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物理设备
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物理设备
电脑刚被发明的时候还没有网络每个电脑PC就是一个单机。
这台单机包括CPU、内存、硬盘、显卡等硬件。用户在单机上安装操作系统和应用软件完成自己的工作。
后来有了网络单机与单机之间可以交换信息协同工作。 再后来单机性能越来越强就有了服务器Server。把一些服务器集中起来放在机房里然后让用户通过网络去访问和使用机房里的计算机资源。
再后来小型网络变成了大型网络就有了互联网Internet。小型机房变成了大型机房就有了IDCInternet Data Center互联网数据中心。 当越来越多的计算机资源和应用服务被集中起来就变成了——“云计算Cloud Computing”。无数的大型机房就成了“云端”。
虚拟化
如果要对物理资源进行管理第一步就是“虚拟化”。
虚拟化是云计算的基础。简单来说虚拟化就是在一台物理服务器上运行多台“虚拟服务器”。这种虚拟服务器也叫虚拟机VMVirtual Machine。
直接使用物理设备的缺陷
缺乏灵活性
时间灵活性生产或销毁资源、资源扩容、物理设备的供给流程及设备到货后的安装部署冗长空间灵活性可获取到的资源规模大小不够灵活如为应对计算资源峰值购买大量设备操作灵活性设备上架、安装、配置都需要人工完成大量工作大量的设备集群运维工作。
隔离性差为了提高资源利用率可能会将多个服务部署到同一个物理设备上这可能会导致多个服务之间相互干扰、隔离性差严重时甚至会造成安全问题。不可复制当一个物理设备上的应用需要扩展时只能在增加物理设备后再做一遍物理资源配置、应用发布、网络配置等重复性工作无法快捷地实现对应用的复制和粘贴。
从表面来看这些虚拟机都是独立的服务器但实际上它们共享物理服务器的CPU、内存、硬件、网卡等资源。
虚拟机监视器可以对捕获的特权指令进行替换操作从而完整地模拟出某个虚拟机监视器下的特权操作。“陷阱模拟”机制从本质上保证了可影响虚拟机监视器正常运行的指令由虚拟机监视器模拟执行而大部分非敏感指令还是照常运行在物理CPU上。
简单来说虚拟化就是通过模仿下层原有的功能模块创造接口来“欺骗”上层的机制。通常的做法是在整个系统架构中增加一个抽象层负责分割下层的物理资源然后组合成逻辑资源供上层使用。
云计算
直接使用虚拟机的缺陷 时间灵活性虚拟化服务并非随时可用同时虚拟化的过程还需要比较复杂的人工配置随着集群规模的扩大人工配置愈加复杂、耗时。所以仅通过虚拟化软件管理的物理服务器规模并不是特别大一般是几十台至百台的规模。 空间灵活性缺乏分布式部署无法实现资源弹性扩展。当用户数量增多时虚拟化软件所能管理的集群规模远未达到理想的程度很可能造成资源不够。所以随着对集群规模的需求越来越大必须采取自动化的流程来实现资源弹性扩展。 操作灵活性缺乏统一的自动化管理。虽然创建一台虚拟机的过程相对较为基础但是操作的灵活性意味着用户可以更方便、迅速地对资源进行更进一步的管理操作所有操作都可以通过自动化脚本来实现。
云计算的目标就是解决这三大灵活性的问题。云控制平台通过调度器Scheduler来管理由几千台物理服务器抽象而来的虚拟资源池无论用户需要多少CPU、内存、硬盘资源的虚拟机调度器都会自动在资源池中匹配到最合适的资源通过虚拟机的形式供给资源并做好配置。这个阶段我们称为“池化”或者“云化”。虚拟化的能力和灵活性到了这个阶段才可以被称为“云计算”在这之前都只能叫作“虚拟化”。
什么是云计算
云计算指IT基础设施的交付和使用模式用户可以通过网络以按需、易扩展的方式获得所需计算机资源。
第一层次是最底层的硬件资源主要包括CPU计算资源硬盘存储资源还有网卡网络资源等。
第二层次用户不直接使用CPU、硬盘、网卡厂商把操作系统例如Windows、Linux装好把数据库软件装好用户直接使用。
第三层次厂商不但要装好操作系统这些基本的还要把具体的应用软件装好例如FTP服务端软件、在线视频服务端软件等用户可以直接使用服务。
IaaS: Infrastructure-as-a-Service基础设施即服务
用户可以通过管理页面或者API创建一台EC2实例虚拟机然后直接通过浏览器或者通过SSH客户端登录控制台而不再需要考虑物理服务器购买、网络的布线、操作系统安装等烦琐的传统IT基础运维工作。
PaaS: Platform-as-a-Service平台即服务
它直接为用户提供一套平台包括语言运行环境、编程框架及数据存储中间件等一系列功能。这个平台可以是Java开发平台用户只需要在遵守平台开发规范的前提下编写自己的业务代码单击运行平台就会自动完成代码编译和打包以及程序所需的数据存储例如MySQL即通过调用SDK或者API就可以使用平台使得用户可以更加关注自己的业务代码的编写。
SaaS: Software-as-a-Service软件即服务
它是最高层的抽象对于最终用户它不关心任何技术相关内容以服务的方式交付。我们使用的在线云编辑器就是一种SaaS服务只需要通过浏览器就可以在线编辑Word或者PPT并且可以云端保存而且只要在能够连接到互联网的情况下都可以编辑用户不需要关心背后的实现细节。SaaS将应用的最终形态直接交付使用者向用户暴露更少的技术细节。 容器化
使用虚拟化一段时间后发现它存在一些问题不同的用户有时候只是希望运行各自的一些简单程序跑一个小进程。为了不相互影响就要建立虚拟机。如果建虚拟机显然浪费就会有点大而且操作也比较复杂花费时间也会比较长。而且有的时候想要迁移自己的服务程序就要迁移整个虚拟机。显然迁移过程也会很复杂。所以就引入了“容器Container”。
容器也是虚拟化但是属于“轻量级”的虚拟化。它的目的和虚拟机一样都是为了创造“隔离环境”。但是它又和虚拟机有很大的不同——虚拟机是操作系统级别的资源隔离而容器本质上是进程级的资源隔离。
容器与传统虚拟机的对比
传统虚拟机是需要安装整个操作系统的然后再在上面安装业务应用启动应用通常需要几分钟去启动应用而容器是直接使用镜像来运行业务容器的其容器启动属于秒级别容器需要的资源更少容器在操作系统级别进行虚拟化容器容器和内核交互几乎没有性能损耗而虚拟机运行着整个操作系统占用物理机的资源就比较多;容器更轻量容器(docker)的架构可以共用一个内核与共享应用程序库yum所占内存极小;同样的硬件环境容器运行的镜像数远多于虚拟机数量对系统的利用率非常高;隔离级别与虚拟机相比容器隔离性更弱属于进程之间的隔离虚拟机可实现系统级别隔离;容器的安全性也更弱容器的租户root和宿主机root相同一旦容器内的用户从普通用户权限提升为root权限它就直接具备了宿主机的root权限进而可进行无限制的操作。虚拟机租户root权限和宿主机的root虚拟机权限是分离的可以防止虚拟机突破和彼此交互而容器至今还没有任何形式的硬件隔离;虚拟化创建是分钟级别的容器创建是秒级别的容器的快速迭代性决定了无论是开发、测试、部署都可以节省大量时间;
云原生是什么
Pivotal最新官网对云原生概括可以具体化为4个要点DevOps持续交付微服务容器一种构建和运行应用程序的方法。
微服务微服务的关键优势在于可组合性将应用分解为一组更小的轻量级服务而这些服务可通过应用编程接口 (API) 轻松组合并相互连接。
容器和编排容器是轻量级的可执行组件包含在任何环境中运行代码所需的所有元素包括应用源代码和依赖项。容器提供工作负载可移植性支持“一次构建、随处运行”的代码使开发和部署过程大大简化。由于它们可以独立部署因此还有助于避免各种语言、库和框架之间的磨合。这种可移植性和灵活性使得容器成为构建微服务架构的理想选择。
DevOps云原生应用的开发需要改为采用像 DevOps 这样的敏捷交付方法开发者和 IT 运营团队就可以密切协作自动执行基础架构和软件交付流程。DevOps 可以加快一个想法从提出到部署的整个过程。DevOps 的核心在于在应用的整个生命周期中都要确保日常运维任务自动化和环境的标准化容器可以提供标准化的环境。
持续集成和持续交付 (CI/CD)通过该自动化流程可以更快地修复、扩缩和部署系统。通过 CI/CD 流水线可以自动构建、测试和部署应用更改而无需安排停机时间或等待维护窗口。持续交付可确保软件发布更可靠、风险更低从而使得团队可以更快速、更频繁地提供新的服务和功能。
采用开源堆栈K8SDocker进行容器化基于微服务架构提高灵活性和可维护性借助敏捷方法、DevOps支持持续迭代和运维自动化利用云平台设施实现弹性伸缩、动态调度、优化资源利用率。
云原生解决了什么问题 部署和扩展困难传统软件部署通常需要手动配置和管理而且在应对大规模流量时很难快速扩展。 环境一致性开发、测试和生产环境之间的不一致性会导致问题的出现因为应用在不同环境中的运行可能会产生不同的结果。 资源浪费传统部署方式可能会导致资源的浪费因为通常需要为应用的最高负载进行配置而在低负载时会浪费资源。 恢复缓慢基于虚拟机的基础设施相对于基于微服务的应用程序来说是缓慢而低效的。因为单个虚拟机启动/关闭的速度很慢并且在部署应用程序代码之前就会带来巨大的开销。
