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領域的范疇。
對于初學者來說，理解這些概念的具體含義并不是一件容易的事情。
所以，小棗君今天這篇文章，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，每個電腦(PC)，就是一個單機。
這臺單機，包括CPU、內存、硬盤、顯卡等硬件。用戶在單機上，安裝操作系統(tǒng)和應用軟件，完成自己的工作。
后來，有了網(wǎng)絡(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，就有了服務器(Server)。人們發(fā)現(xiàn)，可以把一些服務器集中起來，放在機房里，然后讓用戶通過網(wǎng)絡，去訪問和使用機房里的計算機資源。
再再后來，小型網(wǎng)絡變成了大型網(wǎng)絡，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)。
當越來越多的計算機資源和應用服務(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
是不是覺得太簡單?別急，開始深入。
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)絡上。但是，云計算的實現(xiàn)方式，就非常復雜了。
舉個例子，如果你只是在公司小機房擺了一個服務器，開個FTP下載服務，然后用于幾個同事之間的電影分享，當然是很簡單的。
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)線幾臺服務器能解決的了。
這時，需要設計一個超大容量、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)務平穩(wěn)運行的要求。
這才是云計算的復雜之處。
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：
***層次，是***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，還要把具體的應用軟件裝好，例如FTP服務端軟件、在線視頻服務端軟件等，我可以直接使用服務。
這三種層次，就是大家經常聽到的IaaS、Paas、SaaS。
SaaS: Software-as-a-Service(軟件即服務)
PaaS: Platform-as-a-Service(平臺即服務)
IaaS: Infrastructure-as-a-Service(基礎設施即服務)
再補一張圖，可能更直觀：
目前主流的云計算服務提供商，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。
繼續(xù)，繼續(xù)。
這么多樣化多層次的云計算服務，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內存、500GB硬盤的服務器，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，負責對資源進行快速調用和集中管理。
什么是虛擬化
如果要對物理資源進行管理，***步，就是“虛擬化”。
虛擬化是云計算的基礎。簡單來說，虛擬化就是在一臺物理服務器上，運行多臺“虛擬服務器”。這種虛擬服務器，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器，但實際上，它們共享物理服務器的CPU、內存、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：
***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大家應該很熟悉，就是VMware Workstation。學習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。
關于OpenStack，我之前曾經介紹過。它有點像個商店，負責管理商品(計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡資源等)，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。當然，如果不用KVM，也可以用Xen等其它hypervisor。
OpenStack的管理界面，比命令行好多了吧?
請記住，上面所說的幾個概念，包括VM、KVM、OpenStack等，都主要屬于IaaS(基礎設施即服務)。這個不難理解吧?
什么是容器
繼續(xù)往下說。
那么，容器是什么呢?大佬們經常說的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程序，就要遷移整個虛擬機。顯然，遷移過程也會很復雜。
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，而容器本質上是進程級的資源隔離。
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對容器進行創(chuàng)建之外，我們還需要一個工具，對容器進行編排。
這個工具，就是K8S。
K8S，就是Kubernetes，中文意思是舵手或導航員。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)，主要職責是容器編排(Container Orchestration)——啟動容器，自動化部署、擴展和管理容器應用，還有回收容器。
簡單來說，K8S有點像容器的保姆。它負責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)結構圖，就能夠看出K8S和容器之間的關系。
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，關注的不再是基礎設施和物理資源，而是應用層，所以，就屬于PaaS。明白了吧?
好啦，今天就先到這里了。再說下去，估計很多人又要暈啦。
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來實現(xiàn)。同一個技術，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，梳理清楚最關鍵的名詞概念，是學好云計算的***步。
