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容器技術(shù)為啥能這樣“火”
近幾年，容器技術(shù)的發(fā)展呈火爆態(tài)勢，儼然一顆快速升起的新星。從目前發(fā)展趨勢看，容器技術(shù)的發(fā)展正在改變傳統(tǒng)的虛擬機應用和軟件開發(fā)與部署方式。相對虛擬化技術(shù)，容器技術(shù)對系統(tǒng)資源的占用率更低，是一種原生應用架構(gòu)。在軟件開發(fā)與部署方面，容器技術(shù)通過打包應用及其依賴包，將應用變成一種標準化的、可移植的、自管理的組件，能在任何主流系統(tǒng)中開發(fā)、調(diào)試和運行。除此之外，面對蓬勃發(fā)展的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用需求，容器和微服務(wù)的完美組合，滿足了碎片化工業(yè)場景的應用需求，工業(yè)PaaS平臺開發(fā)能力也得以重構(gòu)。為什么追捧容器技術(shù)
在英文中容器被譯為“Container”，與“集裝箱”使用的是同一個單詞，解釋為一種可以裝貨的容器或盒子。對于容器的概念，有人會覺得難以理解。但是如果將容器換做集裝箱，理解起來會更簡單。從本質(zhì)上講，“容器”和“集裝箱”沒有太大區(qū)別，不同的是容器打包的是“應用及其依賴的包”，讓應用變成一種標準化的組件，擺脫與系統(tǒng)之間的緊耦合關(guān)系，能在任何主流系統(tǒng)中開發(fā)、調(diào)試和運行。
2013年，隨著開源應用容器引擎Docker第一個版本的發(fā)布，容器這種能夠打包應用和隔離運行環(huán)境的技術(shù)就引起了開發(fā)者的高度關(guān)注。由此推動容器技術(shù)就進入了快速發(fā)展期，這背后的動力源自于越來越多的碎片化工業(yè)應用和分布式部署需求。
回顧十年前，那時候的制造企業(yè)更多關(guān)注的是ERP、PLM、CRM等大型應用軟件的開發(fā)和部署，這些軟件模塊多，功能復雜，開發(fā)周期長，實施過程復雜，而且采用集中式應用部署方式。在平臺的選擇上，主要以傳統(tǒng)服務(wù)器為主，應用軟件和平臺系統(tǒng)之間是緊耦合關(guān)系，并不存在應用迭代和平臺遷移需求。
但近年來，隨著智能制造的推進，企業(yè)開始關(guān)注工廠的智能化轉(zhuǎn)型，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，不同企業(yè)的工廠生產(chǎn)特點各不相同，而且呈現(xiàn)出的是零散和碎片化的個性化應用需求，部署環(huán)境也存在多樣性，如虛擬化服務(wù)器、公有云、私有云等。因此，要像ERP、PLM、CRM等軟件開發(fā)和應用那樣，利用傳統(tǒng)的軟件開發(fā)手段針對極具個性化的工業(yè)應用場景打造通用化的應用軟件，其實并不可行。而且在傳統(tǒng)的應用開發(fā)和部署模式下，應用軟件與部署環(huán)境之間存在緊耦合依賴關(guān)系，對應用在運行過程中的動態(tài)遷移，以及不同服務(wù)在不同環(huán)境中的適配帶來了巨大挑戰(zhàn)。因此，像容器這種能通過打包應用及依賴包，實現(xiàn)“一次開發(fā)，到處運行”的技術(shù)受到了用戶的積極追捧。
主流容器技術(shù)Docker
近年來，以Docker為代表的容器技術(shù)已經(jīng)深入人心，無論是傳統(tǒng)IT企業(yè)還是互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，商業(yè)巨擘亦或是初創(chuàng)公司，大家都以飽滿的熱情投入到Docker容器技術(shù)的討論和探索中來，圍繞Docker相關(guān)的技術(shù)，不僅有像微軟、IBM、Amazon和Google等國際著名云廠商支持Docker技術(shù)，國內(nèi)像騰訊，阿里，百度等也相繼加入Docker的陣營。國內(nèi)基于Docker的成功應用案例也逐漸開始浮出水面。為構(gòu)建具備彈性擴展能力的PaaS平臺提供了很多值得借鑒的寶貴經(jīng)驗。虛擬機和Docker比較
從結(jié)構(gòu)來看，虛擬機的操作系統(tǒng)和Hypervisor在Docker中已經(jīng)被Docker引擎所取代。虛擬機實現(xiàn)資源隔離的方式是利用Hypervisor虛擬化服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、IO等設(shè)備。而Docker就簡單得多，Docker引擎可以看成Linux的namespace、cgroup和鏡像管理文件系統(tǒng)的封裝，Docker并沒有和虛擬機一樣利用一個完全獨立的操作系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境隔離，利用的是目前l(fā)inux內(nèi)核本身支持的容器方式實現(xiàn)的資源和環(huán)境隔離，簡單的來說，Docker就是利用namespace實現(xiàn)的系統(tǒng)環(huán)境的隔離，利用cgroup實現(xiàn)資源限制，利用鏡像實現(xiàn)根環(huán)境的的隔離。內(nèi)核虛擬化技術(shù)
具體來講，Docker底層的核心技術(shù)包括Libcontainer（LXC），這是一種內(nèi)核虛擬化技術(shù)，可以提供輕量級的虛擬化，以便隔離進程和資源。LXC的兩大組件包括命名空間（Namespaces），由IBM貢獻，以及控制組（Control groups），由Google貢獻。
命名空間（Namespaces）是Linux內(nèi)核一個強大的特性。每個容器都有自己單獨的命名空間，運行在其中的應用都像是在獨立的操作系統(tǒng)中運行一樣。命名空間保證了容器之間彼此互不影響，包含容器間PID資源隔離、網(wǎng)絡(luò)隔離、IPC資源隔離、文件目錄隔離、主機名和域名隔離、用戶和組的隔離。
控制組（cgroups）主要用來對共享資源進行隔離、限制、審計等。只有能控制分配到容器的資源，才能避免當多個容器同時運行時的對系統(tǒng)資源的競爭?？蓪θ萜魇褂玫腃PU、內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)等資源進行管理控制。
正如所有應用都需要文件系統(tǒng)支撐一樣，Docker采用AUFS文件系統(tǒng)，一種分層、輕量級并且高性能的文件系統(tǒng)，它支持對文件系統(tǒng)的修改作為一次提交來一層層的疊加，同時可以將不同目錄掛載到同一個虛擬文件系統(tǒng)下。Docker的AUFS文件系統(tǒng)分為兩層，只有最上層是可讀寫的（Container），其他的層只具有讀權(quán)限（Image）。文件系統(tǒng)的修改
比如容器已經(jīng)對A應用及其動態(tài)庫打包，而隨著應用需求的變化，企業(yè)需要在這個容器A進行修改，這個時候的做法是：只需要將需要將新的應用和動態(tài)庫進行打包并推送到容器鏡像庫，在原有的容器A的基礎(chǔ)上進行疊加和更新即可，極大的降低了應用重新開發(fā)和部署的難度。
從性能上看，由于Docker有著比虛擬機更少的抽象層，不需要Hypervisor實現(xiàn)硬件資源虛擬化，運行在Docker容器上的程序直接使用的都是實際物理機的硬件資源，減少了加載操作系統(tǒng)內(nèi)核的時間和資源的消耗，因此，在CPU、內(nèi)存等資源利用率上更有優(yōu)勢。比如容器啟動時間是秒級，而虛擬機都是分鐘級，硬盤使用一般為MB計算，而虛擬機大多是GB級的空間占用，在性能上，容器更接近原生，單機就能支持上千個，遠多于虛擬機的幾十個。Docker與虛擬機啟動的時間及資源消耗的比較
從應用層面看，容器技術(shù)有兩個主要優(yōu)勢：一是“一次構(gòu)建、到處運行”。二是“增量更新、快速回退”。這兩個優(yōu)勢極大的降低了軟件開發(fā)和運維難度，也推動了持續(xù)集成和部署（DevOps）模式的發(fā)展。持續(xù)發(fā)布平臺
對開發(fā)和運維人員來說，最希望的就是一次創(chuàng)建或配置，可以在任意地方正常運行。開發(fā)者可以使用一個標準的鏡像來構(gòu)建一套開發(fā)容器，開發(fā)完成之后，運維人員可以直接使用這個容器來部署代碼。由于Docker很輕很快，可以快速創(chuàng)建容器，快速迭代應用程序，并讓整個過程全程可見，使團隊中的其他成員更容易理解應用程序是如何創(chuàng)建和工作的。
后記
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為推進企業(yè)智能制造型重要使能平臺，已經(jīng)受到了企業(yè)的廣泛關(guān)注。然而面對工業(yè)生產(chǎn)過程中的個性化需求，傳統(tǒng)應用開發(fā)手段已經(jīng)無法支撐起碎片化和專業(yè)化的工業(yè)應用場景開發(fā)需求。而以容器和微服務(wù)為代表的新興技術(shù)正在成為構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)PaaS平臺的新選擇。容器技術(shù)是極具顛覆性的計算機資源隔離技術(shù)，不僅對CPU、存儲的額外開銷非常小，還可以實現(xiàn)秒級的開啟和關(guān)閉。對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應用的開發(fā)，容器技術(shù)已經(jīng)成為實際上封裝、分發(fā)和運行標準。
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