云計(jì)算是什么樣玩的和KVM與K8S等這些名詞的意思及在云計(jì)算系統(tǒng)位置

“云計(jì)算”這個(gè)詞，相信大家都非常熟悉。

作為信息科技發(fā)展的主流趨勢(shì)，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(jì)算技術(shù)領(lǐng)域的范疇。

對(duì)于初學(xué)者來(lái)說，理解這些概念的具體含義并不是一件容易的事情。

所以，這篇文章將給大家做一個(gè)通俗易懂的介紹，解釋這些云計(jì)算概念以及它們之間的關(guān)系，希望對(duì)大家入門有所幫助。

01

什么是云計(jì)算

在介紹那些古怪名詞之前，先介紹一下云計(jì)算。

以前電腦被發(fā)明的時(shí)候，還沒有網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)電腦（PC），就是一個(gè)單機(jī)。

這臺(tái)單機(jī)，包括CPU、內(nèi)存、硬盤、顯卡等硬件。用戶在單機(jī)上，安裝操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，完成自己的工作。

后來(lái)，有了網(wǎng)絡(luò)（Network），單機(jī)與單機(jī)之間，可以交換信息，協(xié)同工作。

再后來(lái)，單機(jī)性能越來(lái)越強(qiáng)，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(lái)，放在機(jī)房里，然后讓用戶通過網(wǎng)絡(luò)，去訪問和使用機(jī)房里的計(jì)算機(jī)資源。

再再后來(lái)，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(jī)房變成了大型機(jī)房，就有了IDC（Internet Data Center，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）。

當(dāng)越來(lái)越多的計(jì)算機(jī)資源和應(yīng)用服務(wù)（Application，例如看網(wǎng)頁(yè)，下電影）被集中起來(lái)，就變成了——“云計(jì)算（Cloud Computing）”。無(wú)數(shù)的大型機(jī)房，就成了“云端”。

云計(jì)算

是不是覺得太簡(jiǎn)單？別急，開始深入。

云計(jì)算的道理是簡(jiǎn)單的，說白了，就是把計(jì)算機(jī)資源集中起來(lái)，放在網(wǎng)絡(luò)上。但是，云計(jì)算的實(shí)現(xiàn)方式，就非常復(fù)雜了。

舉個(gè)例子，如果你只是在公司小機(jī)房擺了一個(gè)服務(wù)器，開個(gè)FTP下載服務(wù)，然后用于幾個(gè)同事之間的電影分享，當(dāng)然是很簡(jiǎn)單的。

如果是“雙11”的淘寶購(gòu)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(gè)，就不是幾根網(wǎng)線幾臺(tái)服務(wù)器能解決的了。

這時(shí)，需要設(shè)計(jì)一個(gè)超大容量、超高并發(fā)（同時(shí)訪問）、超快速度、超強(qiáng)安全的云計(jì)算系統(tǒng)，才能滿足業(yè)務(wù)平穩(wěn)運(yùn)行的要求。

這才是云計(jì)算的復(fù)雜之處。

剛才說了，我們把計(jì)算機(jī)資源放在云端。這個(gè)計(jì)算機(jī)資源，實(shí)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(jì)算資源），硬盤（存儲(chǔ)資源），還有網(wǎng)卡（網(wǎng)絡(luò)資源）等。

第二層次，要高級(jí)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(kù)軟件裝好，我再來(lái)使用。

第三層次，更高級(jí)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(tái)即服務(wù)）

IaaS: Infrastructure-as-a-Service（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）

再補(bǔ)一張圖，可能更直觀：

目前主流的云計(jì)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(gè)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(jì)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(shí)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(kù)系統(tǒng)），阿里也臨時(shí)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(shí)間。

于是，就有了各種軟件和平臺(tái)，負(fù)責(zé)對(duì)資源進(jìn)行快速調(diào)用和集中管理。

02

什么是虛擬化

如果要對(duì)物理資源進(jìn)行管理，第一步，就是“虛擬化”。

虛擬化是云計(jì)算的基礎(chǔ)。簡(jiǎn)單來(lái)說，虛擬化就是在一臺(tái)物理服務(wù)器上，運(yùn)行多臺(tái)“虛擬服務(wù)器”。這種虛擬服務(wù)器，也叫虛擬機(jī)（VM，Virtual Machine）。

從表面來(lái)看，這些虛擬機(jī)都是獨(dú)立的服務(wù)器，但實(shí)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(jī)，通常稱為“宿主機(jī)（Host）”。虛擬機(jī)，則稱為“客戶機(jī)（Guest）”。

誰(shuí)來(lái)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(lái)是“超級(jí)監(jiān)督者”，也叫做VMM（Virtual Machine Monitor，虛擬機(jī)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(yùn)行在物理機(jī)之上。虛擬機(jī)運(yùn)行在hypervisor之上。第二類，物理機(jī)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(jī)。

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(jī)。

但是，真正厲害的，是KVM（kernel-based virtual machine，基于Linux內(nèi)核的虛擬機(jī)）。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(shí)際上是提供了一種虛擬化能力，模擬CPU的運(yùn)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(jī)，就需要OpenStack這樣的云管理平臺(tái)。

關(guān)于OpenStack，它有點(diǎn)像個(gè)商店，負(fù)責(zé)管理商品（計(jì)算資源、存儲(chǔ)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(lái)自于KVM。當(dāng)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(qǐng)記住，上面所說的幾個(gè)概念，包括VM、KVM、OpenStack等，都主要屬于IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）。這個(gè)不難理解吧？

03

什么是容器

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?cè)谑褂锰摂M化一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)它存在一些問題：

不同的用戶，有時(shí)候只是希望運(yùn)行各自的一些簡(jiǎn)單程序，跑一個(gè)小進(jìn)程。為了不相互影響，就要建立虛擬機(jī)。如果建虛擬機(jī)，顯然浪費(fèi)就會(huì)有點(diǎn)大，而且操作也比較復(fù)雜，花費(fèi)時(shí)間也會(huì)比較長(zhǎng)。

而且，有的時(shí)候，想要遷移自己的服務(wù)程序，就要遷移整個(gè)虛擬機(jī)。顯然，遷移過程也會(huì)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(jí)”的虛擬化。它的目的和虛擬機(jī)一樣，都是為了創(chuàng)造“隔離環(huán)境”。但是，它又和虛擬機(jī)有很大的不同——虛擬機(jī)是操作系統(tǒng)級(jí)別的資源隔離，而容器本質(zhì)上是進(jìn)程級(jí)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(jī)，Docker的優(yōu)勢(shì)很明顯，它啟動(dòng)時(shí)間很快，是秒級(jí)，而且對(duì)資源的利用率很高（一臺(tái)主機(jī)可以同時(shí)運(yùn)行幾千個(gè)Docker容器）。此外，它占的空間很小，虛擬機(jī)一般要幾GB到幾十GB，而容器只需要MB級(jí)甚至KB級(jí)。

除了Docker對(duì)容器進(jìn)行創(chuàng)建之外，我們還需要一個(gè)工具，對(duì)容器進(jìn)行編排。

這個(gè)工具，就是K8S。

K8S，就是Kubernetes，中文意思是舵手或?qū)Ш絾T。Kubernetes這個(gè)單詞很長(zhǎng)，所以大家把中間8個(gè)字母縮寫成8，就成了K8S。

K8S是一個(gè)容器集群管理系統(tǒng)，主要職責(zé)是容器編排（Container Orchestration）——啟動(dòng)容器，自動(dòng)化部署、擴(kuò)展和管理容器應(yīng)用，還有回收容器。

簡(jiǎn)單來(lái)說，K8S有點(diǎn)像容器的保姆。它負(fù)責(zé)管理容器在哪個(gè)機(jī)器上運(yùn)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(tái)，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?cè)谠朴?jì)算系統(tǒng)中的位置，以及它們之間的關(guān)系。云計(jì)算涉及到大量的需求。同一個(gè)需求，會(huì)有很多不同的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。同一個(gè)技術(shù)，往往又有多個(gè)不同的廠家互相競(jìng)爭(zhēng)。所以，概念和名詞就會(huì)特別多，發(fā)展變化也會(huì)很快。