雲端計算到底是怎麼玩的？

本文授權轉自 | 鮮棗課堂

“雲端計算”這個詞，相信大家都非常熟悉了。

作為IT行業的熱門技術，它頻繁出現在各大媒體的新聞報導中。BAT這樣的網際網路企業，也經常把它掛在嘴邊。

相信很多人都想學習雲端計算，跟上技術潮流。如果對雲端計算有一定了解的話，應該會或多或少地聽到這些名詞——OpenStack、Hypervisor、KVM、Docker、K8S...

這些名詞，全部都屬於雲端計算的範疇。

對於自學的初學者來說，想要理解這些名詞的具體含義，還有它們之間的關係，並不是一件容易的事情。

雖然網際網路上有很多的資料，但是雜亂無章、晦澀難懂，對新人很不友好，容易讓人暈頭轉向，甚至打退堂鼓。

所以，小棗君今天這篇文章，作為雲端計算的入門第一課，將給大家做一個通俗易懂的宏觀介紹，重點解釋最主要的幾個名詞，和它們之間的關係，希望對大家入門有所幫助。

什麼是雲端計算

在介紹那些古怪名詞之前，我先簡單介紹一下雲端計算。

以前電腦被發明的時候，還沒有網路，每個電腦（PC），就是一個單機。

這臺單機，包括CPU、記憶體、硬碟、顯示卡等硬體。使用者在單機上，安裝作業系統和應用軟體，完成自己的工作。

後來，有了網路（Network），單機與單機之間，可以交換資訊，協同工作。

再後來，單機效能越來越強，就有了伺服器（Server）。人們發現，可以把一些伺服器集中起來，放在機房裡，然後讓使用者透過網路，去訪問和使用機房裡的計算機資源。

再再後來，小型網路變成了大型網路，就有了網際網路（Internet）。小型機房變成了大型機房，就有了IDC（Internet Data Center，網際網路資料中心）。

當越來越多的計算機資源和應用服務（Application，例如看網頁，下電影）被集中起來，就變成了——“雲端計算（Cloud Computing）”。無數的大型機房，就成了“雲端”。

雲端計算

是不是覺得太簡單？別急，開始深入。

雲端計算的道理是簡單的，說白了，就是把計算機資源集中起來，放在網路上。但是，雲端計算的實現方式，就複雜了。

舉個例子，如果你只是在公司小機房擺了一個伺服器，開個FTP下載服務，然後用於幾個同事之間的電影分享，當然是很簡單的。

如果是“雙11”的淘寶購物節，全球幾十億使用者訪問阿里巴巴的淘寶網站，單日幾十PB（1PB=1024TB=1024×1024GB）的訪問量，每秒幾百GB的流量……這個，就不是幾根網線幾臺伺服器能解決的了。

需要設計一個超大容量、超高併發（同時訪問）、超快速度、超強安全的雲端計算系統，才能滿足業務平穩執行的要求。

這才是雲端計算的複雜之處。

剛才說了，我們把計算機資源，放在雲端。這個計算機資源，實際上，分為好幾種層次：

第一層次，是最底層的硬體資源，主要包括CPU（計算資源），硬碟（儲存資源），還有網路卡（網路資源）等。

第二層次，要高階一些，我不打算直接使用CPU、硬碟、網路卡，我希望你把作業系統（例如Windows、Linux）裝好，把資料庫軟體裝好，我再來使用。

第三層次，更高階一些，你不但要裝好作業系統這些基本的，還要把具體的應用軟體裝好，例如FTP服務端軟體、線上影片服務端軟體等，我可以直接使用服務。

這三種層次，就是大家經常聽到的IaaS、Paas、SaaS。

SaaS: Software-as-a-Service（軟體即服務）

PaaS: Platform-as-a-Service（平臺即服務）

IaaS: Infrastructure-as-a-Service（基礎設施即服務）

再補一張圖，可能更直觀：

目前主流的雲端計算服務提供商，例如亞馬遜AWS、阿里雲、華為雲，說白了，都是為大家提供以上三個層次的雲資源。你想要什麼，它們就提供什麼。

繼續，繼續。

這麼多樣化多層次的雲端計算服務，阿里、華為們又是怎麼提供的呢？

難道說，人工安排？——

如果你要八核CPU、16GB記憶體、500GB硬碟的伺服器，阿里臨時安排工程師幫你組裝？如果你要裝CentOS 7.2（一種類Linux作業系統），MySQL 5.5.60（一種資料庫系統），阿里也臨時讓工程師幫你安裝配置？

這顯然是不可能的，耗不起人力，也等不起時間。

於是，就有了各種軟體和平臺，負責對資源進行呼叫和管理。

什麼是虛擬化

如果要對物理資源進行管理，第一步，就是“虛擬化”。

虛擬化是雲端計算的基礎。簡單來說，虛擬化就是在一臺物理伺服器上，執行多臺“虛擬伺服器”。這種虛擬伺服器，也叫虛擬機器（VM，Virtual Machine）。

從表面來看，這些虛擬機器都是獨立的伺服器，但實際上，它們共享物理伺服器的CPU、記憶體、硬體、網路卡等資源。

物理機，通常稱為“宿主機（Host）”。虛擬機器，則稱為“客戶機（Guest）”。

誰來完成物理資源虛擬化的工作呢？

就是大名鼎鼎的 Hypervisor 。

Hypervisor，漢譯過來是“超級監督者”，也叫做VMM（Virtual Machine Monitor，虛擬機器監視器）。它不是一款具體的軟體，而是一類軟體的統稱。

Hypervisor分為兩大類：

第一類，hypervisor直接執行在物理機之上。虛擬機器執行在hypervisor之上。第二類，物理機上安裝正常的作業系統（例如Linux或Windows），然後在正常作業系統上安裝hypervisor，生成和管理虛擬機器。

像VMware、KVM、Xen、Virtual Box，都屬於Hypervisor。

VMware大家應該很熟悉，就是VMware Workstation。學習Linux的話，很多人都是在windows系統下安裝WMware，然後建立Linux虛擬機器。

但是，真正厲害的，是 KVM（kernel-based virtual machine，基於Linux核心的虛擬機器）。它是目前最熱門最受追捧的虛擬化方案。

KVM這樣的Hypervisor軟體，實際上是提供了一種虛擬化能力，模擬CPU的執行，更為底層。但是它的使用者互動並不良好，不方便使用。

於是，為了更好地管理虛擬機器，就需要OpenStack這樣的雲管理平臺。

關於OpenStack，我之前曾經介紹過（連結）。它有點像個商店，負責管理商品（計算資源、儲存資源、網路資源等），賣給使用者，但它本身不製造商品（不具備虛擬化能力），它的商品，來自於KVM。當然，如果不用KVM，也可以用Xen等其它hypervisor。

OpenStack的管理介面，比命令列好多了吧？

請記住，上面所說的幾個概念，包括VM、KVM、OpenStack等，都主要屬於IaaS（基礎設施即服務）。這個不難理解吧？

容器 VS 虛擬機器

繼續往下說。

那麼，容器、Docker、K8S，又是什麼呢？

根據前文所說的虛擬化方式，人們在使用一段時間後發現，它存在一些問題：

不同的使用者，有時候只是希望執行各自的一些簡單程式，跑一個小程式。為了不相互影響，就要建立虛擬機器。如果建虛擬機器，顯然浪費就會有點大，而且操作也比較複雜，花費時間也會比較長。

而且，有的時候，想要遷移自己的服務程式，就要遷移整個虛擬機器。顯然，遷移過程也會很複雜。

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，但是屬於“輕量級”的虛擬化。它的目的和虛擬機器一樣，都是為了創造“隔離環境”。但是，它又和虛擬機器有很大的不同——虛擬機器是作業系統級別的資源隔離，而容器本質上是程式級的資源隔離。

而大家常聽說的Docker，就是建立容器的工具，是應用容器引擎。

Docker的中文意思，就是碼頭工人。而它的LOGO，就是一隻鯨魚揹著很多貨櫃箱。

相比於傳統的虛擬機器，Docker的優勢很明顯，它啟動時間很快，是秒級，而且對資源的利用率很高（一臺主機可以同時執行幾千個Docker容器）。此外，它佔的空間很小，虛擬機器一般要幾GB到幾十GB，而容器只需要MB級甚至KB級。

除了Docker對容器進行建立之外，我們還需要一個工具，對容器進行編排。

這個工具，就是K8S。

K8S，就是Kubernetes，中文意思是舵手或導航員。Kubernetes這個單詞很長，所以大家把中間8個字母縮寫成8，就成了K8S。

K8S是一個容器叢集管理系統，主要職責是容器編排（Container Orchestration）——啟動容器，自動化部署、擴充套件和管理容器應用，還有回收容器。

簡單來說，K8S有點像容器的保姆。它負責管理容器在哪個機器上執行，監控容器是否存在問題，控制容器和外界的通訊，等等。

透過下面這張K8S系統結構圖，就能夠看出K8S和容器之間的關係。

除了K8S之外，還有很多種容器管理平臺，例如Compose，Marathon，Swarm，Mesos等。

Docker和K8S，關注的不再是基礎設施和物理資源，而是應用層，所以，就屬於PaaS。明白了吧？

好啦，以上就是今天的內容。再說下去，估計很多人又要暈了。

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，它們在雲端計算系統中的位置，以及它們之間的關係。雲端計算涉及到大量的需求。同一個需求，會有很多不同的技術來實現。同一個技術，往往又有多個不同的廠家互相競爭。所以，概念和名詞就會特別多，發展變化也會很快。

不管怎麼說，梳理清楚最關鍵的名詞概念，是學好雲端計算的第一步。