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Kubernetes - 面向云原生應用的新“云平臺”

Kubernetes是什么？

Kubernetes是以Google內部容器編排管理平臺Borg為原型的開源實現。

一個容器編排管理平臺：從樸素的功能實現角度來理解，Kubernetes是一個容器管理編排調度平臺；

一個微服務支撐平臺：從應用角度來看，Kubernetes是天生的微服務支撐平臺；

一個可移植的“云平臺”：從原生領域的生態圈來看，Kubernetes又是新一代的可移植平臺。

物理單機→虛擬機虛擬化→容器虛擬化→云原生模式

這一演化觀察出的規律：

新模式對需求變化的反應更敏捷，新模式下應用的部署與運行過程中的自動化程度應日益提升，在新模式下應用的執行應該更為有效率，以進一步提高計算資源的利用率，應用的伸縮和擴展也要更有效率，新模式下應用的部署和運行成本也應實時降低，開發人員應更聚焦于應用本身，更關系的是應用的設計和實現。

CNCF，Kubernetes：2015年

2015年云原生計算組織CNCF成立，該組織旨在利用專家經驗精心選擇應用上云的解決方案和相關組件，包括容器管理編排調度引擎，分布式應用的網絡存儲、監控、跟蹤、日志跟蹤組件、微服務間的交互協議、微服務的服務治理、服務網格等，CNCF的成立為推動應用上云安全地采用云原生模式提供了更穩、更快、更安全的解決方案，其核心是Kubernetes。

CNCF的各個組件項目也都無縫適配Kubernetes，并圍繞Kubernetes打造新功能并繼續演進。

Kubernetes在2015年7月發布了1.0版本，經過2年多的開發和生態圈打造，終于在2017年戰勝了兩個強勁的對手成為了在容器調度編排的首選平臺，為云原生模式下部署、運行和管理，提供了可移植的、云廠商無關的事實標準。

云原生：初期（2015-至今）

容器技術的出現讓應用上云在傳統的虛擬機之外又多了一種選擇，但光有容器還不夠，單純的將應用從單機或虛擬機挪到容器中，并不能完全體現出容器的優勢，給開發者帶來的幫助也不大。

云原生模式

隨著時代的發展和進步，應用所面臨的外部環境也在變化，市場需求的需求變化要求應用給與足夠快的響應速度，快速更新并部署上線，并且保持線上業務的平滑升級過度，同時還能在業務的峰谷之間自行伸縮適應，這些狀況讓越來越多的開發者不僅選擇使用容器作為應用部署運行的載體，還積極采用了與容器這個應用載體天生匹配的微服務的架構，并依靠流程編排引擎幫助保持對外部響應的敏捷性，這種容器化的微服務結構需要結合容器管理調度編排引擎進行動態編排和資源占用優化的應用被賦予了一個新的名詞叫云原生應用。云原生逐漸成為了一種應用云化開發、部署和運行的主流方式。

從上面的詮釋也可以看出，云原生模式的基礎前提是應用都是容器化的，結構上都是微服務化的，容器作為應用部署、運行和管理的基本單元。

而云原生模式的核心是需要借助容器管理編排調度平臺對容器進行動態編排和資源利用優化。

云原生概念一出現便得到了廣大開發者的認可，采用云原生模式實現應用上云的方案得到了快速的發展。

容器化：（2013年-至今）

隨著基于虛擬機的云計算的成熟，越來越多的應用遷移到了云端，應用上云成為了一股不可逆轉的趨勢，但在這一過程中，我們也發現了傳統虛擬機的一些不足之處。比如云服務商鎖定：由于使用了某一個云服務商提供的服務，用戶便難以將應用遷移到其它云服務商或者自己的私有數據中心，跨云做應用部署十分困難，虛擬機運行額外消耗過重，每個虛擬機都有一個GuestOS，導致鏡像的size過大，傳輸不便，并且執行效率差，虛擬機的啟動速度也很慢，導致擴展沒有預想的那樣輕量和方便。在傳統虛擬化成熟的時候，另外一種虛擬化技術正在孕育發芽和崛起，它就是容器。

Dorker：2013年

2013年名不見經傳的dotCloud公司發布了Docker系統，從此拉開了容器虛擬化的新時代。

以Docker為代表的內核容器技術并不是全新的技術，而是將已有技術（LXC（Linux Container）、cgroups、Union FS）進行了更好的整合和包裝，提供了開發者體驗良好的工具集，并形成了一種標準鏡像格式。

與傳統的虛擬機相比，容器技術具有許多優勢，比如開發交付流程操作對象是同步的（即面對同一個容器鏡像）、執行更為高效（可以實現秒級的啟動）、資源占用更為集約（沒有GuestOS、共享內核，鏡像的大小也很小，一般在幾M到幾十M的級別，啟動速度很快，使得擴展性良好）等優勢。

容器的標準化規范幾乎是同步制定的，使得容器的可移植性非常好。這些優勢使得容器這種應用部署和運行模式在短短的幾年間就廣泛的流行應用開來。

這時在容器虛擬化技術下，計算的基本單元由虛擬機變為了容器，越來越多的應用的構建、部署與運行選擇在容器中進行。

AWS、Azure、Aliyun、GCE：2015-2017

基于虛擬化技術點的公有云爆發式增長，形成公有云IaaS四巨頭，亞馬遜的AWS、微軟的Azure、阿里的Aliyun、谷歌的GCE四大公有云提供商競爭的格局。

2017年底，全球企業的一半以上的計算資源放在了公有云上，半數企業在內部完成了私有云部署。

IaaS：AWS 2006年，GCE 2008年

基于虛擬機技術的Amazon Web Services（AWS）開啟了Infrastructure-as-a-Service（基礎設施即服務）的市場。

商家們發現獲取計算資源不再需要購買昂貴的硬件設備了，只需在公有云AWS或者GCE上自助的按需租用以虛擬機（VM）為基本計算單元的計算資源即可。這樣一來，商家的基本性支出變成了運營成本的支出，費用大幅降低。

應用的部署也多以虛擬機（VM）為單元并且結合IaaS廠商提供的控制臺實現了高效的計算資源管理。硬件、存儲、網絡等專業性維護人員也可以省去了。與此同時，公有云的高可擴展性也使得商家在應對業務需求快速變動的情況下，可以迅速獲得需要的計算、存儲和網絡資源。

虛擬化：初期（2001~2009）

至到20世紀初，即2001-2009年這段時間，雖然單機模式依然是主流，但一種新的模式在快速發展，那就是新出現的虛擬化模式。

提到IT行業的虛擬化概念，最早追溯到20世紀的60年代，當時虛擬化技術的研究主要用來對稀有昂貴的計算資源大型機硬件進行分區，以提高硬件的使用效率，但隨著時間的推移，微型計算機和PC等廉價硬件的出現，能夠提供更為有效精細的方法來對計算資源進行分配和處理，所以到20世紀80年代之后，虛擬化技術在應用方面陷入到了停滯。

VMware：2001年，Xen：2003年，KVM：2007年

虛擬化技術再次轉向前臺的標志性事件之一是VMware公司在2001年發布了針對服務器市場的虛擬化解決方案：其目標依舊是兩個方面，其一是提高計算資源的使用效率，大型數據中心富裕的計算資源無法得到充分利用，通過拆分的方式將計算資源充足的單機劃分為若干個虛擬機，以虛擬機作為基本計算資源提供給客戶；其二是降低成本，虛擬化通過聚合的方式將分散的廉價的計算資源實化，廉價的搭載開放系統的高性能的計算設備，尤其是X86服務器逐步替代了昂貴的Unix小型機，在保持計算能力不降低的情況下，大幅降低了成本。

隨后Xen和KVM相繼在2003年和2007年發布了自己的首個虛擬化技術方案版本，從此三大解決方案VMware、Xen和KVM形成了三足鼎立之勢，并且一同促進了虛擬機虛擬化技術概念的普及，拉開了虛擬化云計算時代的大幕。

在這種模式下，基礎計算單元逐步變成了虛擬機，服務端應用的構建、部署和運行逐步遷移到了虛擬機上了。

同樣是在這一時期，當有了虛擬化技術解決方案之后，虛擬化技術的應用也逐漸跟上，標志性的事件就是亞馬遜和谷歌公司相繼推出了AWS和GCE的虛擬化主機租用服務，開啟了技術設施即服務的IaaS的市場。

物理單機（~2000）

2000年：IBM、Sun公司

自計算機科學誕生以來數十年間，在商用服務計算領域幾乎都是以單機為基礎計算單元對計算資源進行管理和協調控制的，典型的代表就是IBM和Sun公司，IBM是大型機的代表，Sun是小型機和工作站的代表。

在這個階段你想部署和推出一個新的應用，首先必須購買或租用硬件，一臺物理服務器或者服務器陣列，并招聘專門的人進行維護。

在這個階段，應用程序是直接在物理機上構建、部署和運行的，而且大多數情況下，一臺服務器上只安裝和運行一種應用，成本很高，資源的利用率卻不高。并且由于需要采購硬件，針對業務需求響應的周期非常的長，這種模式就好比商家要用電，需要自己購買發電機，買燃料，專人維護，成本很高，效率很低。

K8s的出現歸根結底是應用部署運行模式在外界需求變化下演化變遷的結果。