?第一章：計算機的夢想家們?第二章：大型機時代的先驅(qū)?第三章：虛擬機的復(fù)興?第四章：容器技術(shù)的萌芽?第五章：云原生時代的到來空中，有一群不斷追逐夢想的人們。他們界，一個能夠讓計算資源像水和電一樣隨取隨用的世似簡單，卻蘊含著無限的復(fù)雜性和可能性。這就是虛共享的夢想值連城，卻常常只能執(zhí)行一項任務(wù)，大器同時運行多個操作系統(tǒng)環(huán)境，讓多。平行宇宙的構(gòu)想想象一下，在一臺物理計算機中，存在著多個完全獨立的"世界"，每個"世界"都有自己的操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和用戶，彼此之間互不干擾，卻共享著底層的硬件資源。這些"世界"就像是物理宇宙中的再創(chuàng)造完整的平行宇宙，而是在同一個操作系統(tǒng)內(nèi)部，為應(yīng)用程序創(chuàng)造相對隔離的"口袋宇宙"，讓應(yīng)用占了整個環(huán)境，實際上卻是共享著同一個操作系統(tǒng)內(nèi)兩條平行的技術(shù)路線術(shù)路線，看似相似，實則各有千秋，它究帶入了商業(yè)世界，讓虛擬機成為了數(shù)據(jù)中心的標準命。人物與時代。所處的時代背景，共同塑造了虛擬化與容器技術(shù)的本質(zhì)計算機硬件資源的抽象和模擬。它通過在物理硬件之上添加一層軟件層(稱為虛擬機監(jiān)視器或Hypervisor建多個虛擬機，每個虛擬機都擁有自己的虛擬CPU完整的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程用程序運行環(huán)境的抽象和隔離。它不需要模擬硬件，而是直接利用操作系統(tǒng)內(nèi)核提供的隔離機制(如Linux的es一個操作系統(tǒng)內(nèi)核，因此比虛擬機更加輕量級，啟動旅程的開始到今天的云原生時代，探索虛擬化與容器技術(shù)如何從簡挑戰(zhàn)、競爭與合作的故事，也是一段關(guān)于技看到技術(shù)的演進不僅僅是功能的疊加，更平行宇宙的神秘面紗，探索虛擬化與在計算機發(fā)展的黎明時期，大型機(Mainframe)是計算世界的整個房間，價格昂貴，卻是當時最強大的景下，虛擬化技術(shù)的種子被播下，開始了IBM與CP-40系統(tǒng)的誕生強大的機器面臨著一個嚴峻的問題：如何開發(fā)一個名為SAGE(Semi-AutomaticGroundEnvironment)的防戶同時訪問同一臺計算機，這促使工程。CP-40項目的研發(fā)。CP代表"ControlProgram"(控制程序)，40則是用戶都感覺自己擁有一臺完整的計算同一臺物理機器的資源。"Creasy在一次項lMachineMonitor虛擬機監(jiān)視器的理論基礎(chǔ)意義的論文：《虛擬機監(jiān)視器的形式化要求》 Architectures)。這篇論文首次系統(tǒng)地定義了虛擬機監(jiān)視器的概念，1.等價性(Equivalence)：在虛擬機中運行的程序，其行為2.資源控制(ResourceControl)：虛擬機監(jiān)視器必須完全，虛擬機中的程序不能直接訪問或修改這些資3.效率(Efficiency)：大多數(shù)虛擬機指令應(yīng)該直接在物理處現(xiàn)，更是一種思想，一種將物理資源地使用的思想。"Popek在一次學術(shù)會議上 用昂貴的計算資源，同時也為軟件開發(fā)和測試提供取得了顯著進展，但容器技術(shù)的發(fā) chroot了提別的隔離，而不是完整的進程隔離，但它引入了一個重需要隔離特定的資源就足夠了。"一位Unix系統(tǒng)開發(fā)者回供一個受限的文件系統(tǒng)視圖。然而，這個大型機虛擬化的局限與個人計算機的興起依賴于特定的硬件架構(gòu)，難以移植次，隨著個人計算機的興起，計算資源變得更加廉價計算機時，為什么還需要在一臺機器歷史證明，這種觀點是短視的。隨著企業(yè)IT環(huán)境的復(fù)雜化從FreeBSDjail到早期的容器概念.0引入了jail功能，這被認為是第一個商用的操作系統(tǒng)級虛擬化技隔離了進程空間、用戶賬戶和網(wǎng)絡(luò)接口。一個jail內(nèi)的進程只jail統(tǒng)或其他jail。jail了我們一個全新的視角：我們可以在同一個操作系統(tǒng)內(nèi)核每個環(huán)境都有自己的文件系統(tǒng)、進程空向更全面的操作系統(tǒng)級虛擬化發(fā)展。雖然jail還不是現(xiàn)代意義上的容器技術(shù)的核心理念：在共享同一個操作系統(tǒng)內(nèi)核的時代的轉(zhuǎn)折點個時期還處于萌芽狀態(tài)，但隨著Linux內(nèi)核k精神和前瞻性思維，將在未來的技術(shù)發(fā)展中繼續(xù)發(fā)揮影計算機科學家所說："技術(shù)的發(fā)展從來不是孤立的，今天天的基礎(chǔ)之上。大型機時代的虛擬化技術(shù)，看似的理念和原則，卻在現(xiàn)代技術(shù)中得到了傳承和發(fā)揚。"明，虛擬化技術(shù)曾一度沉寂。然而，隨著IT環(huán)境的日益復(fù)雜和服務(wù)器數(shù)量的激增，虛擬化技術(shù)迎來了它的x86架構(gòu)服務(wù)VMware的誕生：從學術(shù)研究到商業(yè)產(chǎn)品mx腦和服務(wù)器也能享受um可以用于硬件遷移，還可以解決許多同一臺機器上運行不同的操作系統(tǒng)，或者為軟件開個操作系統(tǒng)。這款產(chǎn)品立即引起了技術(shù)愛好IT專業(yè)人士的關(guān)注，因為它解決了一個實際問題：如何在不重啟同的操作系統(tǒng)上測試我的程序。以前，我需要多臺電ex86虛擬化的挑戰(zhàn)與解決方案x需求，它包x擬化？他們的解決方案是一種稱為"二進制翻譯"(BinaryTranslation)的技術(shù)。修改虛擬機中運行的代碼，將那為可以安全執(zhí)行的等效指令序列。這種方法。它讓我們能夠在不修改客戶操作系PageTables)技術(shù)，用于高效地虛擬化內(nèi)存管理單元(MMU)。這ESXiVMware發(fā)布了ESXServer(后來改名為ESX)，這是一款直接運行在。ESXServer采用了一種稱為"Type-1"或"裸金屬"(Bare-metal)架構(gòu)，它直接控制硬件資源，并將這些資源分配給虛務(wù)器整合到更少的硬件上，提高資源利用率，降低成x中添加了新的指令集和硬件特性，專門用于支持虛擬擬化大大簡化了虛擬機監(jiān)視器的實現(xiàn)，并提高了虛擬構(gòu)的一次重要演進。它表明虛擬化已eneXen采用了一種稱為"準虛擬化"(Paravirtualization)的技術(shù)，類似但更高效的接口。準虛擬化牲了一些兼容性，換取了更好的性Xen者解釋2007年，另一個重要的開源虛擬化項目KVM(Kernel-basedLinux的所有功能和優(yōu)化，同時保持相對簡單的代碼庫。"一位Linux內(nèi)虛擬化管理平臺的發(fā)展為一個新的挑戰(zhàn)。為Server)，這是一個集中式的虛擬化管理平臺，允許管理員從一個統(tǒng) (允許在不停機的情況下將虛擬機從一個物理主機遷移到另一個)、DRS(分布式資源調(diào)度)和HA(高可用性)。vSphere心操ek虛擬化技術(shù)在企業(yè)IT中的應(yīng)用務(wù)器工作負載運行在虛擬環(huán)境1.資源整合：通過將多個物理服務(wù)器整合到更少的硬件上，提2.靈活性和敏捷性：虛擬機可以快速創(chuàng)建、復(fù)制、移動和刪高可用性和災(zāi)難恢復(fù)：虛擬化平臺提供了諸如實時遷移、自的備份恢復(fù)等功能，提高了系統(tǒng)的可靠性和可4.開發(fā)和測試環(huán)境：虛擬化為開發(fā)人員和測試人員提供了隔離變了我們管理IT基礎(chǔ)設(shè)施的方式。它讓我們能夠更高效、更靈活地使用資源，同時提高了服務(wù)的可靠性。"一位企業(yè)IT主虛擬化與云計算的融合Services(AWS)、MicrosoftAzure和GoogleCloudPlatform都大量第一個廣泛使用的基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)產(chǎn)品，它允許用戶在云中延伸。虛擬化讓我們能夠更有效地使的資源，而云計算則讓我們能夠跨多個數(shù)據(jù)中心甚至虛擬化技術(shù)的未來挑戰(zhàn)了巨大成功，但它也面臨著一些挑戰(zhàn)和局1.性能開銷：雖然硬件輔助虛擬化大大減少了性能開銷，但虛在物理硬件上運行的應(yīng)用程序有一定的性能損2.復(fù)雜性：虛擬化環(huán)境的管理可能變得復(fù)雜，特別是在大規(guī)模部署中。管理員需要處理虛擬機蔓延(VMsprawl)、資源競爭3.安全性：雖然虛擬化提供了一定程度的隔離，但虛擬機逃逸 4.許可成本：商業(yè)虛擬化解決方案的許可成本可能很高，特別化技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，也為容器技術(shù)等新興技從虛擬機到容器：技術(shù)演進的下一步IT，人們開始尋找更輕量級、更大，但它們也有一定的資源開銷，因的技術(shù)開始引起關(guān)注：容器。容器技術(shù)不需完整的操作系統(tǒng)，而是直接利用宿主操作系統(tǒng)的內(nèi)術(shù)演進的下一步。它們提供了類似于擬機的隔離，但資源開銷更小，啟動更快。"一位技術(shù)分析師這樣比r個故事了，我們將在下一章中詳細探討容器技術(shù)虛擬機技術(shù)的遺產(chǎn)IT的面貌。它不僅提高了資源利用率，降低了成本，還為云計IT。無論是傳統(tǒng)的企業(yè)數(shù)據(jù)中心，還是現(xiàn)代的云計算平種思想，一種將計算資源從物理約束中解放出來繼續(xù)影響計算技術(shù)的發(fā)展，無論底層技術(shù)如何變化。"續(xù)，它與容器技術(shù)、云計算等新興技術(shù)融合、相互促進，共同推動著IT行業(yè)的發(fā)展。在下一章中，我們的同時，另一種更輕量級的虛擬化技術(shù)也器技術(shù)，它不需要模擬完整的硬件環(huán)境，而是的內(nèi)核，為應(yīng)用程序提供一個相對隔離的運行器技術(shù)從早期概念到成熟應(yīng)用的發(fā)展歷程，特別Linuxcgroups和namespaces代發(fā)展離不開Linux內(nèi)核的兩個關(guān)鍵特性：控制組 (cgroups)和命名空間(namespaces)。這兩項技術(shù)為容器提供了cgroups(控制組)技術(shù)。cgroups允許Linux內(nèi)核限制、記錄和隔離進程組對系統(tǒng)資源(如CPU、內(nèi)存、磁盤I/O和網(wǎng)絡(luò))的使用。隔離進程組的資源使用，這樣一個進程組就不會消耗過多的系統(tǒng)資源，影響其他進程的運行。"Paul初被稱為"processcontainers"(進程容器)，后來為了避免與容器技術(shù)混淆，改名為"controlgroups"(控制組)。與此同時，Linux內(nèi)核也在不斷完善命名空間(namespaces)技術(shù)。命名空間允許將系統(tǒng)資源(如進程ID、主機名、用戶ID、文件名、網(wǎng)絡(luò)訪問和進程間通信)進行隔離，使得一個命名空間中的進程?2002年：掛載命名空間(MountNamespace)e名空間技術(shù)讓我們能夠創(chuàng)建一個'假象'，讓進程組以為它們擁自己的獨立系統(tǒng)環(huán)境，而實際上它們只是共享同一個內(nèi)核。"一位x了資源限制和環(huán)境隔離的能力，使得在同一個Google的容器實踐：從進程容器到Borg隔離不同的應(yīng)用程序，并高效地在同一臺物理機器無法滿足我們的需求。我們需要一種更輕量級的隔離You"(LMCTFY)的項目，將其部分容器技術(shù)開源。LMCTFY提供了一的容器實現(xiàn)，不如與社區(qū)合作，共同esLXC：Linux容器的雛形CLinux系統(tǒng)上運行多個相互隔離的Linux系統(tǒng)(容器)，而不需要啟動x特性包裝成了一個友好的接口，大大降低了容器技術(shù)的lxc-*命令行工具：用于創(chuàng)建、啟動、停止和管理容器的命令行工具?各種語言的綁定：如Python、Lua、Go等，方便不同語言的開CloudFoundry的Warden：容器管理系統(tǒng)的雛形CloudFoundry的開源平臺即服務(wù)(PaaS)項目。作為CloudFoundry者能夠?qū)Ｗ⒂趹?yīng)用程序本身，而不是底層的容器技nDocker的誕生：容器技術(shù)的普及者，主要面向系統(tǒng)管理員和平臺開發(fā)者。容器技術(shù)要真正XC (后來發(fā)展出自己的容器運行時libcontainer)，但提供了更簡單的用輕松地將他們的應(yīng)用程序打包成一個，然后在任何地方運行，無論是開發(fā)環(huán)境、測試環(huán)境還1.Docker鏡像：一個輕量級、可移植、自包含的軟件包，包含了運行應(yīng)用程序所需的一切(代碼、運行時、系統(tǒng)工具、系統(tǒng)庫等)。2.Docker容器：鏡像的運行實例，可以啟動、停止、移動和，以至于任何開發(fā)者都可以在幾分鐘內(nèi)開始使Docker的爆炸性增長r重用容器鏡像，大大加速了應(yīng)用程序的開發(fā)和部署過r (原dotCloud)完成了4000萬美元的B輪融資，估值達到4億美元。這Docker的技術(shù)演進libcontainer(后來成為runc)。成立了開放容器倡議(OpenContainerInitiative，OCI)，旨在圍繞發(fā)展至關(guān)重要。我們需要確保不同的CI并將容器運行時containerd捐贈給了云原生計算基金會(CNCF)。這Docker師解容器編排的需求與挑戰(zhàn)：如何管理大量的容，一個應(yīng)用可能由數(shù)十甚至數(shù)百個容器組成，這些r要針對單機環(huán)境，不適合大規(guī)模的生產(chǎn)部署。"一位容器技術(shù)專家er Fetes容器技術(shù)的標準化的議題。不同的容器化。成立了開放容器倡議(OpenContainerInitiative，OCI)，旨在圍繞1.運行時規(guī)范(RuntimeSpecification)：定義了如何運行2.鏡像規(guī)范(ImageSpecification)：定義了OCI容器鏡像提供了一個共同的基礎(chǔ)，使得不同的容器實CI一位OCI的技容器安全的挑戰(zhàn)與解決方案全性成為一個越來越作系統(tǒng)的內(nèi)核，這意味著容器之間的隔題，需要從鏡像構(gòu)建、部署到運行時容器技術(shù)的企業(yè)采用0%的企業(yè)已經(jīng)在生產(chǎn)環(huán)境中使用容：1.開發(fā)和運維效率提升：容器技術(shù)簡化了應(yīng)用程序的打包和部署過程，減少了"在我的機器上能運行"的問題，提高了開發(fā)和運2.資源利用率提高：相比虛擬機，容器的資源開銷更小，可以3.應(yīng)用程序可移植性：容器化的應(yīng)用程序可以在任何支持容器4.微服務(wù)架構(gòu)支持：容器技術(shù)為微服務(wù)架構(gòu)提供了理想的部署發(fā)和部署應(yīng)用程序的方式。它使我們地利用資源，更靈活地應(yīng)對業(yè)務(wù)需求容器技術(shù)的未來展望勢融合，如無服務(wù)器計算(Serverless)、服務(wù)網(wǎng)格(ServiceMesh)和邊緣計算(EdgeComputing)。務(wù)網(wǎng)格技術(shù)(如Istio和Linkerd)為容器化應(yīng)用程序提供了更強大的網(wǎng)邊緣計算則將容器技術(shù)擴展到了云數(shù)據(jù)中心之外術(shù)本身的演進，更是與其他技術(shù)的融看到容器技術(shù)在更多領(lǐng)域的應(yīng)用，以及更多基于容容器技術(shù)的遺產(chǎn)它不僅提高了資源利用率，簡化了應(yīng)用程序的打包和開發(fā)和運維實踐中。無論是創(chuàng)業(yè)公司還是大型企。注于創(chuàng)造價值，而不是解決環(huán)境差異和部署復(fù)雜性的問題。"繼續(xù)，它與云計算、人工智能、邊緣計算等融合，將繼續(xù)推動IT行業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。在下一章中，我們將變成一個完整的生態(tài)系統(tǒng)，以及它如何與云原生生(CloudNative)。云原生不僅僅是一種技術(shù)，更是一種設(shè)計理念徹底改變了軟件的構(gòu)建、部署和運行方式。本章將探到來，以及容器技術(shù)如何成為這一變革的核心驅(qū)動云原生的定義與理念云原生計算基金會(CNCF)進一步發(fā)展和推廣。根據(jù)CNCF的定義，云原生技術(shù)使組織能夠在現(xiàn)代動態(tài)環(huán)境(如公有云、私有云和混合云)中構(gòu)建和運行可擴展的應(yīng)用程序。1.容器化：將應(yīng)用程序及其依賴打包為容器，實現(xiàn)環(huán)境一致性2.微服務(wù)架構(gòu)：將應(yīng)用程序拆分為松耦合的微服務(wù)，每個微服3.聲明式API：通過聲明式API定義應(yīng)用程序的期望狀態(tài)，由系4.DevOps實踐：采用自動化和協(xié)作的方法來加速軟件交付和5.持續(xù)交付：通過自動化的構(gòu)建、測試和部署流程，實現(xiàn)快更是一種思維方式。它要求我們重新運行應(yīng)用程序，以充分利用云計算的彈性和可云原生計算基金會(CNCF)的成立與發(fā)展s原生技術(shù)提供了一個中立的家園，促進了開源社區(qū)的協(xié)作和創(chuàng)新。"一中包括多個"畢業(yè)"項目，如據(jù)自己的需求選擇和組合這些積木，構(gòu)建自己的云。KubernetesCNCF社3.豐富的生態(tài)系統(tǒng)：圍繞Kubernetes形成了龐大的生態(tài)系4.廣泛的行業(yè)支持：主要的云服務(wù)提供商和企業(yè)軟件公司都支利益相關(guān)者聚集在一起，共同推動容器技術(shù)的標準化和普及。"一位的功能和改進。例如，1.8版本引入了角色基礎(chǔ)訪問控制(RBAC)，同時保持向后兼容性和穩(wěn)定性。"一位容器運行時的標準化與演進年，開放容器倡議(OCI)的成立標志著容器格式和運行時開始走向標OCI定義了兩個主要規(guī)范：運行時規(guī)范(RuntimeSpecification)和鏡像規(guī)范(ImageSpecification)。這些規(guī)范為容OCI行時，提供了鏡像傳輸、存儲和容器執(zhí)行等 (CRI)?；沟糜脩艨梢愿鶕?jù)自己的需求選擇最合適的解決方案，同時保持與更廣泛生態(tài)系統(tǒng)的兼容性。"一位容展到了一個新階段，我們需要更專注、更標準化服務(wù)網(wǎng)格：微服務(wù)通信的新范式得越來越復(fù)雜。為了解決這個問題，服務(wù)網(wǎng)格(ServiceMesh)技術(shù)應(yīng)運而生。處理服務(wù)間通信的基礎(chǔ)設(shè)施層，它負責處理、流量管理、安全通信等功能，使應(yīng)用程序代碼Istio決方案，使用Envoy作中的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)：如何管理服務(wù)之程序中分離出來，使開發(fā)者可以專注了微服務(wù)架構(gòu)的復(fù)雜性和多樣性。不同的組織有不同的需求和約束，需要不同的服務(wù)網(wǎng)格解決方案。"一位無服務(wù)器容器：容器與函數(shù)計算的融合無服務(wù)器計算(Serverless)是云計算的一種模式，它允許開發(fā)程序而無需管理服務(wù)器。最初，無服務(wù)器計算主要以函數(shù)即服務(wù)(FaaS)的形式出現(xiàn)，如AWSLambda。隨著容器技術(shù)的普及，無服務(wù)器容器(ServerlessContainers)性。術(shù)的一個重要發(fā)展方向。它使開發(fā)者序本身，而不是底層基礎(chǔ)設(shè)施，同時保持容器的可ativesServing部署和自動擴展容器)和Eventing (用于事件驅(qū)動的架構(gòu))。Knative梁。它使得開發(fā)者可以es容器安全的演進全性成為一個越來越容器安全涵蓋了多個方面，包括鏡像安全、運行時安工具和服務(wù)出現(xiàn)，用于掃描容器鏡像中的道防線。它可以幫助我們在問題進入現(xiàn)了多種安全容器技術(shù)，提供比傳統(tǒng)容器gVisorGoogle容器提2.KataContainers：由OpenStack基金會(現(xiàn)為Open3.Firecracker：由AWS開發(fā)，是一個輕量級的虛擬化技術(shù)，全的一個重要發(fā)展方向。它們通過引額外的隔離層，解決了傳統(tǒng)容器的安全局限性。"一位容器安全專家業(yè)產(chǎn)品出現(xiàn)，用于監(jiān)控和保護容器運行領(lǐng)域。隨著容器技術(shù)的普及和攻擊手段的發(fā)展，我們需要不斷創(chuàng)新和改進安全措施。"一位安全研究員指容器技術(shù)在邊緣計算中的應(yīng)用隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和5G技術(shù)的發(fā)展，邊緣計算(Edge和可移植性，成為邊緣計算的理想選擇。多1.K3s：由RancherLabs(現(xiàn)為SUSE的一部分)開發(fā)，是一2.KubeEdge：由華為主導(dǎo)的開源項目，擴展了Kubernetes的3.EclipseioFog：由Eclipse基金會托管，是一個邊緣計算平緣設(shè)備上運行復(fù)雜的應(yīng)用程序，同時的一致性和連續(xù)性。這對于實現(xiàn)真正的分布式計算至關(guān)一些特殊的挑戰(zhàn)，如資源受限的設(shè)備、間歇性網(wǎng)絡(luò)為了解決這些挑戰(zhàn)，邊緣容器平臺通常提供輕量級一個新前沿。它要求我們重新思考容器的設(shè)計和運行方式，以適應(yīng)邊緣環(huán)境的獨特需求。"一位邊緣容器平 啟動更快，內(nèi)存占用更小，同時提供了強大的安全沙箱。"一位算。然而，它也面臨一些挑戰(zhàn)，如生態(tài)系統(tǒng)成熟多云與混合云中的容器技術(shù)的可移植性和標準化容器使得應(yīng)用程序可以在不同的云環(huán)境中一致地3.RedHatOpenShi