Kubernetes容器运行时:Containerd vs Docke

本文涉及的产品
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云解析 DNS,旗舰版 1个月
日志服务 SLS,月写入数据量 50GB 1个月
简介: Kubernetes容器运行时:Containerd vs Docke

1. 概述

容器运行时(Container Runtime)是容器技术栈中的一个关键组件,它在Kubernetes中扮演着举足轻重的角色。本节将介绍容器运行时的基本概念,以及它在Kubernetes集群中所承担的主要职责。

1.1 容器运行时在Kubernetes中的作用

在Kubernetes中,每个节点上都运行着一个名为Kubelet的核心组件。Kubelet负责管理节点上的Pod和容器,而这些管理操作需要通过特定的容器运行时来完成。容器运行时作为Kubelet和容器之间的桥梁,为Kubernetes提供了一系列不可或缺的功能:


容器生命周期管理: 容器运行时负责管理容器的整个生命周期,包括容器的创建、启动、停止和删除等操作。当Kubelet需要创建或销毁Pod时,实际的容器管理操作就由容器运行时来执行。


镜像管理: 容器运行时负责从镜像仓库拉取镜像,并管理节点上的本地镜像存储。当创建Pod时,容器运行时会检查所需的镜像是否已经存在,如果不存在则从指定的镜像仓库中拉取。


容器文件系统和网络管理: 容器运行时为每个容器提供独立的文件系统和网络命名空间。它负责准备容器的根文件系统,挂载volumes,配置容器网络,并确保不同容器之间的文件系统和网络隔离。


资源限制和安全隔离: 容器运行时负责为容器设置资源限制,如CPU和内存的使用限制。同时,它还要确保容器之间以及容器与宿主机之间的安全隔离,防止恶意容器破坏其他容器或者宿主机。


总之,容器运行时作为连接Kubernetes和底层容器实现的关键组件,提供了容器生命周期管理、镜像管理、存储和网络管理、资源隔离等多方面的支持,是Kubernetes能够管理和编排大规模容器集群的重要基石。


1.2 主流容器运行时介绍

Kubernetes的发展历程中,涌现出了多种容器运行时方案,它们在功能、性能和生态等方面各有特点。以下是两种最主流的容器运行时:


Docker: Docker是最早普及容器技术的引擎,在Kubernetes的早期版本中一度作为默认的容器运行时。Docker提供了强大的镜像构建、容器管理功能和丰富的工具生态,使得容器技术得以快速推广。然而,Docker作为一个完整的平台,其功能和体量都相对臃肿,会占用较多的系统资源。同时Docker的发展路线图与Kubernetes也不完全一致,给Kubernetes的版本迭代和适配带来了一定的挑战。


Containerd: Containerd是一个更加轻量级、标准化的容器运行时,它起源于Docker项目,后被剥离出


来成为一个独立的开源项目。Containerd专注于提供简洁、可靠、高性能的容器执行引擎,遵循行业标准如OCI(Open Container Initiative),为容器编排系统提供了更加可控、可移植的运行时选择。Containerd去除了Docker中许多面向终端用户的功能,如docker build、docker push等,转而专注于容器执行和管理等核心功能。这种专注使得Containerd在资源占用和稳定性方面都有了显著提升,逐渐成为Kubernetes社区推荐的容器运行时实现。


从Kubernetes 1.20版本开始,Containerd已经成为了默认的容器运行时。众多Kubernetes发行版和托管服务也都开始以Containerd作为首选运行时。Containerd简洁而专一的设计,以及对OCI标准的原生支持,使其成为Kubernetes这样的大规模容器编排平台的理想选择。


综上所述,容器运行时作为连接Kubernetes和实际容器实现的桥梁,其地位至关重要。Docker和Containerd代表了两种不同的技术路线:Docker功能丰富,生态完善,但略显臃肿;Containerd则专注容器核心功能,更加轻量和可控。随着Kubernetes的不断发展,以Containerd为代表的轻量级容器运行时正在成为主流选择。但Docker凭借其成熟的生态和强大的功能,在某些特定场景下仍然具有独特的价值。


在选择容器运行时时,需要综合考虑稳定性、性能、资源占用等因素,权衡不同方案的优缺点,有时甚至可以混合使用,发挥各自的长处。无论选择何种容器运行时,其可靠性和性能都将直接影响到Kubernetes集群的整体运行状况,因此做出正确的选择至关重要。


2. Containerd 与 Docker的关系

要理解ContainerdDocker的关系,我们需要先了解Containerd的起源和发展历程,以及它在Docker架构中所处的位置。本节将深入探讨ContainerdDocker之间的渊源和演变。


2.1 Containerd的由来

Containerd最初是作为Docker的一个子组件而诞生的。在Docker的早期版本中,Containerd就已经存在,负责管理容器的生命周期。然而,随着Docker功能的不断丰富和版本的迭代,Containerd逐渐演变成了一个相对独立的组件。


2.1.1 从Docker的子组件到独立项目

2016年,Docker公司决定将Containerd从Docker中剥离出来,使其成为一个独立的开源项目。这一决定的主要目的是让Containerd专注于提供标准化的容器运行时和管理功能,而不是与Docker的其他功能耦合在一起。


2.1.2 Containerd的定位和目标

作为一个独立的项目,Containerd的目标是提供一个简单、可靠、可移植的容器运行时,供上层的容器编排系统使用。Containerd遵循行业标准,如OCI(Open Container Initiative),致力于成为Kubernetes等编排引擎的最佳运行时选择。


2.2 ContainerdDocker架构中的位置

尽管Containerd已经成为一个独立的项目,但它仍然是Docker架构中不可或缺的一部分。了解Containerd在Docker中的位置,有助于我们理解二者的关系和各自的职责。


2.2.1 Docker的组件架构

Docker是由多个组件构成的,主要包括:


Docker-client:用户与Docker交互的命令行工具。

Dockerd:Docker的核心守护进程,负责与Docker-client交互,并管理镜像、网络等资源。

Containerd:负责管理容器的生命周期,如创建、启动、停止等。

runc:一个轻量级的容器运行时,用于实际启动和运行容器。

2.2.2 Containerd在架构中的作用

在Docker的架构中,Containerd位于Dockerd和runc之间,起到了承上启下的作用:


对上,Containerd向Dockerd提供了管理容器生命周期的API。

对下,Containerd通过shim(如Containerd-shim)调用runc来实际创建和运行容器。

因此,Containerd是连接Docker上层组件和底层容器运行时的关键纽带。


2.3 Kubernetes弃用Dockershim的原因

Kubernetes最初是使用Dockershim这一适配器与Docker集成的。但随着Kubernetes的发展,社区决定弃用Dockershim,转而直接与更加轻量和标准化的容器运行时(如Containerd)集成。


2.3.1 Docker版本更新带来的适配困难

Docker作为一个完整的容器平台,其版本更新频率和功能变化较快。这给Kubernetes的适配工作带来了困难。每当Docker发布新版本时,Kubernetes都需要相应地更新Dockershim,以保证兼容性。


2.3.2 Kubernetes对更轻量级运行时的需求

Kubernetes作为一个容器编排平台,其实并不需要Docker提供的所有功能。Kubernetes更需要的是一个简单、可靠、易于集成的容器运行时。而Containerd正好满足了这一需求。它专注于容器的核心功能,去除了许多不必要的特性,从而更加轻量和高效。


因此,Kubernetes社区决定逐步弃用Dockershim,转而直接与Containerd等更加轻量级的容器运行时集成。这一决定不仅简化了Kubernetes的架构,也提高了其性能和稳定性。


综上所述,Containerd和Docker之间有着密不可分的关系。Containerd最初是Docker的一个子组件,后来演变成了一个独立的项目。尽管如此,它仍然是Docker架构中的关键组成部分,负责管理容器的生命周期。同时,由于Containerd更加轻量和标准化,它也逐渐成为了Kubernetes等容器编排平台的首选运行时。Kubernetes社区决定弃用Dockershim,转而直接与Containerd集成,就是基于这一考虑。

3. Kubernetes 中 Containerd 与 Docker 的区别

3.1 架构和调用链路

在Kubernetes中使用Containerd和Docker作为容器运行时,其内部的架构和调用链路有所不同。本节将深入分析这两种运行时在Kubernetes中的工作方式和流程。

3.1.1 Docker作为Kubernetes容器运行时

Docker作为Kubernetes的容器运行时时,其调用链路如下:

Kubelet -> Dockershim -> Dockerd -> Containerd
• 1

Kubelet: Kubelet是Kubernetes中每个节点上的核心组件,负责管理节点上的Pod和容器。


Dockershim: Dockershim是Kubernetes中的一个适配器组件,它位于Kubelet内部。Dockershim的作用是将Kubelet的容器管理请求翻译成Docker Daemon(Dockerd)能够理解的API调用。


Dockerd: Dockerd是Docker的核心守护进程,负责处理Dockershim的请求,并管理Docker镜像、网络和存储等资源。


Containerd: Containerd是一个独立的容器运行时,负责实际的容器生命周期管理,如创建、启动、停止和删除容器等操作。在这种架构下,Dockerd会将容器管理的任务委托给Containerd来执行。


可以看出,当使用Docker作为Kubernetes的容器运行时时,请求需要经过多个组件的转发和处理,调用链路相对较长。这种架构虽然能够兼容早期的Docker版本,但也引入了一些额外的复杂性和性能开销。

3.1.2 Containerd作为Kubernetes容器运行时

Containerd作为Kubernetes的容器运行时时,其调用链路如下:

Kubelet -> cri plugin -> Containerd

Kubelet: 与使用Docker时一样,Kubelet负责管理节点上的Pod和容器。


CRI Plugin: CRI(Container Runtime Interface)是Kubernetes定义的一组标准接口,用于与容器运行时进行交互。当使用Containerd时,Kubelet通过内置的CRI插件直接与Containerd通信。CRI插件将Kubelet的请求转化为Containerd能够理解的gRPC调用。


Containerd: Containerd直接处理来自CRI插件的请求,管理容器的生命周期,并通过shim(如Containerd-shim)启动和管理容器。


相比于使用Docker,Containerd作为Kubernetes容器运行时的调用链路更加简洁直接。Kubelet通过CRI插件直接与Containerd通信,减少了中间组件的开销。这种架构更加轻量级,组件之间的耦合度更低,从而提高了整体的稳定性和性能。

3.1.3 架构对比和优劣分析

通过对比ContainerdDockerKubernetes中的架构和调用链路,我们可以发现以下几点区别:

调用链路长度: 使用Docker时,请求需要经过Dockershim、Dockerd等多个组件的转发,调用链路较长。而使用Containerd时,Kubelet通过CRI插件直接与Containerd通信,调用链路更加简洁。


组件复杂度: Docker作为一个完整的容器平台,包含了许多Kubernetes不需要的功能,引入了额外的复杂性。而Containerd专注于容器运行时的核心功能,组件更加精简。


资源占用:由于Docker包含了更多的组件和功能,因此其资源占用相对较高。Containerd作为一个轻量级的容器运行时,其资源占用更低,对系统的影响更小。


稳定性: 在使用Docker时,由于调用链路较长,涉及的组件较多,因此出现问题的概率相对较高。而Containerd的架构更加简洁,组件之间的耦合度更低,因此其稳定性通常更好。

升级和维护: Docker的版本更新频率较高,每次更新都可能引入新的特性和变化,这给Kubernetes的适配和维护工作带来了挑战。而Containerd的升级和维护相对更加容易,因为它的功能和接口更加稳定。

总的来说,Containerd作为一个专门为容器编排设计的运行时,其架构更加简洁,调用链路更短,资源占用更低,稳定性更好。这些优势使得Containerd成为Kubernetes社区推荐的容器运行时选择。


然而,这并不意味着Docker在Kubernetes中就完全没有用武之地。对于某些特定的场景,如需要使用Docker提供的特有功能(如docker build、docker push等),或者需要与现有的Docker工作流集成时,使用Docker作为容器运行时仍然是一个可行的选择。


此外,对于已经大规模使用Docker的Kubernetes集群,直接切换到Containerd可能会带来一定的迁移成本和风险。在这种情况下,可以考虑采用渐进式的迁移策略,如在新的节点或集群上使用Containerd,而在已有的节点上继续使用Docker,直到完全过渡到Containerd。

3.2 容器创建和网络管理

Kubernetes中,容器的创建和网络管理是通过Pause容器和CNI插件来实现的。Pause容器为业务容器提供了网络命名空间,而CNI插件负责配置容器网络。ContainerdDocker在这两个方面有一些细微的区别。

3.2.1 Pause容器的创建

在创建业务容器之前,Kubernetes会先创建一个名为Pause的特殊容器。Pause容器的主要作用是为业务容器提供网络命名空间,使同一Pod内的容器能够共享网络栈。ContainerdDocker在创建Pause容器时有一些不同:

Docker:当使用Docker作为容器运行时时,在创建Pause容器的过程中,Docker会自动关闭容器内的IPv6支持。具体来说,Docker会在容器的网络命名空间中将内核参数net.ipv6.conf.all.disable_ipv6设置为1。这意味着,在默认情况下,使用Docker创建的容器只能使用IPv4。


Containerd:而当使用Containerd作为容器运行时时,创建Pause容器的过程不会涉及关闭IPv6的操作。Containerd创建的Pause容器默认同时启用IPv4和IPv6。


这种差异可能会导致一些网络行为上的不同。例如,在使用Containerd时,如果集群启用了IPv6,那么Pod内的容器就可以直接使用IPv6进行通信。而在使用Docker时,即使集群启用了IPv6,Pod内的容器默认也只能使用IPv4通信。


3.2.2 CNI插件的调用

在Kubernetes中,容器网络的配置是通过CNI(Container Network Interface)插件来实现的。CNI定义了一组标准接口,用于配置和管理容器的网络。Kubernetes在创建Pod时,会调用CNI插件为Pod配置网络。Containerd和Docker在CNI插件的调用方式上略有不同:


Docker:当使用Docker作为容器运行时时,CNI插件的调用是由Kubelet内部的Dockershim来完成的。具体来说,Dockershim会根据Kubelet的配置(如--cni-bin-dir和--cni-conf-dir参数)调用相应的CNI插件,为容器配置网络。


Containerd:当使用Containerd作为容器运行时时,CNI插件的调用是由Containerd内置的CRI插件来完成的。Containerd CRI插件会根据其配置文件(config.toml)中的cni部分,调用指定的CNI插件为容器配置网络。


尽管Containerd和Docker在CNI插件调用的实现细节上有所不同,但它们最终达到的效果是一致的,即为Pod内的容器配置正确的网络。

3.2.3 网络配置的差异和影响

由于ContainerdDockerPause容器创建和CNI插件调用方面存在一些差异,这可能会导致某些网络配置和行为上的不同。以下是一些主要的差异和影响:

IPv6支持:如前所述,使用Docker创建的容器默认只启用IPv4,而使用Containerd创建的容器默认同时启用IPv4和IPv6。这意味着,在启用IPv6的集群中,使用Containerd可以直接利用IPv6进行Pod内部和Pod之间的通信,而使用Docker则需要额外的配置。


DNS解析:由于IPv6的启用状态不同,在某些情况下,Pod内的DNS解析行为可能会有所不同。例如,如果应用程序在进行DNS解析时,倾向于使用IPv6地址,那么在使用Docker时可能会遇到一些问题,因为Docker默认禁用了IPv6。


网络性能:Containerd和Docker在网络性能上可能会有一些细微的差异,这主要取决于它们各自的网络栈实现和优化。一般来说,由于Containerd是为Kubernetes设计的,其网络性能可能会更好一些。但具体的性能差异需要通过基准测试来评估。


网络插件兼容性:尽管Containerd和Docker都支持CNI标准,但它们对某些CNI插件的兼容性可能有所不同。在选择网络插件时,需要确保其与所使用的容器运行时兼容,并进行充分的测试。

3.3 容器日志管理

容器日志是了解容器内应用运行状况的重要途径。在Kubernetes中,容器日志的管理方式因所使用的容器运行时而有所不同。本节将重点介绍ContainerdDocker在容器日志管理方面的异同。

3.3.1 日志落盘责任

容器日志的落盘,即将日志写入磁盘的过程,在Containerd和Docker中有所不同。


Docker

在使用Docker作为容器运行时时,容器日志的落盘由Docker Daemon(Dockerd)负责。具体而言:


容器内的应用将日志输出到stdout和stderr。

Dockerd捕获这些日志,并将其写入宿主机的文件系统。

日志文件的路径通常为/var/lib/Docker/containers/<container-id>/<container-id>-json.log。

Dockerd负责管理日志文件的生命周期,包括日志的轮转和清理等。


Containerd

当使用Containerd作为容器运行时时,容器日志的落盘由Kubelet负责。具体流程如下:


与Docker类似,容器内的应用将日志输出到stdout和stderr。

Containerd捕获这些日志,并通过CRI接口将其传递给Kubelet。

Kubelet将日志写入宿主机的文件系统,日志文件的路径通常为/var/log/Pods/<namespace>_<Pod-name>_<Pod-uid>/<container-name>/0.log。

在这种情况下,Kubelet负责管理日志文件的生命周期,包括日志的轮转和清理等。

3.3.2 日志保留策略

日志保留策略决定了容器日志在宿主机上的存储时间和占用空间。ContainerdDocker对日志保留策略的默认配置有所不同。

Docker

Docker中,日志保留策略由Docker Daemon的配置参数控制:

--log-driver:指定日志驱动,默认为json-file。

--log-opts:指定日志驱动的选项,如max-size和max-file等。

默认情况下,Docker会为每个容器保留1GB的日志,并在达到这个限制时进行轮转。可以通过调整--log-opts参数来更改这个默认行为。


Containerd

在Containerd中,日志保留策略由Kubelet的配置参数控制:


--container-log-max-size:指定单个容器日志文件的最大大小,默认为10MB。

--container-log-max-files:指定单个容器最多保留的日志文件数量,默认为5个。

这意味着,在默认配置下,Kubelet为每个容器最多保留50MB的日志(10MB * 5个文件)。当日志文件达到--container-log-max-size指定的大小时,Kubelet会对其进行轮转。


需要注意的是,这些默认值可能因Kubernetes版本和发行版而有所不同。用户可以根据实际需求调整这些参数,以平衡日志保留时间和磁盘空间的占用。

3.3.3 日志路径和格式

除了日志落盘责任和保留策略外,ContainerdDocker在日志路径和格式方面也有一些差异。

Docker

Docker中,容器日志的路径和命名格式如下:

  • 路径:/var/lib/**Docker**/containers/<container-id>/<container-id>-json.log
  • 格式:JSON格式,每行代表一条日志记录。

Docker使用JSON格式记录日志,便于日志的解析和检索。每条日志记录包含了诸如时间戳、日志级别、容器ID等元数据信息。

Containerd

Containerd中,容器日志的路径和命名格式如下:

  • 路径:/var/log/**Pod**s/<namespace>_<**Pod**-name>_<**Pod**-uid>/<container-name>/0.log
  • 格式:纯文本格式,不包含额外的元数据。

与Docker不同,Containerd采用纯文本格式记录日志,每行代表一条日志记录,不包含额外的JSON元数据。这种格式更加简洁,但在某些情况下可能不如JSON格式灵活。


需要注意的是,在Kubernetes中,可以通过配置日志代理(如Fluentd、Filebeat等)来收集和转发容器日志,并对其进行结构化处理和分析。这样可以弥补Containerd日志格式简洁的不足,提供更强大的日志管理功能。

3.4 容器Exec和Probe

在Kubernetes中,容器的Exec(执行命令)和Probe(健康检查)是两个常用的功能。Containerd和Docker在实现这两个功能时略有不同,这可能会导致某些场景下的行为差异。本节将重点分析这两种容器运行时在Exec和Probe方面的区别。

3.4.1 容器Exec

容器Exec是指在容器运行时执行一个命令,通常用于调试、故障排查或一些特定的操作。在Kubernetes中,可以通过kubectl exec命令在容器内执行命令。

Docker的Exec实现

在Docker中,当执行**Docker** exec命令时,Docker会在容器内创建一个新的进程来执行指定的命令。这个新进程与容器的主进程(PID 1)是独立的。Docker的Exec实现有以下特点:


独立进程:Exec命令会在容器内创建一个独立的进程,该进程与容器的主进程是分离的。

退出状态:Docker的Exec命令的退出状态取决于所执行命令的退出状态。即使容器的主进程仍在运行,只要Exec命令执行完毕并退出,Docker就认为本次Exec操作已经结束。

Containerd的Exec实现

Containerd的Exec实现与Docker略有不同。在Containerd中,Exec命令的行为更加严格,更加符合Kubernetes的预期。Containerd的Exec实现有以下特点:

  1. 进程组ContainerdExec命令会在容器内创建一个新的进程组,该进程组与容器的主进程组是同级的。
  2. 退出状态ContainerdExec命令的退出状态取决于整个进程组的退出状态。只有当Exec命令创建的所有进程都退出后,Containerd才认为本次Exec操作结束。
行为差异和影响

由于DockerContainerdExec实现上的差异,在某些场景下可能会导致不同的行为:

长时运行的Exec命令:如果在容器内执行一个长时运行的命令(如sleep 1000),在Docker中,由于Exec命令是独立进程,所以kubectl exec会立即返回,而容器内的sleep进程会继续运行。但在Containerd中,kubectl exec会一直等待,直到sleep进程结束。


Exec命令的退出状态:在Docker中,Exec命令的退出状态只取决于该命令本身的执行结果。而在Containerd中,只有当Exec命令创建的所有进程都退出后,才会返回最终的退出状态。

3.4.2 容器Probe

容器ProbeKubernetes用于检查容器健康状态的机制,包括livenessProbe(存活探针)和readinessProbe(就绪探针)。这些探针可以通过执行命令、发送HTTP请求或检查TCP端口来判断容器的健康状态。

Docker的Probe实现

Docker中,当Kubelet执行容器的Probe时,它会在容器内创建一个新的进程来执行指定的探测操作(如执行命令或发送请求)。DockerProbe实现有以下特点:

独立进程:与Exec类似,Probe操作会在容器内创建一个独立的进程,该进程与容器的主进程是分离的。

退出状态:Docker的Probe进程的退出状态决定了本次探测的结果。如果进程以0状态码退出,则认为探测成功;否则认为探测失败。

Containerd的Probe实现

Containerd的Probe实现与Exec类似,也是通过创建进程组的方式来执行探测操作。Containerd的Probe实现有以下特点:


进程组:Containerd的Probe操作会在容器内创建一个新的进程组,该进程组与容器的主进程组是同级的。

退出状态:Containerd的Probe进程组的退出状态决定了本次探测的结果。只有当Probe操作创建的所有进程都退出后,才会根据最终的退出状态判断探测结果。

行为差异和影响

Docker和Containerd在Probe实现上的差异可能会导致以下行为差异:


Probe超时:如果容器的Probe操作设置了超时时间,在Docker中,一旦超时,Probe进程就会被强制终止,并认为本次探测失败。但在Containerd中,即使超时,Probe进程组也不会被立即终止,而是等待所有进程自然退出。这可能导致实际的探测时间超过设定的超时时间。


Probe退出状态:与Exec类似,在Docker中,Probe进程的退出状态只取


决于该进程本身的执行结果。而在Containerd中,只有当Probe操作创建的所有进程都退出后,才会根据最终的退出状态判断探测结果。

3.4.3 对启动和停止操作的影响

容器的启动(postStart)和停止(preStop)操作是通过Kubernetes的生命周期钩子(Lifecycle Hooks)来实现的。这些钩子可以在容器启动后或停止前执行一些自定义的操作,如数据初始化、资源清理等。

由于Docker和Containerd在Exec和Probe实现上的差异,可能会导致postStart和preStop操作的行为有所不同:


postStart操作:在Docker中,如果postStart操作执行完毕并退出,即使容器的主进程还没有启动,Kubernetes也会认为容器已经启动成功。但在Containerd中,只有当postStart操作创建的所有进程都退出后,Kubernetes才会继续启动容器的主进程。


preStop操作:在Docker中,如果preStop操作执行完毕并退出,即使容器的主进程还在运行,Kubernetes也会认为容器已经停止。但在Containerd中,只有当preStop操作创建的所有进程都退出后,Kubernetes才会继续停止容器的主进程。


这些差异可能会导致容器启动或停止时的行为不一致,特别是当postStart或preStop操作中包含长时运行的命令时。

4. 如何选择ContainerdDocker

在Kubernetes集群中选择使用Containerd还是Docker作为容器运行时,需要综合考虑多方面因素。本节将从Kubernetes对运行时的要求出发,分析Containerd和Docker各自的优势和适用场景,并给出迁移到Containerd的一些注意事项。

4.1 Kubernetes对运行时的要求

Kubernetes作为一个大规模容器编排平台,对容器运行时有一些特定的要求:

稳定性和性能:运行时需要能够稳定、高效地管理大量容器,及时响应Kubernetes的调度和管理请求。频繁的故障或性能瓶颈会直接影响整个集群的可用性。


对OCI标准的支持:为了保证容器的可移植性和互操作性,Kubernetes希望运行时能够支持OCI(Open Container Initiative)标准。符合OCI标准的容器运行时可以无缝地与Kubernetes集成,降低了兼容性风险。


尽量简洁,不需要过多特有功能:Kubernetes主要依赖运行时提供标准化的容器管理能力,并不需要运行时提供过多的特有功能。过于复杂的运行时反而可能带来更多的维护成本和不稳定因素。

4.2 Containerd的优势

相比于DockerContainerd在满足Kubernetes需求方面有一些明显的优势:

调用链更短,资源占用少,更稳定:如前文所述,使用Containerd时,Kubelet可以通过内置的CRI插件直接与Containerd通信。这种简洁的架构降低了系统复杂度,减少了潜在的故障点。同时Containerd作为一个轻量级运行时,其资源占用也更低,有利于提高节点的可用资源和稳定性。


支持OCI标准,面向Kubernetes设计:Containerd从一开始就致力于成为一个标准化的容器运行时。它完全支持OCI标准,并提供了兼容CRI的接口。这种与Kubernetes的契合,使得Containerd成为Kubernetes社区的优先选择。


总的来说,Containerd专注于提供Kubernetes所需的核心功能,摒弃了Docker中许多不必要的特性。这种专注使其更加轻量、稳定,并且与Kubernetes的集成更加无缝。对于大多数Kubernetes用户来说,Containerd是一个更加合适的选择。

4.3 Docker的适用场景

尽管Kubernetes社区推荐使用Containerd,但这并不意味着Docker就完全没有用武之地。在某些特定场景下,Docker仍然具有独特的价值:

需要使用Docker API、docker build等功能:如果你的工作流严重依赖Docker提供的一些特有功能,如docker build、docker push等,那么继续使用Docker可能是更好的选择。这些功能虽然对Kubernetes来说不是必需的,但在某些开发和CI/CD场景下还是非常有用的。


需要使用Docker Compose或Swarm:如果你的部分工作负载还在使用Docker Compose或Swarm,出于一致性和兼容性考虑,这部分节点可能需要继续使用Docker作为运行时。


需要注意的是,即使你决定在某些节点上继续使用Docker,也可以在其他节点上使用Containerd。Kubernetes支持混合使用多种容器运行时,你可以根据实际需求选择最合适的运行时。

4.4 迁移到 Containerd 的注意事项

如果你决定将现有的Kubernetes集群从Docker迁移到Containerd,有以下几点需要注意:

Kubernetes版本支持:从Kubernetes 1.20版本开始,Dockershim已经被弃用,而在1.24版本中,Kubernetes已经彻底移除了对Dockershim的支持。因此,对于1.24及更高版本的集群,你必须使用其他运行时如Containerd。新建的集群建议直接使用Containerd。


镜像兼容性:Containerd完全兼容Docker镜像格式。这意味着你之前通过Docker构建的所有镜像,在迁移到Containerd后仍然可以继续使用,无需任何修改。


容器网络和日志:由于Containerd和Docker在容器网络和日志管理方面有一些细微差异,迁移后可能会遇到一些问题。例如,容器的IPv6支持状态可能会发生变化,日志的格式和路径也可能不同。你需要仔细测试并排查这些潜在问题。

5. 结论

Containerd和Docker作为Kubernetes的两大容器运行时选择,各有其优势和适用场景。Containerd作为一个为容器编排而生的轻量级运行时,以其简洁的架构、对标准的支持以及与Kubernetes的契合,逐渐成为社区的主推选择。Kubernetes社区持续加大对Containerd的投入,使其成为默认的容器运行时。这一趋势反映了Kubernetes对标准化、可移植性和稳定性的追求。


然而,这并不意味着Docker就失去了其价值。作为容器技术的先驱,Docker凭借其功能的丰富性和生态的成熟度,在某些特定场景下仍然不可或缺。特别是对于那些严重依赖Docker特有功能(如docker build、docker push等)或需要与现有Docker工作流集成的用户来说,继续使用Docker可能是更优的选择。


因此,在选择容器运行时时,我们需要全面权衡各种因素,如稳定性、性能、资源占用等。要充分评估自己的实际需求,考虑是否需要Docker提供的特殊功能。在某些情况下,混合使用Containerd和Docker,发挥各自的优势,可能是一个不错的折中方案。


展望未来,随着Kubernetes的不断发展和成熟,以Containerd为代表的标准化容器运行时将成为主流选择。但这并不意味着Docker会完全退出舞台,其在容器技术发展历程中的重要地位和贡献是不可磨灭的。Docker丰富的功能和强大的社区生态,在特定场景下仍将发挥重要作用。


总之,Containerd和Docker之争,反映了Kubernetes社区在追求标准化和兼顾灵活性之间的平衡。作为Kubernetes用户,我们需要根据自身的实际情况,权衡利弊,做出最适合自己的选择。无论选择何种容器运行时,最终目的都是为了更好地支撑Kubernetes,提供稳定、高效、灵活的容器编排服务。

F. 附录

F.1 命令对照表

下表列出了DockerContainerdctr)和Kubernetescrictlkubectl)中常用操作的对应命令:


操作 Docker Containerd (ctr) Kubernetes (crictl) Kubernetes (kubectl)
查看运行的容器 docker ps ctr task ls / ctr container ls crictl ps kubectl get pods
查看镜像 docker images ctr image ls crictl images -
查看容器日志 docker logs - crictl logs kubectl logs
查看容器详情 docker inspect ctr container info crictl inspect kubectl describe pod
查看容器资源使用情况 docker stats - crictl stats kubectl top pod
启动已有的容器 docker start ctr task start crictl start -
停止运行的容器 docker stop ctr task kill crictl stop kubectl delete pod
运行一个新的容器 docker run ctr run - kubectl run
创建一个新的容器 docker create ctr container create crictl create kubectl create -f <pod-spec>.yaml
删除容器 docker rm ctr container rm crictl rm kubectl delete pod
拉取镜像 docker pull ctr image pull crictl pull -
推送镜像到仓库 docker push ctr image push - -
删除本地镜像 docker rmi ctr image rm crictl rmi -
给镜像打标签 docker tag ctr image tag - -
在容器中执行命令 docker exec - crictl exec kubectl exec
导入镜像 docker load ctr image import - -
导出镜像 docker save ctr image export - -
构建镜像 docker build - - kubectl apply -f <build-spec>.yaml
查看容器进程信息 docker top - - -

这个表格涵盖了更多的操作,并且列出了Docker、Containerd(ctr)、Kubernetes(crictl)和Kubernetes(kubectl)中的对应命令(如果有的话)。


需要注意的是,由于Kubernetes主要关注容器的编排和管理,而不是单个容器的操作,因此有些Docker和Containerd的命令在Kubernetes(kubectl)中并没有直接的对应。这些操作通常是在创建或管理Pod时通过配置文件(如YAML)来指定的。


另外,kubectl 和 crictl 都是与 Kubernetes 相关的命令行工具,但它们的目的和使用场景有所不同:


从目的和功能看:


kubectl:kubectl是Kubernetes的标准命令行工具,用于管理和操作Kubernetes集群中的各种资源,如Pod、Service、Deployment、Namespace等。它通过Kubernetes API服务器与集群进行交互,提供了一组丰富的子命令和选项,用于创建、查看、更新和删除Kubernetes对象。kubectl的主要目的是管理和编排容器,而不是直接与容器运行时交互。


crictl:crictl是CRI(Container Runtime Interface)的命令行工具,用于与兼容CRI的容器运行时(如Containerd)进行直接交互。它提供了一组标准化的命令,用于管理和操作容器和镜像,如创建容器、启动容器、查看容器状态等。crictl的主要目的是调试和排查与容器运行时相关的问题,而不是管理Kubernetes资源。


从使用场景看:


kubectl:kubectl是Kubernetes用户和管理员的主要工具。它用于日常的集群管理和应用部署任务,如创建和管理Pod、Service、Deployment等,查看集群状态,更新应用配置等。kubectl适用于所有需要与Kubernetes集群交互的场景。


crictl:crictl主要是为开发人员和管理员提供的一个调试和排查工具。当遇到与容器运行时相关的问题时,如容器无法启动、镜像拉取失败等,可以使用crictl来直接与容器运行时交互,以诊断和解决问题。crictl适用于需要直接访问和操作容器运行时的场景。

F.2 参考资料

序号 文档名称 文档链接
1 Kubernetes官方文档 - 容器运行时 https://kubernetes.io/zh-cn/docs/setup/production-environment/container-runtimes/
2 Kubernetes官方文档 - 使用Containerd作为容器运行时 https://kubernetes.io/zh-cn/docs/setup/production-environment/container-runtimes/#containerd
6 Docker官方文档 - Kubernetes集成 https://docs.docker.com/get-started/kube-deploy/
7 Docker官方博客 - Kubernetes中的Docker和Containerd https://www.docker.com/blog/what-is-containerd-runtime/
8 Kubernetes弃用Dockershim的博客公告 https://kubernetes.io/blog/2020/12/02/dockershim-faq/
9 Kubernetes官方文档 - 弃用Dockershim的FAQ https://kubernetes.io/zh-cn/blog/2020/12/02/dockershim-faq/
12 OCI(Open Container Initiative)官网 https://opencontainers.org/

相关实践学习
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容器应用与集群管理
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