Docker:分布式系统的软件工程革命(上)

【编者按】为了使用Docker,需要了解不少工具及其设计思路;而这些工具的文档分布在不同的网站。为了方便大家学习,本文以开发一个极简的搜索引擎为例,展示Docker带来的革新。本文以技术教程为主线,穿插了一些关于Hadoop和Mesos等“模仿”项目的介绍,简要追溯它们勇敢而艰难的“邯郸学步”的历程。本文来自王益的个人博客。

以下为原文:

Docker最近很火。Docker实现了“集装箱”——一种介于“软件包”和“虚拟机”之间的概念——并被寄予厚望,以期革新Internet服务以及其他大数据处理系统的开发、测试、和部署流程。

为了使用Docker,需要了解不少工具及其设计思路;而这些工具的文档分布在不同的网站。为了方便大家学习,本文以开发一个极简的搜索引擎为例,展示Docker带来的革新。

说是革新,其实是Google已经用了很多年的方式,只是最近才因为Docker开源项目而广为人知。最近这将近十年的时间里,各互联网公司和高校都在奋力模仿Google的计算技术。了解这一模仿的过程,可以帮助我们深入理解分布式系统(包括现在常说的“大数据系统”)中若干重要问题。为此,本文以技术教程为主线,穿插了一些关于Hadoop和Mesos等“模仿”项目的介绍,简要追溯它们勇敢而艰难的“邯郸学步”的历程。最后,本文会介绍Google最近公布的“正确答案”——Hubernetes——Google核心技术Borg的开源版本。

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Docker

Docker是一个软件系统,实现了一种称为“集装箱”的概念。集装箱类似Google机群管理系统Borg中的包(package)。

通常我们说的“包”是软件包——比如Ubuntu/Debian Linux里常见的.deb文件——安装的时候,安装程序会把被依赖的包也装上。可是执行的时候呢?得根据具体情况配置,然后依次启动互相依赖的多个程序。比如,启动一个Web服务之前,要启动Apache和MySQL;而且他们仨都得有合理的配置,确保它们能一起工作,来实现这个Web服务。

但是Docker集装箱以及Borg中的包更像虚拟机。虚拟机里包括程序和配置,所以可以被执行——也就是执行其中的程序。因为程序是配置好的,所以虚拟机可以被扔到各种环境上去执行——包括开发机、做演示用的笔记本电脑、用VirtualBox虚拟的机群、测试机群、预发布环境和产品环境。近几年随着“云计算”概念的普及,虚拟机被广泛使用,作为分布式计算的基础调度单元。

Docker作为一个软件系统,可以用来创建“集装箱镜像”(container image)和执行这些镜像。就像VirtualBox是一个软件系统,可以用来创建和执行虚拟机。但是集装箱比虚拟机“轻”——一个虚拟机包括一组虚拟硬件、操作系统,用来执行用户程序;而集装箱里没有虚拟的硬件,也没有操作系统,它用主机(host)的硬件和操作系统来执行程序。

那么在集装箱里跑程序和直接在主机上跑有什么区别呢?一个区别是,集装箱有一套网络端口空间(port space)。一个集装箱里的进程可以各自开端口,也可以连接对方的端口进行通信。但是这些端口是集装箱之外的进程看不到的。我们也可以让集装箱把某些内部端口号展示给外部,比如把集装箱内的端口5000映射到外部的8080。这样,当我们用主机上的程序(比如浏览器)访问本机(主机)的8080端口时,实际上访问的是集装箱里的5000端口。这项对外公开集装箱内部端口的技术,称为端口转发(port forwarding),和虚拟机的端口转发概念一样。另一个区别在于,集装箱里有虚拟的文件系统。这样我们可以把要执行的程序拷贝进集装箱。也可以把主机上的某些目录映射成集装箱虚拟文件系统的某些目录。

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