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Docker架构优缺点大剖析

2016-1-25 09:25| 投稿: son850318

摘要: 在Docker问世后,其打包应用程式、快速部署的能耐,受到开发者的广大欢迎。在2015年,Docker进一步推出私有储存库功能Docker Registry,以及原生网路功能Docker Networking,让企业更容易自行架构Docker丛集。这些都 ...
在Docker问世后,其打包应用程式、快速部署的能耐,受到开发者的广大欢迎。在2015年,Docker进一步推出私有储存库功能Docker Registry,以及原生网路功能Docker Networking,让企业更容易自行架构Docker丛集。这些都让Docker逐渐成为正式环境的新选择。

在Docker受到一片好评下,着有《Docker源码分析》,大受到中国Docker社群好评的孙宏亮认为,Docker至少有3大缺点,还无法满足各种环境的需求。深入研究Docker原始码的他,也是中国Docker PaaS服务商DaoCloud参与第一线开发的软体工程师。

别于多数Docker开发者从应用程式面切入谈论Docker的角度,孙宏亮在2015 Container Summit上,则是选择从Docker的程式码设计架构,来剖析优缺点。

孙宏亮也指出,Container技术虽然已经发展许久,但是透过Docker独特的映像档设计,才使Container技术在近年发扬光大。

独特映像档设计让Docker爆红

Container技术最早可以追溯至1979年时推出的Unix V7,其中的chroot系统呼叫指令,透过更改程序的根目录,达到系统程序隔离的效果。而发展已经超过30年的Container技术,为何迟至2013年才因为Docker横扫全球IT业界,孙宏亮解释,因为Docker映像档的设计,使得Docker得以打破过去「程式码即应用」的观念。

传统上认为,软体开发结束后,所产出的成果即是程式码,或是能够编译执行的二元执行档。

而为了让这些程式码可以顺利执行,开发团队也得准备完整的部署文件,让维运团队得以部署应用程式,不过,即便如此,仍然常常发生部署失败的状况。孙宏亮表示,Docker透过映像档,将作业系统核心外,运作应用程式所需要的系统环境,由下而上打包,达到应用程式跨平台间的无缝接轨运作。

而微软已经宣布,将在下一代的Windows Server 2016中内建Docker Engine,使得Windows Sever可以原生支援Docker。但孙宏亮也解释,目前Windows对Docker的支援,多数还是在API层。除了Windows作业系统与Linux在Kernel层差异很大外,Windows也有发展有自家的Container技术。

系统服务Docker化的障碍

虽然Docker透过了映像档设计,解决传统维运团队在部署上的问题。但是,在将系统服务Docker化、应用程式Docker化时,使用者仍然会碰到实际面的问题。

孙宏亮表示,当应用程式必须调度系统的服务,例如利用cron服务,将工作设定为自动化执行,或是执行syslog服务收集系统日志时,此时开发者就会碰到使用Docker的障碍。

例如,虽然可以使用Docker将cron服务打包,但是Docker化的cron服务,与传统Linux中cron服务间有很大的区别。孙宏亮表示,一旦将cron服务容器化后,原始的环境变数设定都会失效。所以使用者必须分析软体、Container的运行方式,才能满足使用的需求。另外,Docker与Linux Kernel的沟通能力薄弱,行程间沟通(inter-process communication,IPC)会被进行隔离。像是NFS伺服器接受客户端提出的请求后,会将需求再次传递给Linux Kernel,「使用者将这些功能容器化前,都必须再三考虑。」他表示。

并非任何应用程式都适合Docker化

而在应用程式Docker化的方面,虽然Docker的快速部署特性很吸引人,但是未必所有的应用程式都适合Docker化,像是MySQL,孙宏亮认为如果将其Docker化则存在一些弊端。例如,当使用者的资料需要进行额外备份,需要创造MySQL的资料库Container,可以透过Docker run指令,创建一个MySQL的Database Container,或是使用docker run指令,修改MySQL的环境变数。而这些环境变数会透过Docker Daemon、Docker Engine,用json的档案格式储存在Docker Container中。

存在于Docker Container中的环境变数,对于Docker Engine并没有意义,但是对于使用Docker的用户则存在隐忧,如果被无关的第三方看见,使用者的Container可能会产生资安上疑虑。所以,孙宏亮认为,传统开发者在使用MySQL的思维,并不能无缝转移到Docker的世界中运作。

孙宏亮表示,在Docker问世后,Docker官方也宣称Docker的设计是以应用程式为中心(application-centric),希望使用者将心力集中在开发应用程式,而Docker官方也不特别鼓励使用者,将Docker视为取代VM,作为新一代运算单元的想法。他认为,当Docker用于打包网页应用程式,或是比较单纯的系统服务,可以达到很好的Docker化效果。不过,如果要将Docker的使用范围扩大,开始涉及到作业系统的基础运行层次,或是分散式系统在推动微服务时,使用Docker会产生一些问题。

共用Linux Kernel,让Docker安全性先天不足

而从技术面的角度切入,孙宏亮表示,Docker就是分配硬体资源、实现资源隔离的Container技术。而谈到资源隔离,他表示,一般人会联想到Container技术中最基本的观念,像是命名区域namespace及cgroup等技术。而Docker Container技术的火红,以前无法透过VM执行的功能,现在也可以透过Container实现。许多使用者因此也开始议论,是否可以利用Container技术取代VM。

一般的实体伺服器,只要具备Linux Kernel就可以运行Container,或是透过Hypervisor层,使用Linux Kernel上运作的虚拟机,运行Container。孙宏亮认为,以这样的角度看待,Linux Kernel是运作Container,所需满足的最重要条件,而无论是实体伺服器或是VM,都能达到上述的条件。不过,Container在实体机上运作,可以达到媲美裸机的效能,而在VM中运作时,则会产生效能折损。

而谈到Container的资源隔离,孙宏亮表示,一般使用者最直觉想到的不外乎是CPU、记忆体以及IO等运算资源。而他认为,「资源」的范畴应该不只如此。虽然Container可以透过cgroup、namespace做到运算资源的隔离,但是,「如果没有Linux Kernel,使用者也不可能运作Container。」他表示,如果将Linux Kernel也纳入资源的范畴,因为Container与作业系统同时共用Kernel,所以其实并没有实现资源隔离。但是,VM与VM之间,并不会共用作业系统核心。因此,VM的资源隔离性一定会比Container来得更好。

虽然Docker Container也会受到资源的隔离、控制,以及权限控制,但是由于跟Linux共用作业系统核心,进而会产生安全上的漏洞。为了解决这样的问题,孙宏亮表示,可以透过Linux的capability机制,加强权限的控管,使Container内部的root跟外部的root权限产生差异外,同时也让Container在系统管理的能力,与宿主主机进行区隔,借此解决Container的安全问题。

在去年推出的Docker 1.9.0当中,Docker也加入了username space机制,孙宏亮表示,在安全性方面,这是Docker所达成的一个里程碑。只要透过namespace,让Container运作的时候,使用者可以拥有更多权限,同时也不会影响到宿主主机。

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