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在過去的幾年中，Kubernetes已經(jīng)成為了數(shù)不多的，使自己成為所屬領域的行業(yè)標準的新技術(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)應用程序(如數(shù)據(jù)庫，Web服務器和網(wǎng)站)通常只有一個最終用戶應用程序——至少在生產(chǎn)中。

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

專用服務器

雖然這對于更大、更簡單的三層體系結(jié)構(gòu)應用程序來說效果相當好，但是低服務(即每個應用程序的專用服務器)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)服務是非常昂貴的。

“應用程序虛擬化”(如虛擬主機，Virtual Host)

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

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

“應用程序虛擬化”(例如虛擬主機，Virtual Host)

與之前的模型一樣，當吞吐量要求增加時，每個水平層都在自己的服務器中拆分，同時仍然為多個應用程序提供服務。某些應用程序(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)和部署的復雜性為代價的。這增加了復雜性和相互依賴性，使得擴展服務更像是完成一件復雜的藝術(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法提供網(wǎng)絡托管作為服務，但仍沒有避免這種復雜性。

換句話說，這斷時間，是互聯(lián)網(wǎng)復雜而脆弱的日子。

虛擬機(Virtual Machine)

隨著Linux在服務器上越來越受歡迎，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用程序架構(gòu)，恢復了原始形式，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，此類服務抽象了所有硬件配置和網(wǎng)絡復雜性，從而將連接的互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)作為服務提供。通過這些新的托管或內(nèi)部部署服務，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)絡專家構(gòu)建并擴展這些服務的主干。

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

容器

業(yè)界使用相當古老的Linux功能解決了微服務體系結(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，應用程序現(xiàn)在可以根據(jù)其需求使用最優(yōu)的服務集進行架構(gòu)設計，同時相信技術(shù)將以最有效的方式劃分這些服務。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粒度(即資源利用率)，優(yōu)化了復雜應用程序體系結(jié)構(gòu)并且在開發(fā)和生產(chǎn)的過程中規(guī)范化了服務運行時，但這些新部件的龐大數(shù)量增加了部署管理復雜性和配置挑戰(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)建新服務容器的復雜性。

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?；谌萜?，Kubernetes是一種服務(有時稱為“引擎”)，它提供了一種以標準和環(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)、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器上的主操作系統(tǒng)(稱為主機)上運行，并且許多基礎架構(gòu)應用程序(如數(shù)據(jù)庫，Web服務器和高速緩存)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是獨立于基礎設施的(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)向微服務架構(gòu)，而架構(gòu)遷移確實帶來了重大的開發(fā)和運營設置阻力。Kubernetes的設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，都爭相在新標準中加入支持。這使得Kubernetes成為云端可移植性的基石，并允許大多數(shù)現(xiàn)代云應用可以表達其系統(tǒng)的80%到90%，并且能夠以云可移植的方式進行可伸縮性拓撲。

簡化和標準化可擴展性：云可移植性的部分價值在于對通用和自定義伸縮規(guī)則進行標準化，這些規(guī)則使多服務系統(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可能是對于當今任何云應用程序開發(fā)企業(yè)而言最安全的投資，如果運用得當，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