Docker架構(gòu)優(yōu)缺點大剖析
在Docker問世后,其打包應(yīng)用程式、快速部署的能耐,受到開發(fā)者的廣大歡迎。在2015年,Docker進一步推出私有儲存庫功能Docker Registry,以及原生網(wǎng)路功能Docker Networking,讓企業(yè)更容易自行架構(gòu)Docker叢集。這些都讓Docker逐漸成為正式環(huán)境的新選擇。
在Docker受到一片好評下,著有《Docker源碼分析》,大受到中國Docker社群好評的孫宏亮認為,Docker至少有3大缺點,還無法滿足各種環(huán)境的需求。深入研究Docker原始碼的他,也是中國Docker PaaS服務(wù)商DaoCloud參與***線開發(fā)的軟體工程師。
別于多數(shù)Docker開發(fā)者從應(yīng)用程式面切入談?wù)揇ocker的角度,孫宏亮在2015 Container Summit上,則是選擇從Docker的程式碼設(shè)計架構(gòu),來剖析優(yōu)缺點。
孫宏亮也指出,Container技術(shù)雖然已經(jīng)發(fā)展許久,但是透過Docker獨特的映像檔設(shè)計,才使Container技術(shù)在近年發(fā)揚光大。
獨特映像檔設(shè)計讓Docker爆紅
Container技術(shù)最早可以追溯至1979年時推出的Unix V7,其中的chroot系統(tǒng)呼叫指令,透過更改程序的根目錄,達到系統(tǒng)程序隔離的效果。而發(fā)展已經(jīng)超過30年的Container技術(shù),為何遲至2013年才因為Docker橫掃全球IT業(yè)界,孫宏亮解釋,因為Docker映像檔的設(shè)計,使得Docker得以打破過去「程式碼即應(yīng)用」的觀念。
傳統(tǒng)上認為,軟體開發(fā)結(jié)束后,所產(chǎn)出的成果即是程式碼,或是能夠編譯執(zhí)行的二元執(zhí)行檔。
而為了讓這些程式碼可以順利執(zhí)行,開發(fā)團隊也得準備完整的部署文件,讓維運團隊得以部署應(yīng)用程式,不過,即便如此,仍然常常發(fā)生部署失敗的狀況。孫宏亮表示,Docker透過映像檔,將作業(yè)系統(tǒng)核心外,運作應(yīng)用程式所需要的系統(tǒng)環(huán)境,由下而上打包,達到應(yīng)用程式跨平臺間的無縫接軌運作。
而微軟已經(jīng)宣布,將在下一代的Windows Server 2016中內(nèi)建Docker Engine,使得Windows Sever可以原生支援Docker。但孫宏亮也解釋,目前Windows對Docker的支援,多數(shù)還是在API層。除了Windows作業(yè)系統(tǒng)與Linux在Kernel層差異很大外,Windows也有發(fā)展有自家的Container技術(shù)。
Docker映像檔的設(shè)計,使得Docker得以打破過去「程式碼即應(yīng)用」的觀念。透過映像檔,將作業(yè)系統(tǒng)核心除外,運作應(yīng)用程式所需要的系統(tǒng)環(huán)境,由下而上打包,達到應(yīng)用程式跨平臺間的無縫接軌運作。(圖片來源/孫宏亮)
系統(tǒng)服務(wù)Docker化的障礙
雖然Docker透過了映像檔設(shè)計,解決傳統(tǒng)維運團隊在部署上的問題。但是,在將系統(tǒng)服務(wù)Docker化、應(yīng)用程式Docker化時,使用者仍然會碰到實際面的問題。
孫宏亮表示,當應(yīng)用程式必須調(diào)度系統(tǒng)的服務(wù),例如利用cron服務(wù),將工作設(shè)定為自動化執(zhí)行,或是執(zhí)行syslog服務(wù)收集系統(tǒng)日志時,此時開發(fā)者就會碰到使用Docker的障礙。
例如,雖然可以使用Docker將cron服務(wù)打包,但是Docker化的cron服務(wù),與傳統(tǒng)Linux中cron服務(wù)間有很大的區(qū)別。孫宏亮表示,一旦將cron服務(wù)容器化后,原始的環(huán)境變數(shù)設(shè)定都會失效。所以使用者必須分析軟體、Container的運行方式,才能滿足使用的需求。另外,Docker與Linux Kernel的溝通能力薄弱,行程間溝通(inter-process communication,IPC)會被進行隔離。像是NFS伺服器接受客戶端提出的請求后,會將需求再次傳遞給Linux Kernel,「使用者將這些功能容器化前,都必須再三考慮?!顾硎?。
并非任何應(yīng)用程式都適合Docker化
而在應(yīng)用程式Docker化的方面,雖然Docker的快速部署特性很吸引人,但是未必所有的應(yīng)用程式都適合Docker化,像是MySQL,孫宏亮認為如果將其Docker化則存在一些弊端。例如,當使用者的資料需要進行額外備份,需要創(chuàng)造MySQL的資料庫Container,可以透過Docker run指令,創(chuàng)建一個MySQL的Database Container,或是使用docker run指令,修改MySQL的環(huán)境變數(shù)。而這些環(huán)境變數(shù)會透過Docker Daemon、Docker Engine,用json的檔桉格式儲存在Docker Container中。
存在于Docker Container中的環(huán)境變數(shù),對于Docker Engine并沒有意義,但是對于使用Docker的用戶則存在隱憂,如果被無關(guān)的第三方看見,使用者的Container可能會產(chǎn)生資安上疑慮。所以,孫宏亮認為,傳統(tǒng)開發(fā)者在使用MySQL的思維,并不能無縫轉(zhuǎn)移到Docker的世界中運作。
孫宏亮表示,在Docker問世后,Docker官方也宣稱Docker的設(shè)計是以應(yīng)用程式為中心(application-centric),希望使用者將心力集中在開發(fā)應(yīng)用程式,而Docker官方也不特別鼓勵使用者,將Docker視為取代VM,作為新一代運算單元的想法。他認為,當Docker用于打包網(wǎng)頁應(yīng)用程式,或是比較單純的系統(tǒng)服務(wù),可以達到很好的Docker化效果。不過,如果要將Docker的使用范圍擴大,開始涉及到作業(yè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)運行層次,或是分散式系統(tǒng)在推動微服務(wù)時,使用Docker會產(chǎn)生一些問題。
共用Linux Kernel,讓Docker安全性先天不足
而從技術(shù)面的角度切入,孫宏亮表示,Docker就是分配硬體資源、實現(xiàn)資源隔離的Container技術(shù)。而談到資源隔離,他表示,一般人會聯(lián)想到Container技術(shù)中最基本的觀念,像是命名區(qū)域namespace及cgroup等技術(shù)。而Docker Container技術(shù)的火紅,以前無法透過VM執(zhí)行的功能,現(xiàn)在也可以透過Container實現(xiàn)。許多使用者因此也開始議論,是否可以利用Container技術(shù)取代VM。
一般的實體伺服器,只要具備Linux Kernel就可以運行Container,或是透過Hypervisor層,使用Linux Kernel上運作的虛擬機,運行Container。孫宏亮認為,以這樣的角度看待,Linux Kernel是運作Container,所需滿足的最重要條件,而無論是實體伺服器或是VM,都能達到上述的條件。不過,Container在實體機上運作,可以達到媲美裸機的效能,而在VM中運作時,則會產(chǎn)生效能折損。
而談到Container的資源隔離,孫宏亮表示,一般使用者最直覺想到的不外乎是CPU、記憶體以及IO等運算資源。而他認為,「資源」的范疇應(yīng)該不只如此。雖然Container可以透過cgroup、namespace做到運算資源的隔離,但是,「如果沒有Linux Kernel,使用者也不可能運作Container?!顾硎荆绻麑inux Kernel也納入資源的范疇,因為Container與作業(yè)系統(tǒng)同時共用Kernel,所以其實并沒有實現(xiàn)資源隔離。但是,VM與VM之間,并不會共用作業(yè)系統(tǒng)核心。因此,VM的資源隔離性一定會比Container來得更好。
雖然Docker Container也會受到資源的隔離、控制,以及權(quán)限控制,但是由于跟Linux共用作業(yè)系統(tǒng)核心,進而會產(chǎn)生安全上的漏洞。為了解決這樣的問題,孫宏亮表示,可以透過Linux的capability機制,加強權(quán)限的控管,使Container內(nèi)部的root跟外部的root權(quán)限產(chǎn)生差異外,同時也讓Container在系統(tǒng)管理的能力,與宿主主機進行區(qū)隔,藉此解決Container的安全問題。
在去年推出的Docker 1.9.0當中,Docker也加入了username space機制,孫宏亮表示,在安全性方面,這是Docker所達成的一個里程碑。只要透過namespace,讓Container運作的時候,使用者可以擁有更多權(quán)限,同時也不會影響到宿主主機。