通俗易懂的宏觀介紹云計算

“云計算”這個詞，相信大家都非常熟悉了。作為IT行業(yè)的熱門技術(shù)，它頻繁出現(xiàn)在各大媒體的新聞報道中。BAT這樣的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，也經(jīng)常把它掛在嘴邊。

相信很多人都想學(xué)習(xí)云計算，跟上技術(shù)潮流。如果對云計算有一定了解的話，應(yīng)該會或多或少地聽到這些名詞——OpenStack、Hypervisor、KVM、Docker、K8S...

這些名詞，全部都屬于云計算的范疇。

對于自學(xué)的初學(xué)者來說，想要理解這些名詞的具體含義，還有它們之間的關(guān)系，并不是一件容易的事情。

雖然互聯(lián)網(wǎng)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(zhuǎn)向，甚至打退堂鼓。

所以，今天這篇文章，作為云計算的入門第一課，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(guān)系，希望對大家入門有所幫助。

什么是云計算

在介紹那些古怪名詞之前，我先簡單介紹一下云計算。

以前電腦被發(fā)明的時候，還沒有網(wǎng)絡(luò)，每個電腦（PC），就是一個單機。

這臺單機，包括CPU、內(nèi)存、硬盤、顯卡等硬件。用戶在單機上，安裝操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，完成自己的工作。

后來，有了網(wǎng)絡(luò)（Network），單機與單機之間，可以交換信息，協(xié)同工作。

再后來，單機性能越來越強，就有了服務(wù)器（Server）。人們發(fā)現(xiàn)，可以把一些服務(wù)器集中起來，放在機房里，然后讓用戶通過網(wǎng)絡(luò)，去訪問和使用機房里的計算機資源。

再再后來，小型網(wǎng)絡(luò)變成了大型網(wǎng)絡(luò)，就有了互聯(lián)網(wǎng)（Internet）。小型機房變成了大型機房，就有了IDC（Internet Data Center，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）。

當越來越多的計算機資源和應(yīng)用服務(wù)（Application，例如看網(wǎng)頁，下電影）被集中起來，就變成了——“云計算（Cloud Computing）”。無數(shù)的大型機房，就成了“云端”。

云計算

是不是覺得太簡單？別急，開始深入。

云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(wǎng)絡(luò)上。但是，云計算的實現(xiàn)方式，就復(fù)雜了。

舉個例子，如果你只是在公司小機房擺了一個服務(wù)器，開個FTP下載服務(wù)，然后用于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(jié)，全球幾十億用戶訪問阿里巴巴的淘寶網(wǎng)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(wǎng)線幾臺服務(wù)器能解決的了。

需要設(shè)計一個超大容量、超高并發(fā)（同時訪問）、超快速度、超強安全的云計算系統(tǒng)，才能滿足業(yè)務(wù)平穩(wěn)運行的要求。

這才是云計算的復(fù)雜之處。

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

第一層次，是最底層的硬件資源，主要包括CPU（計算資源），硬盤（存儲資源），還有網(wǎng)卡（網(wǎng)絡(luò)資源）等。

第二層次，要高級一些，我不打算直接使用CPU、硬盤、網(wǎng)卡，我希望你把操作系統(tǒng)（例如Windows、Linux）裝好，把數(shù)據(jù)庫軟件裝好，我再來使用。

第三層次，更高級一些，你不但要裝好操作系統(tǒng)這些基本的，還要把具體的應(yīng)用軟件裝好，例如FTP服務(wù)端軟件、在線視頻服務(wù)端軟件等，我可以直接使用服務(wù)。

這三種層次，就是大家經(jīng)常聽到的IaaS、Paas、SaaS。

SaaS: Software-as-a-Service（軟件即服務(wù)）

PaaS: Platform-as-a-Service（平臺即服務(wù)）

IaaS: Infrastructure-as-a-Service（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）

再補一張圖，可能更直觀：

目前主流的云計算服務(wù)提供商，例如亞馬遜AWS、阿里云、華為云，說白了，都是為大家提供以上三個層次的云資源。你想要什么，它們就提供什么。

繼續(xù)，繼續(xù)。

這么多樣化多層次的云計算服務(wù)，阿里、華為們又是怎么提供的呢？

難道說，人工安排？——

如果你要八核CPU、16GB內(nèi)存、500GB硬盤的服務(wù)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操作系統(tǒng)），MySQL 5.5.60（一種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)），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。

于是，就有了各種軟件和平臺，負責(zé)對資源進行調(diào)用和管理。

什么是虛擬化

如果要對物理資源進行管理，第一步，就是“虛擬化”。

虛擬化是云計算的基礎(chǔ)。簡單來說，虛擬化就是在一臺物理服務(wù)器上，運行多臺“虛擬服務(wù)器”。這種虛擬服務(wù)器，也叫虛擬機（VM，Virtual Machine）。

從表面來看，這些虛擬機都是獨立的服務(wù)器，但實際上，它們共享物理服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、硬件、網(wǎng)卡等資源。

物理機，通常稱為“宿主機（Host）”。虛擬機，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(jiān)督者”，也叫做VMM（Virtual Machine Monitor，虛擬機監(jiān)視器）。它不是一款具體的軟件，而是一類軟件的統(tǒng)稱。

Hypervisor分為兩大類：

第一類，hypervisor直接運行在物理機之上。虛擬機運行在hypervisor之上。第二類，物理機上安裝正常的操作系統(tǒng)（例如Linux或Windows），然后在正常操作系統(tǒng)上安裝hypervisor，生成和管理虛擬機。

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

VMware大家應(yīng)該很熟悉，就是VMware Workstation。學(xué)習(xí)Linux的話，很多人都是在windows系統(tǒng)下安裝WMware，然后創(chuàng)建Linux虛擬機。

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

KVM這樣的Hypervisor軟件，實際上是提供了一種虛擬化能力，模擬CPU的運行，更為底層。但是它的用戶交互并不良好，不方便使用。

于是，為了更好地管理虛擬機，就需要OpenStack這樣的云管理平臺。

關(guān)于OpenStack，我之前曾經(jīng)介紹過（鏈接）。它有點像個商店，負責(zé)管理商品（計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源等），賣給用戶，但它本身不制造商品（不具備虛擬化能力），它的商品，來自于KVM。當然，如果不用KVM，也可以用Xen等其它hypervisor。

OpenStack的管理界面，比命令行好多了吧？

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

容器 VS 虛擬機

繼續(xù)往下說。

那么，容器、Docker、K8S，又是什么呢？

根據(jù)前文所說的虛擬化方式，人們在使用一段時間后發(fā)現(xiàn)，它存在一些問題：

不同的用戶，有時候只是希望運行各自的一些簡單程序，跑一個小進程。為了不相互影響，就要建立虛擬機。如果建虛擬機，顯然浪費就會有點大，而且操作也比較復(fù)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(wù)程序，就要遷移整個虛擬機。顯然，遷移過程也會很復(fù)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，但是屬于“輕量級”的虛擬化。它的目的和虛擬機一樣，都是為了創(chuàng)造“隔離環(huán)境”。但是，它又和虛擬機有很大的不同——虛擬機是操作系統(tǒng)級別的資源隔離，而容器本質(zhì)上是進程級的資源隔離。

而大家常聽說的Docker，就是創(chuàng)建容器的工具，是應(yīng)用容器引擎。

Docker的中文意思，就是碼頭工人。而它的LOGO，就是一只鯨魚背著很多貨柜箱。

相比于傳統(tǒng)的虛擬機，Docker的優(yōu)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（一臺主機可以同時運行幾千個Docker容器）。此外，它占的空間很小，虛擬機一般要幾GB到幾十GB，而容器只需要MB級甚至KB級。

除了Docker對容器進行創(chuàng)建之外，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?qū)Ш絾T。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是一個容器集群管理系統(tǒng)，主要職責(zé)是容器編排（Container Orchestration）——啟動容器，自動化部署、擴展和管理容器應(yīng)用，還有回收容器。

簡單來說，K8S有點像容器的保姆。它負責(zé)管理容器在哪個機器上運行，監(jiān)控容器是否存在問題，控制容器和外界的通信，等等。

通過下面這張K8S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，就能夠看出K8S和容器之間的關(guān)系。

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(guān)注的不再是基礎(chǔ)設(shè)施和物理資源，而是應(yīng)用層，所以，就屬于PaaS。明白了吧？

好啦，以上就是今天的內(nèi)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，它們在云計算系統(tǒng)中的位置，以及它們之間的關(guān)系。云計算涉及到大量的需求。同一個需求，會有很多不同的技術(shù)來實現(xiàn)。同一個技術(shù)，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(fā)展變化也會很快。

不管怎么說，梳理清楚最關(guān)鍵的名詞概念，是學(xué)好云計算的第一步。