作者 | Aholiab
责编 | Carol
出品 | CSDN（ID：CSDNnews）
封图｜CSDN下载自视觉中国
云原生（Cloud Native），是2013年由Pivotal公司率先提出的概念。云原生以容器化、微服务、可持续交付性，帮助企业构建和运行可弹性扩展的应用。由于云原生应用构建简便快捷，部署轻松自如，运行按需伸缩等特点，近年来受到越来越多企业的欢迎。
容器是云原生概念的重要组成部分，作为一种计算单元，容器可以以更加轻量化、更小开销的方式来运行；而作为一种应用的包装形式，容器则赋予了应用独立和便携的能力。随着Docker、Kubernetes技术的成熟，容器也成为了时下最火的开发理念。
根据Gartner的预计，2022年有75%的全球化企业将在生产中使用容器化的应用（当前约为30%）、50%的应用软件将容器化适应超融合环境（目前约为20%）。Docker和Kubernetes将从成为成为跨环境的新标准。因此，了解容器、Docker的基本概念，是玩转云原生开发的基础。
为了帮助开发者了解容器的基本概念及应用场景，3月12日，京东云与AI云产品研发部专家架构师刘俊辉在CSDN在线公开课平台开启了《六周玩转云原生》系列技术公开课，在第一讲中，刘俊辉老师以《容器与Pod简介》为主题，从容器的构成、Docker的基本概念、容器的典型应用、Pod的基本概念、容器安全与京东智联云原生容器等方面，为开发者系统梳理了容器的相关知识。
同时，通过容器与Pod的「课后作业」，鼓励参会的同学在课后亲自动手，从而加深印象。参加课程的同学纷纷表示收获颇丰。那么，刘俊辉老师究竟分享了哪些干货？容器和Pod究竟是什么？让我们一起来回顾一下精华内容吧！
容器是什么？
要给容器下一个准确的定义，是一件不容易的事情，因为每个人看待容器的视角有所不同。在刘俊辉看来，容器既是一种计算单元的提供方式；又是一种应用的包装形式。
1、容器是一种计算单元
作为一种计算单元，容器与线程、进程、虚拟机、物理机一样（如下图所示）。在连续尺度上，越往左隔离性、安全性和开销越低，越往右则越高。而容器则恰恰是介于进程和虚拟机之间的一种计算单元。
但并非所有的应用都适合选择容器，开发者可以根据自己应用的特点和需求选择最适合的计算单元。例如，你的应用是高性能、互信的，且处于同一个管理区域，那么用线程或者进程就可以满足；但如果你的应用是多租户的，并且和其他应用运行在同一个空间，那么你就需要考虑如何将这些应用安全地隔离开，使得数据不会被泄露或性能受到影响。那么这时，容器也许就是一个不错的选择了。
因为容器是一个「高度隔离的进程」，它在一般进程的隔离基础上又增加了新的隔离机制，这些隔离机制是使用Linux的内核提供的，它包括一些命名空间（Name Spaces）和CGroup。命名空间可以分为网络、存储和计算三大类。其中，最为重要的是网络命名空间。它保证了容器的网络是独立于其他容器网络的。每个容器自己看到的文件系统和其他容器的是不共享的，每个容器只能看到自己的进程ID，而进程编号也是连续的。
而说到容器与虚拟机最大的区别，刘俊辉认为，相对于虚拟机，容器最大的特征是它没有自己独立的操作系统，而是共享其宿主机上的一个操作系统；而虚拟机则运行在「一立的服务器上」。因此，容器相比于虚拟机的成本会小，但隔离性却有所欠缺。
2、容器是一种应用的包装形式
有过应用开发经验的人都知道，应用并不是一个单一的可执行文件，一个稍微复杂一点的应用包括多个部分，包括：代码、可执行文件、配置依赖、外部依赖（动态链接库）等。
所以在应用发行包装的时候，需要考虑目标操作系统的版本、系统架构以及它所依赖的模块等因素。否则应用安装时会改动系统的不同部分。
而容器作为一个应用的包装，它最大的特点就是实现了应用的独立和便携，容器本身包含了应用所有的依赖，这使得它可以再任意的基础设施上运行，不会因为系统版本、架构的问题，而导致各种意外。
Docker是什么？
简单来说，Docker可以看作是一个非常成功的容器管理平台。Docker最重要的部分就是它的运行管理环境（如下图所示）。
正如上面所说，容器是一个计算单元，那么Docker的运行环境就是用来创建、管理和销毁这些计算单元的。在创建和管理这些计算单元的时候，需要用到计算单元的包装（也就是它的软件发行包），这些包装以容器镜像的方式存放在它的运行环境中，所有的容器计算单元都是通过这些镜像来创建的。
但镜像本身会有版本的发布、升级等需求，这就涉及到Docker的另一个重要组成部分DockerHub了。DockerHub有点像苹果的App Store，它是一个非常大的「容器市场」，所有常用的软件都可以在DockerHub上找到。
最后一个Docker的重要模块，就是用户界面和管理工具，它们用来向容器的运行环境发布命令或查看状态。只需要用一个Docker的命令加上一些参数，就可以实现创建、删除、查看容器的运行情况等操作。
接下来我们就来看看Docker的实际操作情况，我们会以运行一个Hello World的容器为例，讲讲Docker的使用情况。其实，只需要安装好Docker就可以尝试运行这个Hello World的容器了。
通过下面代码，我们来看看Docker做了些什么：
首先我们看到Docker在本地要去找Hello World最新版本的镜像，它发现本地并没有这个镜像后去DockerHub上把这个镜像给下载了下来。然后，这个镜像就被运行了，之后Docker后台就创建了这样一个容器。
Docker的出现，让容器应用管理变得非常轻松，运行容器只需要一个命令就可以实现。而从DockerHub上下载镜像、创建各种各样的隔离环境、创建容器与外部的网络通信环境都可以由Docker来完成。可以说Docker可以管理容器的整个生命周期。
容器vs.虚拟机，伐木工的斧与锯
作为对容器的总结，我们可以把容器最大的特点归纳为轻量级和完全独立部署。这两大特点与云原生的弹性无限扩展和按需使用的定位十分吻合，也正因为如此，容器成为了云原生的基石。
虽然容器和虚拟机都是计算单元，但从虚拟机到容器，并不能看做是一个简单的性能提升或架构的改变，而是一种应用理念的改变。
举个例子，从前伐木工人看书的时候会用斧子，后来大家觉得用斧子太费力气，有个高人就介绍了另一个砍树的工具「锯子」。但如果伐木工人拿着锯子去砍树的话，会发现还没有斧子好用。但事实是，斧子和锯子是两种使用的理念。
而说回容器和虚拟机理念的不同，我们可以通过下面的图表来进一步感受。
容器的典型应用可以分为两类，一类是微服务，一类是DevOps。
微服务是指系统的不同单元或功能运行不同的容器，每一个服务的容器数量可以根据自己的负载进行调整。比如，一个大系统包含用户登录、货品展示、货品交互等功能，但这个系统的各个部分并不是同时线性增加的，有些部分可能忙一些，有些部分的容量可能还有富余。
DevOps是指开发者、测试、生产过程流水线化。因为容器的「自包含」特性，当它作为标准的流通物品，可以使开发环境、测试环境和生产环境的应用包装完全一致，这样就减少了应用由于依赖关系配置错误等导致的意外，从而使得开发、测试、生产的整个流水线变得更高效。
Pod，一种增强型容器
Pod是一种组合的多容器运行单元，也是Kubernetes里的一个基础单元。你可以把它看作是一种容器的扩展或者增强型的容器。Pod里面包括一个主容器和数个辅助容器，它们共同完成一个特定的功能。把多个进程（容器也是一种隔离的进程）打包在一个Name Space里的时候，就构成了一个Pod。Pod里面不同进程的应用包装仍然是独立的（每个容器都会有自己的镜像）。
Pod的意义在于，它可以既保持主容器和辅助容器的的密切关系，又保持主容器的独立性。由于主容器和辅助容器的生命周期相同，可以同时被创建和销毁，因此把它们放在一个Pod中，可以使他们的交互更加高效。
而另一方面，主容器需要完成一些主要的工作，而另一些工作可能是有共性的，就可以单独打包由辅助容器来运行。
非常推荐大家去一个叫Katacoda的网站，它上面有大量免费的在线实验，包括Docker及Docker Image等动手操作项目，而且现在是完全免费的。大家不妨去这里动手实操起来。
京东智联云原生容器，安全为王
最后，刘俊辉老师就京东智联云原生容器做了相关的介绍。在介绍之前，他先着重讲解了安全性对于容器产品的重要性。
当一个容器平台运行多个租户应用的时候，很容易发生「侧向攻击」，即进程利用系统的漏洞来进行权限提升，例如把自己的权限升级成管理员，从而获得对系统上运行的其他进程或容器的操作权限。目前这类漏洞通常会导致恶意的使用计算资源用来「挖矿」。
针对这一问题，目前有两种解决方案，一种是「限制系统调用」；一种是「独立内核」。
限制系统调用，指的是通过限制应用的系统调用，来降低应用的能力，从而避免对其他应用的危害。目前，Google的Givsor和IBM的Nabla都是采用的这种做法。如下图所示，原来一个应用会访问到所有的系统调用，但在Nabla的模式下，应用只会访问必要的系统调用，其他调用则都被屏蔽了。
但这种方法的弊端在于，它需要你在一开始就要给应用开放「恰到好处」的权限，如果一不小心没有开放足够的权限，那应用就可能会崩溃。
独立内核则参考了虚拟机的解决方案，它是指在容器中增加一个新的内核，这个内核是轻量化的，包括「微内核」和Unikernel两种实现方式。Unikernel和应用是编译在一起的，它们之间可以直接通过函数调用，而不需要系统调用。
这一方案的好处在于，容器本质上只是跟自己的内核打交道，而内核则是跟宿主机打交道，内核与宿主机的交互只需要一些通用的指令即可，不涉及到直接调用到危害系统的指令。目前Kata Container和京东智联云原生容器，就是采用的这种方式。
这种方式的好处在于，微内核作为一个最小化的操作系统，可以满足所有系统的调用，同时去除一些不必要的系统操作部分；它的系统启动时间非常短，可以达到秒级，同时开销比虚拟机要小。
除了安全性之外，京东智联云原生容器还有许多其他的优势，总结起来包括以下几个方面：
- 兼具虚机的安全性和容器的灵活性；
- 采用独立微内核，提供与虚机相同级别的安全保证；
- 使用标准Docker镜像直接启动，无需安装配置宿主机；
- 具有与虚机能力相同的计算、网络、存储能力；
- 支持容器和Pod，支持Kubernetes集群。
通过本次学习，开发者和对云原生感兴趣的人对容器的基本概念有了全面的了解，在老师分享环节之后，有不少学员都通过提问的方式与老师进一步交流，刘俊辉老师也就大家常见的疑问进行了耐心的解答。
值得留意的是，京东智联云还为本次课程设置了「课后作业」环节，作业包括两个部分：
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使用京东智联云上的云主机，安装Docker运行环境，了解Docker运行、管理容器的基本操作，使用Linux系统工具，探索容器和Pod的基本结构；
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使用京东智联云直接创建原生容器，通过京东智联云控制台对容器进行基本操作。了解、体验原生容器与Docker容器的异同。通过课后练习进一步夯实对容器和Pod的理解，同时完成作业并提交的同学，都可以获得精美的小礼品。
在这样一顿操作之后，很多参加课程的小伙伴都纷纷表示这次课程简直是「帮助小白走近了容器世界的大门」，并对下次课程充满期待！
云原生的时代已来，而你，也将成为这个新时代的构建者之一！
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