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一文看懂，云計算、虛擬化和容器
“云計算”這個詞，相信大家都非常熟悉。作為信息科技發(fā)展的主流趨勢，它頻繁地出現(xiàn)在我們的眼前。伴隨它一起出現(xiàn)的，還有這些概念名詞——OpenStack、Hypervisor、KVM、Docker、K8S
這些名詞概念，全部都屬于云計算技術(shù)領(lǐng)域的范疇。對于初學(xué)者來說，理解這些概念的具體含義并不是一件容易的事情。所以，今天這篇文章將給大家做一個通俗易懂的介紹，解釋這些云計算概念以及它們之間的關(guān)系，希望對大家入門有所幫助。什么是云計算
在介紹那些古怪名詞之前，我先介紹一下云計算。
以前電腦被發(fā)明的時候，還沒有網(wǎng)絡(luò)，每個電腦（PC），就是一個單機。這臺單機，包括CPU、內(nèi)存、硬盤、顯卡等硬件。用戶在單機上，安裝操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，完成自己的工作。
后來，有了網(wǎng)絡(luò)（Network），單機與單機之間，可以交換信息，協(xié)同工作。
再后來，單機性能越來越強，就有了服務(wù)器（Server）。人們發(fā)現(xiàn)，可以把一些服務(wù)器集中起來，放在機房里，然后讓用戶通過網(wǎng)絡(luò)，去訪問和使用機房里的計算機資源。
再再后來，小型網(wǎng)絡(luò)變成了大型網(wǎng)絡(luò)，就有了互聯(lián)網(wǎng)（Internet）。小型機房變成了大型機房，就有了IDC（Internet Data Center，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）。
當(dāng)越來越多的計算機資源和應(yīng)用服務(wù)（Application，例如看網(wǎng)頁，下電影）被集中起來，就變成了——“云計算（Cloud Computing）”。無數(shù)的大型機房，就成了“云端”。云計算的道理是簡單的，說白了，就是把計算機資源集中起來，放在網(wǎng)絡(luò)上。但是，云計算的實現(xiàn)方式，就非常復(fù)雜了。
舉個例子，如果你只是在公司小機房擺了一個服務(wù)器，開個FTP下載服務(wù)，然后用于幾個同事之間的電影分享，當(dāng)然是很簡單的。如果是“雙11”的淘寶購物節(jié)，全球幾十億用戶訪問阿里巴巴的淘寶網(wǎng)站，單日幾十PB（1PB=1024TB=1024×1024GB）的訪問量，每秒幾百GB的流量……這個，就不是幾根網(wǎng)線幾臺服務(wù)器能解決的了。
這時，需要設(shè)計一個超大容量、超高并發(fā)（同時訪問）、超快速度、超強安全的云計算系統(tǒng)，才能滿足業(yè)務(wù)平穩(wěn)運行的要求。這才是云計算的復(fù)雜之處。
剛才說了，我們把計算機資源放在云端。這個計算機資源，實際上分為好幾種層次：第一層次，是最底層的硬件資源，主要包括CPU（計算資源），硬盤（存儲資源），還有網(wǎng)卡（網(wǎng)絡(luò)資源）等。
第二層次，要高級一些，我不打算直接使用CPU、硬盤、網(wǎng)卡，我希望你把操作系統(tǒng)（例如Windows、Linux）裝好，把數(shù)據(jù)庫軟件裝好，我再來使用。
第三層次，更高級一些，你不但要裝好操作系統(tǒng)這些基本的，還要把具體的應(yīng)用軟件裝好，例如FTP服務(wù)端軟件、在線視頻服務(wù)端軟件等，我可以直接使用服務(wù)。這三種層次，就是大家經(jīng)常聽到的IaaS、Paas、SaaS。SaaS: Software-as-a-Service（軟件即服務(wù)）
PaaS: Platform-as-a-Service（平臺即服務(wù)）
IaaS: Infrastructure-as-a-Service（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）
再補一張圖，可能更直觀：目前主流的云計算服務(wù)提供商，例如亞馬遜AWS、阿里云、華為云、天翼云、騰訊云，說白了，都是為大家提供以上三個層次的云資源。你想要什么，它們就提供什么。你想要多少，它們就提供多少。這么多樣化多層次的云計算服務(wù)，阿里、華為們又是怎么提供的呢？
難道說，是人工安排？——
如果你要八核CPU、16GB內(nèi)存、500GB硬盤的服務(wù)器，阿里臨時安排工程師幫你組裝？如果你要裝CentOS 7.2（一種類Linux操作系統(tǒng)），MySQL 5.5.60（一種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)），阿里也臨時讓工程師幫你安裝配置？
這顯然是不可能的，耗不起人力，也等不起時間。于是，就有了各種軟件和平臺，負(fù)責(zé)對資源進(jìn)行快速調(diào)用和集中管理。
什么是虛擬化
如果要對物理資源進(jìn)行管理，第一步，就是“虛擬化”。
虛擬化是云計算的基礎(chǔ)。簡單來說，虛擬化就是在一臺物理服務(wù)器上，運行多臺“虛擬服務(wù)器”。這種虛擬服務(wù)器，也叫虛擬機（VM，Virtual Machine）。從表面來看，這些虛擬機都是獨立的服務(wù)器，但實際上，它們共享物理服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、硬件、網(wǎng)卡等資源。物理機，通常稱為“宿主機（Host）”。虛擬機，則稱為“客戶機（Guest）”。誰來完成物理資源虛擬化的工作呢？就是大名鼎鼎的?Hypervisor?。Hypervisor，漢譯過來是“超級監(jiān)督者”，也叫做VMM（Virtual Machine Monitor，虛擬機監(jiān)視器）。它不是一款具體的軟件，而是一類軟件的統(tǒng)稱。Hypervisor分為兩大類：第一類，hypervisor直接運行在物理機之上。虛擬機運行在hypervisor之上；
第二類，物理機上安裝正常的操作系統(tǒng)（例如Linux或Windows），然后在正常操作系統(tǒng)上安裝hypervisor，生成和管理虛擬機。像VMware、KVM、Xen、Virtual Box，都屬于Hypervisor。
VMware大家應(yīng)該很熟悉，就是VMware Workstation。學(xué)習(xí)Linux的話，很多人都是在windows系統(tǒng)下安裝WMware，然后創(chuàng)建Linux虛擬機。但是，真正厲害的，是?KVM（kernel-based virtual machine，基于Linux內(nèi)核的虛擬機）。它是目前最熱門最受追捧的虛擬化方案。KVM這樣的Hypervisor軟件，實際上是提供了一種虛擬化能力，模擬CPU的運行，更為底層。但是它的用戶交互并不良好，不方便使用。于是，為了更好地管理虛擬機，就需要OpenStack這樣的云管理平臺。
OpenStack有點像個商店，負(fù)責(zé)管理商品（計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源等），賣給用戶，但它本身不制造商品（不具備虛擬化能力），它的商品，來自于KVM。當(dāng)然，如果不用KVM，也可以用Xen等其它hypervisor。
上面所說的幾個概念，包括VM、KVM、OpenStack等，都主要屬于IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）。
什么是容器
繼續(xù)往下說。那么，容器是什么呢？大佬們經(jīng)常說的Docker和K8S，又是什么呢？
前面我們介紹了虛擬化。人們在使用虛擬化一段時間后，發(fā)現(xiàn)它存在一些問題：不同的用戶，有時候只是希望運行各自的一些簡單程序，跑一個小進(jìn)程。為了不相互影響，就要建立虛擬機。如果建虛擬機，顯然浪費就會有點大，而且操作也比較復(fù)雜，花費時間也會比較長。而且，有的時候，想要遷移自己的服務(wù)程序，就要遷移整個虛擬機。顯然，遷移過程也會很復(fù)雜。
有沒有辦法更靈活快速一些呢？有，這就引入了“容器（Container）”。
容器也是虛擬化，但是屬于“輕量級”的虛擬化。它的目的和虛擬機一樣，都是為了創(chuàng)造“隔離環(huán)境”。但是，它又和虛擬機有很大的不同——虛擬機是操作系統(tǒng)級別的資源隔離，而容器本質(zhì)上是進(jìn)程級的資源隔離。虛擬化 VS 容器而大家常聽說的Docker，就是創(chuàng)建容器的工具，是應(yīng)用容器引擎。Docker的中文意思，就是碼頭工人。而它的LOGO，就是一只鯨魚背著很多貨柜箱。
相比于傳統(tǒng)的虛擬機，Docker的優(yōu)勢很明顯，它啟動時間很快，是秒級，而且對資源的利用率很高（一臺主機可以同時運行幾千個Docker容器）。此外，它占的空間很小，虛擬機一般要幾GB到幾十GB，而容器只需要MB級甚至KB級。除了Docker對容器進(jìn)行創(chuàng)建之外，我們還需要一個工具對容器進(jìn)行編排，這個工具就是K8S。
K8S，就是Kubernetes，中文意思是舵手或?qū)Ш絾T。Kubernetes這個單詞很長，所以大家把中間8個字母縮寫成8，就成了K8S。K8S是一個容器集群管理系統(tǒng)，主要職責(zé)是容器編排（Container Orchestration）——啟動容器，自動化部署、擴展和管理容器應(yīng)用，還有回收容器。
簡單來說，K8S有點像容器的保姆。它負(fù)責(zé)管理容器在哪個機器上運行，監(jiān)控容器是否存在問題，控制容器和外界的通信，等等。通過下面這張K8S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，就能夠看出K8S和容器之間的關(guān)系。除了K8S之外，還有很多種容器管理平臺，例如Compose，Marathon，Swarm，Mesos等。Docker和K8S，關(guān)注的不再是基礎(chǔ)設(shè)施和物理資源，而是應(yīng)用層，所以，就屬于PaaS。明白了吧？
正如文章開頭所說，今天主要是介紹KVM、Hypervisor、OpenStack、Docker、K8S這些名詞的意思，它們在云計算系統(tǒng)中的位置，以及它們之間的關(guān)系。云計算涉及到大量的需求。同一個需求，會有很多不同的技術(shù)來實現(xiàn)。同一個技術(shù)，往往又有多個不同的廠家互相競爭。所以，概念和名詞就會特別多，發(fā)展變化也會很快。
不管怎么說，梳理清楚最關(guān)鍵的名詞概念，是學(xué)好云計算的第一步。
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