Hyper容器云及云上运维

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2017-06-26 10:02 by 副主编 jihong10102006 评论(0) 有12192人浏览

Hyper 容器运维

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导读：和Docker不同，Hyper通过直接把虚机跟Docker Image对接起来，解决了容器技术的安全性问题，再利用技术手段解决了Hyper的轻量化问题。在Docker技术安全性等广受诟病的背景下，Hyper的出现给开发者们提供了一种新的思路。

作为一家专注于虚拟化容器技术的创业公司，可以说在国内的容器创业圈里算是比较独特的。截至目前，除了自主打造了一套兼容OCI的容器Runtime，在Github上维护了若干个开源项目之外，我们还做了一套公有云服务（https://hyper.sh）。

关于Hyper，大家比较好奇，本文将从三个方面重点分享Hyper的原理和容器云运维：从Docker到Hyper Container，Hyper Container用于公有云，容器云上运维的变化。

从Docker到Hyper Container

Docker大家应该非常熟悉，四年前，从一个相对单纯的runtime发展到今天，包含集群管理、容器编排、各种网络/存储插件等复杂的生态系统，甚至连操作系统打包都给放进去了（前不久DockerCon上发布的LinuxKit）。Docker这项技术出来之后受到大家极大地关注和追捧，可以说引发了众多领域的巨大变革，各种聚焦容器技术的开源项目、创业公司更是如雨后春笋。

但是，我们把目光回到最初，Docker刚开始出来的时候，它的本质是什么？我们认为， Docker本质上由两大块组成：容器技术 + Docker Image。

Docker基本原理

Docker Image是Docker最天才的一项创造。虽然它所用到的各种技术是之前就有的，但把这些技术以这样的姿势组合起来，之前真的是没有人想到。我们可以认为这是一种新的应用打包方式，但是它又超越了以前传统的RPM、DEB打包，RPM、DEB只是把应用的文件堆在一起，顶多再加上一些Pre-install、Post-install脚本，外部通Yum、Apt来解决依赖关系。而Docker Image不仅仅是把应用的文件给打进去，还包括了这个应用所有的依赖，再底下就是内核了。而且不止如此，它还把应用运行的一些信息，比如User、worker DIR等都给放进去，非常规范地把这个应用的方方面面都给描述出来，这个是一项前所未有的技术。

而容器技术，最早Docker用的就是LXC，跟我们广泛使用的虚拟机相比，它看起来很像虚拟机，但比虚拟机轻很多，创建速度为毫秒级。非常轻量，没有虚拟机vCPU、内存等方面的性能损耗，但同时它的缺点就是隔离度比虚拟机要弱很多，因为容器是利用内核的Namespace、Cgroup等技术来进行环境的隔离和资源的限制，一个宿主上的所有容器共享同一个内核，相对而言攻击面就会大很多。

关于这一点，圈内有很多争议，有人认为容器的安全性可以不断改进，最终达到一个可用的程度，但另一派就觉得由于它的原理是共享内核，所以从根本上就不可能做到足够的安全。争论很多，但无论如何，“容器的隔离性比虚机弱”是业界的共识，如果实在不放心，就把容器放到虚机里面去用吧。事实上这也是几乎所有公有云提供容器运行的方式：先给用户创建虚机，然后再在虚机里面跑用户的容器。没有公有云敢冒险直接在物理机上起容器分给多个租户去用。

既然如此，我们就产生了一个想法：可否直接把虚机跟Docker Image对接起来？回过头来想，容器的本质到底是什么？我们认为容器的本质，其实是边界。举一个生活中的例子，我们拿一个杯子去装水，这个杯子有底、有侧边，这个底和侧边就把杯子里外的空间隔离开了，我们称之为一个容器。对于LXC而言，它是通过Namespace来做边界；而对于VM，如果把虚拟的硬件当做边界，VM也可以看做一种容器。只不过LXC是一个比较易碎的玻璃杯，甚至是纸杯，而VM则是更加坚固的不锈钢杯子。我们用VM替换LXC直接跟Docker Image对接，就得到了虚拟化容器，我们称之为Hyper Container。这样一来，隔离性的问题就解决了。但同时它还能不能保持之前的轻量和快速，这是需要考虑的问题。

Hyper技术原理

我们先看一下如何把虚机和Docker Image进行对接。这是Hyper容器启动的一个对比，上面是Docker容器，下面是Hyper容器。Docker容器起动的时候，先从Docker Image创建Rootfs，准备数据卷（如果有需要的话），这是Create过程。然后调用内核接口去创建Namespace、设置CGroup、启动APP进程，容器就起来了。而我们的Hyper容器呢？首先，准备Rootfs和数据卷部分，跟Docker是一样的。同时我们会起一个非常精简的虚机，没有完整的操作系统，只有一个Init（HyperStart）进程，然后把准备好的Rootfs和数据卷目录映射到虚机里，由HyperStart去起应用进程，整个虚机的资源都给这个应用，这样就把虚机跟Docker Image对接起来了。

Docker/Hyper容器启动过程对比

接下来，我们来Hyper解决轻量和快速的问题。显然Hyper Container比LXC要重，我们需要想办法尽量使它轻量化。

首先，加快容器启动速度。起一个虚机大概需要两三秒，虽然时间也不太长，但比容器还是慢多了，怎样加快呢？1，精简VM配置和内核；2，我们做了一个VM Cache功能，预先准备虚机池，用户Run容器的时候，直接从虚机池里选取，再动态调CPU和内存。最终我们把Run一个容器的时间缩短到了300多毫秒，跟LXC差不多了。

另一方面，降低内存开销。每一个虚机都有自己的内核和Initrd，会占用一部分内存，如果宿主上同时Running几十上百个容器，这个消耗不容忽视。怎么办呢？我们的内核大牛又搞出了一项技术，就是让同一台宿主上的所有Hyper Container共享同一份内核和Initrd，大大减少了内存开销。最终效果就是每个Hyper Container额外的内存开销小于10M。

通过上述努力，Hyper Container终于做到了既轻快，又安全，完美地解决了问题。怎么样，完美吗？大家都是搞技术的，实事求是讲，没有完美的方案。大家可以看出来，Hyper Container毕竟是在虚拟机里面跑应用，跟物理机里直接跑LXC容器相比，性能上还是会打个折扣。鱼和熊掌不可兼得，一定是舍弃一些东西、取得一些东西，抛开实际场景去谈方案的优劣都是耍流氓。

Hyper Container用于公有云

应该说，Hyper Container最合适的场景是在公有云上。前面也提到了，目前市面上所有的公有云提供容器的服务，都是先给用户创建虚拟机集群，再在集群上面构建容器平台，然后再去跑容器。这个层次结构就比较复杂，因为在公有云上，安全是必须要考虑的问题。假如直接在物理机上起容器分给多租户，某一个租户的容器被人黑进来了，就很可能突破容器的隔离进而控制整个宿主，这个后果是很严重的。但如果使用了Hyper Container，就可以把用户容器直接跑在物理机上，因为Hyper Container是虚机级别的隔离度。这样一来，云的部署架构就可以很大地简化，可以只留一层调度。从用户视角来看，管理的复杂度也大大降低了，因为不用再关心集群的事情，直接就使用容器。

Hyper Container 用于公有云

基于这个想法，我们做了一个开源项目：把Kubernetes、Hyper Container、OpenStack整合在一起，最终产生了一个我们称之为Hypernetes的项目（https://github.com/hyperhq/hypernetes）。然后又基于这个项目构建了我们自己的公有容器云服务（https://hyper.sh）。应该说我们这个容器云还是挺独特的，可以认为它是一个云版的Docker。用户使用前需要下载安装一个客户端（hyper），这个客户端的命令跟Docker非常接近，熟悉Docker用法的朋友，可以很平滑的使用hyper。不同之处在于，这个hyper客户端虽然装在用户的电脑上运行，但它的所有操作最终都落在我们的云端，直接操作云上的资源。从用户的视角看，就好像拥有一台资源无限的主机，只需要按自己的需求创建、使用和销毁容器就好了，而不用操心这个主机的运行状况好不好、还有多少资源、Docker Deamon要不要升级等等，这是我们最大的理念。

有了这个最基本的功能之后，我们又做了一些比较上层的建筑：1，Hyper Compose，兼容Docker Compose规范，本地Docker Compose到云上无缝过渡；2，Hyper Service，源自Kubernetes的概念；3，Hyper Cron，这是一个比较独特的服务，就像在Linux里设定Cron任务一样，可以在我们的云上来设定在什么时间Run什么样的容器；4，Hyper Func，一个以Docker为中心的Serverless解决方案。

容器云上运维的变化

最后想分享一下我对于容器时代运维的一些思考。在容器时代，很多运维理念跟以前不太一样了。

资源视角。以前，资源就是机器，不管是物理机还是虚机。但是在容器云上不再有机器的概念了，只需要考虑这个应用需要多少资源，就创建多大的容器，这个是一个很大的变化。
环境配置管理。传统的运维都会有一套配置管理的工具（例如Puppet）来保证集群中每台机器的配置一致，但是在容器时代，一个应用所需要的依赖、配置全部打包进镜像里了，Puppet就不再需要了。不过呢，容器镜像的打包、存储、分发也是需要整套的流程，这个事情其实并不简单，复杂度甚至可能更高。
应用的变更。传统的运维方式，就是就是把应用的二进制文件编译好了扔到服务器上，替换旧的，重启服务，发现有问题赶紧把旧文件换回来，回滚服务，这是典型的变更方式。到了容器时代还是变成了镜像，要升级一个服务时候，重新Build镜像，分发，重新创建容器。
Metrics 信息收集/监控。传统的方式，在机器上放Agent，收集各种Metrics，包括应用进程的信息。而用容器部署之后，应用都放进容器里了，原先收集信息的方式可能就不灵了。容器有它的一套规范。

综合起来看，每一个方面，使用容器后并不一定变得更简单，有时反而会变复杂。我认为很长时间内这两种部署方式还会同时并存。不过从长远看，把容器各方面汇总起来作为一个完整的生态去看，它带来的总的好处还是会超过付出的成本。一开始运维可能很不适应，但是我相信未来的趋势是容器，我们要往这个方向去努力。

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作者简介：裴彤，Hyper运维负责人，本文来自他在CSDN主办的CCTC 2017容器与运维峰会上的演讲整理，详情点击这里