerd通過(guò)OCI調用containerd-shim然后進(jìn)而使用操作系統底層實(shí)現容器的創(chuàng )建 ；

看到這兒，相信大家就知道官網(wǎng)為什么要移除dockershim了?。?！

因為這個(gè)調用合著(zhù)需要經(jīng)過(guò)兩個(gè)劃水的dockershim和docker daemon。kubelet直接調用containerd就完事了。于是就有了如下新架構：

        總結來(lái)說(shuō)，k8s啟用的其實(shí)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)，所以完全可以和docker本身做到100%兼容。k8s去除dockershim是自身發(fā)展考慮，為的是支持更通用的CRI標準，更高抽象化意味著(zhù)更好的兼容性。

        順便說(shuō)下，即便啟用docker也不代表docker就要涼了。docker帶給我們的是更新的工作流和開(kāi)發(fā)方式，一種容器化的思維。在我們的日常開(kāi)發(fā)中，docker在臨時(shí)搭建一些環(huán)境時(shí)還是可以發(fā)揮巨大作用的。

————————————————

                            版權聲明：本文為博主原創(chuàng )文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版權協(xié)議，轉載請附上原文出處鏈接和本聲明。

原文鏈接：https://blog.csdn.net/mijichui2153/article/details/136327686