企业级运维之云原生与Kubernetes实战课程
课程介绍
本课程是云原生方向学习领域的基础课程，是成为云原生运维和实践工程师的必修课程。课程将从最基础的云原生概念开始讲起，帮助学员正确认识和理解云原生和K8s的发展历程、原理、相关组件和基本操作，掌握如何定义应用的资源需求、创建和使用。
课程纲要
第一章：云原生和k8s基础入门
第二章：阿里云容器技术深入介绍
第三章：kubernetes集群原理深度解析
第四章：ack集群管理
第一章 云原生和K8s基础入门
本章目标
- 了解云原生主流技术容器、容器镜像、镜像仓库、Kubernetes等基本概念，理解Kubernetes的架构、集群与部署、Service、Pod等概念与基本操作；
- 理解Pod和容器设计模式，理解应用编排模式；
- 掌握如何定义应用的资源需求、创建和使用；
- 理解应用存储和持久化数据卷中的存储快照与拓扑调度的基本概念、操作使用，以及内部工作机制；
- 理解Kubernetes基本网络模型与原理。
本章目录
- 容器和K8s基础概念
- 理解Pod和容器
- kubectl客户端使用方法
- 如何创建应用和暴露服务
- kubernetes存储
- kubernetes网络
- 实验一：从0开始创建云原生应用
第一章第1讲 容器和K8s基础概念（上）
视频地址https://developer.aliyun.com/learning/course/913/detail/14490
本讲主要介绍容器基础知识，包括：容器的特征、容器与虚拟机的区别、容器怎么制作、dockerfile和docker常用命令、容器和镜像及仓库之间的关系等。
一、容器是什么
谈到容器、K8s或者云原生、微服务，它们之间的关系是什么？对容器的第一印象又是什么？
什么是容器，什么是容器镜像？怎么制作容器镜像？如何运行容器镜像？什么是镜像仓库？希望在学完本节课后，能够对如上问题有自己的回答和了解。
1. 思考：容器的本质是什么？
容器的第一概念可以类比为装水的杯子、盛饭的碗。容器（Container）的中文解释为集装箱，集装箱有如下特点：
- 集装箱是有一定标准长宽高的长方体；
- 集装箱关注点不在装载地点和卸载地点，而注重运行的货物是否正常；
- 集装箱有隔离的作用；
- 集装箱不关心装载的内容，只需要产品能装进去。
而容器也有类似的特点。
2. 容器的四个特点：
- 容器运行需要特定运行环境，如Docker、Containerd；
- 容器支持不同的底层操作系统，如主流Linux操作系统，阿里云Ack支持Windows操作系统,即对于阿里云Ack容器可以部署到Windows操作系统上；
- 容器之间是相互隔离的，利用Cgroup技术对相关资源的限制和Namespace命名空间的隔离；
- 轻量便捷性，使应用可以更快速部署和迁移。
3. 容器技术可以解决什么问题？
- 在生产环境开发中，开发者首先要在测试环境中完成开发、测试并符合一定测试条件和测试结果后，才可以在生产环境中发布。但是在发布过程中，常常会遇到在测试环境可以正常运行、但生产环境却无法运行的问题。
- 这种问题一般是由于底层操作系统不一致、导致环境变量或环境库的不一致造成的，而开发者却需要花费大量时间，去解决这种测试环境和生产环境不一致的问题，而开发者的重心不在底层操作系统，如何才能让开发者把精力花费在上层应用上，而不是关注底层操作系统的不一致问题呢？
- 容器技术解决了上述这个问题。
4. 虚拟机和容器对比
虚拟机是一项虚拟化技术，同样具有隔离性，它与容器有什么区别呢？
a. 什么是虚拟机
- 虚拟机的基本原理
虚拟机基于物理级别的CPU、Memory、IO，利用Hypervisor虚拟化技术转化为虚拟的CPU、Memory、IO，上层的虚拟机基于虚拟的CPU、Memory、IO安装操作系统，然后在该操作系统上安装应用和必要的运行库。
- 当前比较流行的虚拟机
VMware虚拟机、微软Hyper-V虚拟机、Linux下KVM虚拟机等。
b. 虚拟机和容器架构对比
- 虚拟机架构：
在上图中，一个宿主机上可以装三个操作系统，A可能是Linux操作系统，B可能是Windows操作系统，C可能是Centos操作系统，每个操作系统是相互隔离的，每个虚拟机都会认为自己是单独的机器，不仅需要对虚拟机维护，还需要关注客户机操作系统的维护。
- 容器架构：
容器与虚拟机基础架构是一致的，其主机操作系统可以是Windows或Linux，在主机操作系统上安装Runtime,可以为Docker或Containerd的运行环境，基于容器运行环境启动了三个容器，分别为容器A、容器B、容器C，包含了各自的应用以及应用需要的相关库文件，而容器共用宿主机的操作系统；
- 对比：
- 启动速度：启动虚拟机的是分钟级别，而容器启动是秒级别；
- 迁移：如果需要将VMware虚拟机迁移到微软的Hyper-V，则需要按照一定标准格式将虚拟机转换为镜像，然后将镜像转换为符合Hyper-V的格式，然后才能在微软Hyper-V的场景下运行；容器迁移非常简单，可以直接将镜像迁移到Windows系统或Linux系统容器环境下运行起来。
- 问题：
Q：容器A、容器B、容器C之间是如何实现隔离的？
A：它们是通过Cgroup和Namespace技术隔离的。
Q：容器A、容器B、容器C能否通过主机操作系统ps -ef看到A、B、C三个应用呢？
A：当然是可以看到的，三个应用实现了命名空间级别的隔离。
二、什么是容器镜像
容器启动是基于容器镜像，怎么理解容器镜像呢？
1. 定义
容器镜像是运行容器所需要的所有文件集合。容器镜像可以抽象为一个安装包，而安装包具有只读特点（如钉钉安装包exe文件），当安装包被执行后就具有可写的功能。
2. 容器镜像的特点
容器镜像是基于Linux UniFileSystem联合文件系统，具有分层结构，最基础层是bootfs层，其作用是启动时加载Kernel，而后bootfs就会退出并将控制权交给rootfs，rootfs基于镜像加载。
如图，基于Debian操作系统、emacs、Apache一层层叠加，然后运行成容器后才是可读可写的，在此之前都是只读层。
- 通过docker search 命令，可以查找镜像，如查找nginx镜像：
docker search nginx
- 通过docker pull 命令，可以拉取镜像，如从镜像仓库拉取centos镜像：
docker pull centos
如果存在多个镜像，如镜像1：centos、apache、redis，镜像2：centos、nginx、mysql，镜像只读保证了镜像的唯一性，可以实现镜像的复用，节省空间，在拉取镜像时如果本地已存在，节省了拉取时间和带宽。
3. 如何构建镜像？
构建镜像有如下两个命令：
- docker commit：把正在运行的一个容器制作镜像；
- docker build：基于dockerfile文件构建镜像；
不推荐使用docker commit 构建镜像，推荐使用 Dockerfile 文件和docker build命令来构建镜像，更具备可重复性、透明性以及幂等性。
命令示例：docker build -t zuorong:v1 .
参数说明：
build：主要命令，告诉Docker服务端以Dockerfile文件构建镜像；
-t：--tag指定镜像的名称和标签；
zuorong：仓库及镜像名称(可多级目录)
v1：镜像版本号；
.：代表上下文路径，docker会把上下文路径下面的文件和目录上传到Docker守护进程，一般是Dockerfile文件所在目录。
Docker基础命令：
docker create：创建一个停止的容器；
docker ps -a：类似Linux环境下ps -ef可以看哪些程序在运行；
docker start：启动容器。
示例：创建一个基于centos的Tomcat的镜像文件
a. 实现途径
- 有一个基本的centos
- 自己本地要有个tomcat
- jdk程序
- 设置好环境变量
- 暴露出端口
- 工作目录设置
- 自己要启动tomcat
b. 编写Dockerfile示例
FROM centos
LABEL yanche
#把宿主机当前上下文的c.txt拷贝到容器/usr/local/路径下
COPY a.txt /usr/local/cincontainer.txt
#把java与tomcat添加到容器中
ADD jdk-8u311-linux-x64.tar.gz /usr/1oca1/
ADD apache-tomcat-9.0.33.tar.gz /usr/local/
#安装vim编辑器
RUN yum -y install vim
#设置工作访问时候的WORKDIR路径，登录落脚点
ENV MYPATH /usr/local
WORKDIR $MYPATH
#配置java与tomcat环境变量
ENV JAVA_HOME/usr/1oca1/idk1.8.0311
ENV CLASSPATH $JAVAHOME/1ib/dt.jar:$JAVAHOME/lib/tools.jar
ENV CATALINA HOME /usr/local/apache-tomcat-9.0.33
ENV CATALINABASE /usr/local/apache-tomcat-9.0.33
ENV PATH SPATH:$JAVA_HOME/bin:SCATALINA HOME/1ib：SCATALINA_HOME/bin
#容器运行时监听的端口
EXPOSE 8080
#启动时运行tomcat
CMD /usr/local/apache-tomcat-9.0.33/bin/startup.sh&&tail - F /usr/local/apache-tomcat-9.0.33/log/catalina.out
Dockerfile指令简单介绍
- FROM：指定基于的基础镜像；
- MAINTAINER：表明作者身份已被弃用，现在使用LABEL替代；
- ADD和COPY类似，ADD具有解压缩功能，COPY没有解压缩功能；
- WORKDIR：指定工作目录；
- EXPOSE：指定开放端口；
- RUN运行Linux下的命令，如安装vim 命令RUN yum -y install vim；
- VOLUME：定义存储挂载功能；
- ENTRYPOINT：容器启动时执行的默认命令；
- CMD：用于启动应用程序，如CMD /usr/local/apache-tomcat-9.0.33/bin/startup.sh&&tail - F /usr/local/apache-tomcat-9.0.33/log/catalina.out，启动tomcat服务并打印tomcat日志。
Dockerfile指令官方文档参考：
https://docs.docker.com/engine/reference/builder/
基于如上Dockerfile，在服务器上执行docker build命令创建出镜像，创建镜像时要基于原始镜像如ubuntu:14.04，进行相关步骤操作，然后经过Docker镜像，执行run命令进行容器的运行，VOLUME挂载卷将在后面讲解。
三、如何运行容器？
1. 运行容器步骤
- 第一步：从镜像仓库中将相应的镜像下载下来；
- 第二步：当镜像下载完成之后，就可以通过docker images来查看本地镜像，这里会给出一个完整的列表，可以在列表中选中想要的镜像；
- 第三步：当选中镜像之后，就可以通过docker run来运行这个镜像得到想要的容器，当然可以通过多次运行得到多个容器。一个镜像就相当于是一个模板，一个容器就像是一个具体的运行实例，因此镜像就具有了一次构建、到处运行的特点。
2. Docker常用命令
docker images：列出所有镜像
docker rmi 镜像ID：删除镜像
docker history：查看镜像历史
docker tag：给镜像打标签
docker run：运行容器
docker create：创建一个stop状态容器，可以进行start、pause、kil、stop、unpause等操作
docker commit：从容器创建一个新镜像
diff：镜像和容器可以使用diff进行对比
build：创建镜像
pull：拉取镜像
push：推送镜像
login、logout登录和退出仓库
docker logs 容器Id：查看容器日志
docker logs -f：查看容器实时日志
文件和宿主机之间传输类似scp方式，如将a.txt复制到容器／tmp目录下：docker cp a.txt 运行容器Id:／tmp
进入容器命令：docker exec -it 运行容器Id sh
进入容器／tmp目录下可以看到a.txt文件。
四、什么是镜像仓库
类似于代码仓库，镜像仓库是集中存放容器镜像的场所。
本讲小结
1、容器的三要素：
- 容器：容器可以用来装业务程序和依赖的环境。本质上就是一个加了限定参数的进程。
- 镜像：运行容器所需要的所有文件集合。
- 镜像仓库：镜像仓库是集中存放容器镜像的场所。
2、本节主要内容
- 容器的基本概念，容器几个特征，和虚拟机的区别，选择容器原因；
- 容器特征：快速部署、隔离、轻量化；
- 和虚拟机的区别：有自己操作系统，共用宿主机操作系统；
- 选择容器原因：不用关注底层的操作系统环境，只用关注应用层；
- 容器怎么制作，dockerfile几个命令 (add，from)；
- 制作方式：dockerfile和Commit；
- docker的命令images，ps，exec，1ogs；
- 容器，镜像，仓库之间的联系。
思考：容器和K8s之间关系是什么？K8s又是什么？K8s基本组成，有什么特点，和容器及Docker之间的关系？这些问题将会在下一节进行讲解。
