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在過去的幾年中，Kubernetes已經(jīng)成為了數(shù)不多的，使自己成為所屬領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的新技術(shù)之一。為了理解Kubernetes帶來如此變革的原因，我們需要沿著虛擬化內(nèi)存之路回顧一番。為方便敘述，本文中會簡化各種體系結(jié)構(gòu)類型，突出其核心特征和演變。

一對一(One to One)

在微型計算機之初，物理硬件主要使用一個且僅有一個操作系統(tǒng)，而且大多數(shù)應(yīng)用程序(如數(shù)據(jù)庫，Web服務(wù)器和網(wǎng)站)通常只有一個最終用戶應(yīng)用程序——至少在生產(chǎn)中。

這意味著當(dāng)企業(yè)需要交付或host一個“pet.com”和“food.com”最終用戶應(yīng)用程序時，通用的生產(chǎn)體系結(jié)構(gòu)就是為每個應(yīng)用程序提供專用服務(wù)器。隨著最終應(yīng)用程序負(fù)載需求的增加，水平層在其自身的服務(wù)器中被拆分; 但總的來說，一對一的關(guān)系仍然存在。

專用服務(wù)器

雖然這對于更大、更簡單的三層體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序來說效果相當(dāng)好，但是低服務(wù)(即每個應(yīng)用程序的專用服務(wù)器)使資源利用率不夠優(yōu)化，擴展速度慢且成本高，因為添加新資源往往需要數(shù)天時間，且過量配置硬件資源是緩解處理峰值需求的常見做法。簡而言之，那段時間，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)是非常昂貴的。

“應(yīng)用程序虛擬化”(如虛擬主機，Virtual Host)

為了提高服務(wù)粒度，大多數(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)應(yīng)用程序(如Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫)都提供了一些排序應(yīng)用程序劃分功能，允許一個基礎(chǔ)架構(gòu)應(yīng)用程序進程支持多個前端應(yīng)用程序。在Web服務(wù)器領(lǐng)域，這稱為虛擬主機，其中一個Web服務(wù)器可以基于域名服務(wù)多個網(wǎng)站。而在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域，單個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以在同一服務(wù)器/端口上提供完全隔離的邏輯數(shù)據(jù)庫實例。

這些應(yīng)用程序虛擬化功能允許企業(yè)部署邏輯上隔離的應(yīng)用程序，或者至少在利用相同的物理資源時提供隔離的錯覺。

“應(yīng)用程序虛擬化”(例如虛擬主機，Virtual Host)

與之前的模型一樣，當(dāng)吞吐量要求增加時，每個水平層都在自己的服務(wù)器中拆分，同時仍然為多個應(yīng)用程序提供服務(wù)。某些應(yīng)用程序(如數(shù)據(jù)庫)開始提供更高級的水平擴展及其群集功能，允許一個邏輯數(shù)據(jù)庫跨越多個資源，從而實現(xiàn)進一步的硬件專業(yè)化和更優(yōu)化的資源利用。

雖然這些技術(shù)提高了服務(wù)粒度并提高了資源利用率，但卻是以軟件架構(gòu)和部署的復(fù)雜性為代價的。這增加了復(fù)雜性和相互依賴性，使得擴展服務(wù)更像是完成一件復(fù)雜的藝術(shù)品，而不是一個優(yōu)秀的工程。雖然早期的托管公司確實設(shè)法提供網(wǎng)絡(luò)托管作為服務(wù)，但仍沒有避免這種復(fù)雜性。

換句話說，這斷時間，是互聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜而脆弱的日子。

虛擬機(Virtual Machine)

隨著Linux在服務(wù)器上越來越受歡迎，操作系統(tǒng)虛擬化也越來越受歡迎，這使得單個硬件可以托管多個操作系統(tǒng)。使用這種新模型，每個系統(tǒng)或應(yīng)用程序可以擁有自己的操作系統(tǒng)和環(huán)境，同時仍然共享相同的硬件資源。

虛擬機

注：從技術(shù)上講，虛擬機技術(shù)是60年代由IBM開創(chuàng)的。但公平地說，Linux(以及Windows，某些情況下)普及了操作系統(tǒng)虛擬化的概念。

這個新模型通過消除系統(tǒng)間的依賴性，最大限度地提高了資源利用率并簡化了應(yīng)用程序架構(gòu)，恢復(fù)了原始形式，但這些新功能帶來的最具變革性的結(jié)果是由如AWS等驅(qū)動的新IT運營模式的形成，此類服務(wù)抽象了所有硬件配置和網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，從而將連接的互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)作為服務(wù)提供。通過這些新的托管或內(nèi)部部署服務(wù)，軟件企業(yè)可以專注于他們最熟悉的工作： 軟件，讓少數(shù)硬件和網(wǎng)絡(luò)專家構(gòu)建并擴展這些服務(wù)的主干。

然而，隨著托管基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)變得越來越復(fù)雜，應(yīng)用程序開始從傳統(tǒng)的三層單塊體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向多服務(wù)體系結(jié)構(gòu)(如，微服務(wù))，以具有成本效益的方式進行設(shè)計、部署和管理可擴展的多服務(wù)的應(yīng)用程序變得相對復(fù)雜且具有高度特定于云。

容器

業(yè)界使用相當(dāng)古老的Linux功能解決了微服務(wù)體系結(jié)構(gòu)的虛擬機模型限制，該功能允許將操作系統(tǒng)進程封裝到單個操作系統(tǒng)上的操作系統(tǒng)資源子集中，因此，虛擬化的下一個“章節(jié)”，容器化，誕生了，而且主要是由現(xiàn)在幾乎無處不在的Docker容器格式占據(jù)主流。

有了容器化，應(yīng)用程序現(xiàn)在可以根據(jù)其需求使用最優(yōu)的服務(wù)集進行架構(gòu)設(shè)計，同時相信技術(shù)將以最有效的方式劃分這些服務(wù)。過去在舊的物理硬件中需要幾天，在虛擬機中需要幾分鐘，現(xiàn)在只需要幾秒鐘，占用的內(nèi)存非常少(即合理)。

容器

雖然容器化顯著改善了服務(wù)粒度(即資源利用率)，優(yōu)化了復(fù)雜應(yīng)用程序體系結(jié)構(gòu)并且在開發(fā)和生產(chǎn)的過程中規(guī)范化了服務(wù)運行時，但這些新部件的龐大數(shù)量增加了部署管理復(fù)雜性和配置挑戰(zhàn)。擴展生產(chǎn)系統(tǒng)時，仍然需要特定于云的技術(shù)來擴展底層虛擬機，這增加了決定在何處以及何時創(chuàng)建新服務(wù)容器的復(fù)雜性。

總之，容器化是有幫助的，但它需要其他一些東西來實現(xiàn)真正的價值主張。

Kubernetes

這就是Kubernetes走上舞臺并完成這副“拼圖”的地方。基于容器，Kubernetes是一種服務(wù)(有時稱為“引擎”)，它提供了一種以標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境可移植的方式描述、管理和運行包含其所有部分(即微服務(wù))、交互和伸縮規(guī)則的完整系統(tǒng)的方法。

Kubernetes

以前開發(fā)、分段和生產(chǎn)環(huán)境差別很大，而Kubernetes的新方法規(guī)范化并簡化了如何描述、運行和擴展整個系統(tǒng)，從而大大降低了構(gòu)建和管理多服務(wù)系統(tǒng)的成本。

重要的是要理解所有這些技術(shù)的里程碑，都是演進式和附加式的，并且通常彼此協(xié)同使用。從純粹的技術(shù)角度來看，革命是在“進化”而不是在“顛覆”。容器通常在虛擬機上運行，虛擬機仍在物理服務(wù)器上的主操作系統(tǒng)(稱為主機)上運行，并且許多基礎(chǔ)架構(gòu)應(yīng)用程序(如數(shù)據(jù)庫，Web服務(wù)器和高速緩存)仍提供有用的、且有時是非常關(guān)鍵的、特定于應(yīng)用程序的群集和分區(qū)能力。

將以上所有里程碑式的變化放在一起，我們可以看到所有虛擬化技術(shù)是如何附加演進的。

雖然Kubernetes是進化而非顛覆的結(jié)果，但其商業(yè)價值仍具有變革性。以下是Kubernetes的主要商業(yè)價值：

將Dev規(guī)范化為Ops：由于Kubernetes是獨立于基礎(chǔ)設(shè)施的(即它可以在云上、本地部署，甚至在筆記本電腦上運行)，它提供了一種非常強大而靈活的方式來規(guī)范化開發(fā)和運營環(huán)境，這可能是實現(xiàn)“高速開發(fā)”中最重要的一個方法。

消除多服務(wù)開銷：就在幾年前，許多企業(yè)開始從整體架構(gòu)轉(zhuǎn)向微服務(wù)架構(gòu)，而架構(gòu)遷移確實帶來了重大的開發(fā)和運營設(shè)置阻力。Kubernetes的設(shè)計從一開始就致力于以詳盡而相對簡單的方式解決這些要求，并且只要正確使用，就完全消除了這些開銷。

最大限度地提高云端的可移植性： Kubernetes最令人印象深刻的成就之一就是在短短幾年內(nèi)掀起了整個行業(yè)的風(fēng)潮，讓所有人——從主要的云提供商到混合云技術(shù)提供商，都爭相在新標(biāo)準(zhǔn)中加入支持。這使得Kubernetes成為云端可移植性的基石，并允許大多數(shù)現(xiàn)代云應(yīng)用可以表達(dá)其系統(tǒng)的80%到90%，并且能夠以云可移植的方式進行可伸縮性拓?fù)洹?/p>

簡化和標(biāo)準(zhǔn)化可擴展性：云可移植性的部分價值在于對通用和自定義伸縮規(guī)則進行標(biāo)準(zhǔn)化，這些規(guī)則使多服務(wù)系統(tǒng)的伸縮按指數(shù)級簡化，同時在需要時仍然能夠進行定制化。

筆者通常會以非常謹(jǐn)慎的態(tài)度對待最新的技術(shù)，因為它們雖然感到興奮，但往往是相對短暫的。不過，Kubernetes是少數(shù)幾個被鞏固為Linux、OS虛擬化和Git等基礎(chǔ)技術(shù)的技術(shù)之一因為它確實能帶來看得見的價值。簡而言之，Kubernetes可能是對于當(dāng)今任何云應(yīng)用程序開發(fā)企業(yè)而言最安全的投資，如果運用得當(dāng)，它可以顯著提高開發(fā)和交付的速度和質(zhì)量。

原文來源：Medium 作者：Jeremy Chone