一、预热
知识点
1.PaaS项目核心能力介绍
事实上，像 Cloud Foundry 这样的 PaaS 项目，最核心的组件就是一套应用的打包和分发机制。 Cloud Foundry 为每种主流编程语言都定义了一种打包格式，而“cf push”的作用，基本上等同于用户把应用的可执行文件和启动脚本打进一个压缩包内，上传到云上 Cloud Foundry 的存储中。接着，Cloud Foundry 会通过调度器选择一个可以运行这个应用的虚拟机，然后通知这个机器上的 Agent 把应用压缩包下载下来启动。
这时候关键来了，由于需要在一个虚拟机上启动很多个来自不同用户的应用，Cloud Foundry 会调用操作系统的 Cgroups 和 Namespace 机制为每一个应用单独创建一个称作“沙盒”的隔离环境，然后在“沙盒”中启动这些应用进程。这样，就实现了把多个用户的应用互不干涉地在虚拟机里批量地、自动地运行起来的目的。
这，正是 PaaS 项目最核心的能力。
而这些 Cloud Foundry 用来运行应用的隔离环境，或者说“沙盒”，就是所谓的“容器”。
2.PaaS带来的问题
PaaS 之所以能够帮助用户大规模部署应用到集群里，是因为它提供了一套应用打包的功能。
可偏偏就是这个打包功能，却成了 PaaS 日后不断遭到用户诟病的一个“软肋”。出现这个问题的根本原因是，一旦用上了 PaaS，用户就必须为每种语言、每种框架，甚至每个版本的应用维护一个打好的包。这个打包过程，没有任何章法可循，更麻烦的是，明明在本地运行得好好的应用，却需要做很多修改和配置工作才能在 PaaS 里运行起来。
而这些修改和配置，并没有什么经验可以借鉴，基本上得靠不断试错，直到你摸清楚了本地应用和远端 PaaS 匹配的“脾气”才能够搞定。
最后结局就是，“cf push”确实是能一键部署了，但是为了实现这个一键部署，用户为每个应用打包的工作可谓一波三折，费尽心机。
3.Docker的优势
这个功能，就是 Docker 镜像。
Docker 镜像解决的，恰恰就是打包这个根本性的问题。 所谓 Docker 镜像，其实就是一个压缩包。但是这个压缩包里的内容，比 PaaS 的应用可执行文件 + 启停脚本的组合就要丰富多了。实际上，大多数 Docker 镜像是直接由一个完整操作系统的所有文件和目录构成的，所以这个压缩包里的内容跟你本地开发和测试环境用的操作系统是完全一样的。
这就有意思了：假设你的应用在本地运行时，能看见的环境是 CentOS 7.2 操作系统的所有文件和目录，那么只要用 CentOS 7.2 的 ISO 做一个压缩包，再把你的应用可执行文件也压缩进去，那么无论在哪里解压这个压缩包，都可以得到与你本地测试时一样的环境。当然，你的应用也在里面！
这就是 Docker 镜像最厉害的地方： 只要有这个压缩包在手， 你就可以使用某种技术创建一个“沙盒”，在“沙盒”中解压这个压缩包，然后就可以运行你的程序了。
更重要的是，这个压缩包包含了完整的操作系统文件和目录，也就是包含了这个应用运行所需要的所有依赖，所以你可以先用这个压缩包在本地进行开发和测试，完成之后，再把这个压缩包上传到云端运行。
在这个过程中，你完全不需要进行任何配置或者修改，因为这个压缩包赋予了你一种极其宝贵的能力：本地环境和云端环境的高度一致！
这，正是 Docker 镜像的精髓。
所以，Docker 项目给 PaaS 世界带来的“降维打击”，其实是提供了一种非常便利的打包机制。这种机制直接打包了应用运行所需要的整个操作系统，从而保证了本地环境和云端环境的高度一致，避免了用户通过“试错”来匹配两种不同运行环境之间差异的痛苦过程。
4.Docker时代来临
事实上，这个以“鲸鱼”为注册商标的技术创业公司，最重要的战略之一就是：
坚持把“开发者”群体放在至高无上的位置。
而 Docker 项目之所以能取得如此高的关注，一方面正如前面我所说的那样，它解决了应用打包和发布这一困扰运维人员多年的技术难题；而另一方面，就是因为它第一次把一个纯后端的技术概念，通过非常友好的设计和封装，交到了最广大的开发者群体手里。
在这种独特的氛围烘托下，你不需要精通 TCP/IP，也无需深谙 Linux 内核原理，哪怕只是一个前端或者网站的 PHP 工程师，都会对如何把自己的代码打包成一个随处可以运行的 Docker 镜像充满好奇和兴趣。
解决了应用打包这个根本性的问题，同开发者与生俱来的的亲密关系，再加上 PaaS 概念已经深入人心的完美契机，成为 Docker 这个技术上看似平淡无奇的项目一举走红的重要原因。
5. Swarm的发布
那么，Docker 公司为什么一定要发布 Swarm 项目呢？
通过我对 Docker 项目崛起背后原因的分析，你应该能发现这样一个有意思的事实：虽然通过“容器”这个概念完成了对经典 PaaS 项目的“降维打击”，但是 Docker 项目和 Docker 公司，兜兜转转了一年多，却还是回到了 PaaS 项目原本深耕了多年的那个战场：如何让开发者把应用部署在我的项目上。
没错，Docker 项目从发布之初就全面发力，从技术、社区、商业、市场全方位争取到的开发者群体，实际上是为此后吸引整个生态到自家“PaaS”上的一个铺垫。只不过这时，“PaaS”的定义已经全然不是 Cloud Foundry 描述的那个样子，而是变成了一套以 Docker 容器为技术核心，以 Docker 镜像为打包标准的、全新的“容器化”思路。
总结：
Docker 项目在短时间内迅速崛起的三个重要原因：
1.Docker 镜像通过技术手段解决了 PaaS 的根本性问题；
2.Docker 容器同开发者之间有着与生俱来的密切关系；
3.PaaS 概念已经深入人心的完美契机。
6.Swarm的优势
相较于 CoreOS 是依托于一系列开源项目（比如 Container Linux 操作系统、Fleet 作业调度工具、systemd 进程管理和 rkt 容器），一层层搭建起来的平台产品，Swarm 项目则是以一个完整的整体来对外提供集群管理功能。而 Swarm 的最大亮点，则是它完全使用 Docker 项目原本的容器管理 API 来完成集群管理，比如：
单机 Docker 项目：
$ docker run "我的容器
多机 Docker 项目：
$ docker run -H "我的Swarm集群API地址" "我的容器"
所以在部署了 Swarm 的多机环境下，用户只需要使用原先的 Docker 指令创建一个容器，这个请求就会被 Swarm 拦截下来处理，然后通过具体的调度算法找到一个合适的 Docker Daemon 运行起来。
7.编排、Fig
“编排”（Orchestration）在云计算行业里不算是新词汇，它主要是指用户如何通过某些工具或者配置来完成一组虚拟机以及关联资源的定义、配置、创建、删除等工作，然后由云计算平台按照这些指定的逻辑来完成的过程。
而容器时代，“编排”显然就是对 Docker 容器的一系列定义、配置和创建动作的管理。而 Fig 的工作实际上非常简单：假如现在用户需要部署的是应用容器 A、数据库容器 B、负载均衡容器 C，那么 Fig 就允许用户把 A、B、C 三个容器定义在一个配置文件中，并且可以指定它们之间的关联关系，比如容器 A 需要访问数据库容器 B。
接下来，你只需要执行一条非常简单的指令：
$ fig up
Fig 就会把这些容器的定义和配置交给 Docker API 按照访问逻辑依次创建，你的一系列容器就都启动了；而容器 A 与 B 之间的关联关系，也会交给 Docker 的 Link 功能通过写入 hosts 文件的方式进行配置。更重要的是，你还可以在 Fig 的配置文件里定义各种容器的副本个数等编排参数，再加上 Swarm 的集群管理能力，一个活脱脱的 PaaS 呼之欲出。
Fig 项目被收购后改名为 Compose，它成了 Docker 公司到目前为止第二大受欢迎的项目，一直到今天也依然被很多人使用。
8.OCI诞生
于是，2015 年 6 月 22 日，由 Docker 公司牵头，CoreOS、Google、RedHat 等公司共同宣布，Docker 公司将 Libcontainer 捐出，并改名为 RunC 项目，交由一个完全中立的基金会管理，然后以 RunC 为依据，大家共同制定一套容器和镜像的标准和规范。
这套标准和规范，就是 OCI（ Open Container Initiative ）。OCI 的提出，意在将容器运行时和镜像的实现从 Docker 项目中完全剥离出来。 这样做，一方面可以改善 Docker 公司在容器技术上一家独大的现状，另一方面也为其他玩家不依赖于 Docker 项目构建各自的平台层能力提供了可能。
9.Kubernetes的打法
2014 年注定是一个神奇的年份。就在这一年的 6 月，基础设施领域的翘楚 Google 公司突然发力，正式宣告了一个名叫 Kubernetes 项目的诞生。而这个项目，不仅挽救了当时的 CoreOS 和 RedHat，还如同当年 Docker 项目的横空出世一样，再一次改变了整个容器市场的格局。
所以这次，Google、RedHat 等开源基础设施领域玩家们，共同牵头发起了一个名为 CNCF（Cloud Native Computing Foundation）的基金会。这个基金会的目的其实很容易理解：它希望，以 Kubernetes 项目为基础，建立一个由开源基础设施领域厂商主导的、按照独立基金会方式运营的平台级社区，来对抗以 Docker 公司为核心的容器商业生态。
而为了打造出这样一条围绕 Kubernetes 项目的“护城河”，CNCF 社区就需要至少确保两件事情：
1.Kubernetes 项目必须能够在容器编排领域取得足够大的竞争优势；
2.CNCF 社区必须以 Kubernetes 项目为核心，覆盖足够多的场景。
我们先来看看 CNCF 社区如何解决 Kubernetes 项目在编排领域的竞争力的问题。
在容器编排领域，Kubernetes 项目需要面对来自 Docker 公司和 Mesos 社区两个方向的压力。不难看出，Swarm 和 Mesos 实际上分别从两个不同的方向讲出了自己最擅长的故事：Swarm 擅长的是跟 Docker 生态的无缝集成，而 Mesos 擅长的则是大规模集群的调度与管理。
这两个方向，也是大多数人做容器集群管理项目时最容易想到的两个出发点。也正因为如此，Kubernetes 项目如果继续在这两个方向上做文章恐怕就不太明智了。
所以这一次，Kubernetes 选择的应对方式是：Borg。
如果你看过 Kubernetes 项目早期的 GitHub Issue 和 Feature 的话，就会发现它们大多来自于 Borg 和 Omega 系统的内部特性，这些特性落到 Kubernetes 项目上，就是 Pod、Sidecar 等功能和设计模式。
Kubernetes 项目并没有跟 Swarm 项目展开同质化的竞争，所以“Docker Native”的说辞并没有太大的杀伤力。相反地，Kubernetes 项目让人耳目一新的设计理念和号召力，很快就构建出了一个与众不同的容器编排与管理的生态。
就这样，Kubernetes 项目在 GitHub 上的各项指标开始一骑绝尘，将 Swarm 项目远远地甩在了身后。
有了这个基础，CNCF 社区就可以放心地解决第二个问题了。
在已经囊括了容器监控事实标准的 Prometheus 项目之后，CNCF 社区迅速在成员项目中添加了 Fluentd、OpenTracing、CNI 等一系列容器生态的知名工具和项目。
面对这样的竞争态势，Docker 公司决定更进一步。在 2016 年，Docker 公司宣布了一个震惊所有人的计划：放弃现有的 Swarm 项目，将容器编排和集群管理功能全部内置到 Docker 项目当中。
实际上，从工程角度来看，这种做法的风险很大。内置容器编排、集群管理和负载均衡能力，固然可以使得 Docker 项目的边界直接扩大到一个完整的 PaaS 项目的范畴，但这种变更带来的技术复杂度和维护难度，长远来看对 Docker 项目是不利的。
而 Kubernetes 的应对策略则是反其道而行之，开始在整个社区推进“民主化”架构，即：从 API 到容器运行时的每一层，Kubernetes 项目都为开发者暴露出了可以扩展的插件机制，鼓励用户通过代码的方式介入 Kubernetes 项目的每一个阶段。
Kubernetes 项目的这个变革的效果立竿见影，很快在整个容器社区中催生出了大量的、基于 Kubernetes API 和扩展接口的二次创新工作，比如：
1.目前热度极高的微服务治理项目 Istio；
2.被广泛采用的有状态应用部署框架 Operator；
3.还有像 Rook 这样的开源创业项目，它通过 Kubernetes 的可扩展接口，把 Ceph 这样的重量级产品封装成了简单易用的容器存储插件。
就这样，在这种鼓励二次创新的整体氛围当中，Kubernetes 社区在 2016 年之后得到了空前的发展。更重要的是，不同于之前局限于“打包、发布”这样的 PaaS 化路线，这一次容器社区的繁荣，是一次完全以 Kubernetes 项目为核心的“百家争鸣”。
10.Kubernetes的成功
容器技术圈子在短短几年里发生了很多变数，但很多事情其实也都在情理之中。就像 Docker 这样一家创业公司，在通过开源社区的运作取得了巨大的成功之后，就不得不面对来自整个云计算产业的竞争和围剿。而这个产业的垄断特性，对于 Docker 这样的技术型创业公司其实天生就不友好。
在这种局势下，接受微软的天价收购，在大多数人看来都是一个非常明智和实际的选择。可是 Solomon Hykes 却多少带有一些理想主义的影子，既然不甘于“寄人篱下”，那他就必须带领 Docker 公司去对抗来自整个云计算产业的压力。
只不过，Docker 公司最后选择的对抗方式，是将开源项目与商业产品紧密绑定，打造了一个极端封闭的技术生态。而这，其实违背了 Docker 项目与开发者保持亲密关系的初衷。相比之下，Kubernetes 社区，正是以一种更加温和的方式，承接了 Docker 项目的未尽事业，即：以开发者为核心，构建一个相对民主和开放的容器生态。
这也是为何，Kubernetes 项目的成功其实是必然的。
二、开始
重要的事情先说
事实：
1、容器技术的兴起源于 PaaS 技术的普及；
2、Docker 公司发布的 Docker 项目具有里程碑式的意义；
3、Docker 项目通过“容器镜像”，解决了应用打包这个根本性难题。
4、容器本身没有价值，有价值的是“容器编排”。
1.容器
1.容器是什么
容器其实是一种沙盒技术。顾名思义，沙盒就是能够像一个集装箱一样，把你的应用“装”起来的技术。这样，应用与应用之间，就因为有了边界而不至于相互干扰；而被装进集装箱的应用，也可以被方便地搬来搬去，这不就是 PaaS 最理想的状态嘛。
2.边界的实现手段
假如，现在你要写一个计算加法的小程序，这个程序需要的输入来自于一个文件，计算完成后的结果则输出到另一个文件中。
由于计算机只认识 0 和 1，所以无论用哪种语言编写这段代码，最后都需要通过某种方式翻译成二进制文件，才能在计算机操作系统中运行起来。
而为了能够让这些代码正常运行，我们往往还要给它提供数据，比如我们这个加法程序所需要的输入文件。这些数据加上代码本身的二进制文件，放在磁盘上，就是我们平常所说的一个“程序”，也叫代码的可执行镜像（executable image）。
然后，我们就可以在计算机上运行这个“程序”了。
首先，操作系统从“程序”中发现输入数据保存在一个文件中，所以这些数据就会被加载到内存中待命。同时，操作系统又读取到了计算加法的指令，这时，它就需要指示 CPU 完成加法操作。而 CPU 与内存协作进行加法计算，又会使用寄存器存放数值、内存堆栈保存执行的命令和变量。同时，计算机里还有被打开的文件，以及各种各样的 I/O 设备在不断地调用中修改自己的状态。
就这样，一旦“程序”被执行起来，它就从磁盘上的二进制文件，变成了计算机内存中的数据、寄存器里的值、堆栈中的指令、被打开的文件，以及各种设备的状态信息的一个集合。像这样一个程序运行起来后的计算机执行环境的总和，就是我们今天的主角：进程。
所以，对于进程来说，它的静态表现就是程序，平常都安安静静地待在磁盘上；而一旦运行起来，它就变成了计算机里的数据和状态的总和，这就是它的动态表现。
而容器技术的核心功能，就是通过约束和修改进程的动态表现，从而为其创造出一个“边界”。
对于 Docker 等大多数 Linux 容器来说，Cgroups 技术是用来制造约束的主要手段，而 Namespace 技术则是用来修改进程视图的主要方法。
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