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談電信運(yùn)營商對容器技術(shù)的探索
云計(jì)算本質(zhì)是資源的按需分配和動(dòng)態(tài)調(diào)度，從而提高資源利用率，下文來談?wù)勲娦胚\(yùn)營商對容器技術(shù)的探索。
摘要：
容器是直接運(yùn)行在操作系統(tǒng)內(nèi)核上，擁有相對隔離、獨(dú)立資源的運(yùn)行環(huán)境。容器技術(shù)的發(fā)展符合云計(jì)算的本質(zhì)要求，電信運(yùn)營商作為云計(jì)算領(lǐng)域的深度玩家，必須重視容器技術(shù)的發(fā)展。簡要介紹了容器技術(shù)背景，分析了容器技術(shù)在電信運(yùn)營商的潛在應(yīng)用場景，總結(jié)了電信運(yùn)營商在容器技術(shù)方面的初步探索案例，探討了容器技術(shù)在電信運(yùn)營商轉(zhuǎn)型升級中可能發(fā)揮的積極作用。
關(guān)鍵詞：
容器;云計(jì)算;虛擬機(jī)
1引言
容器是直接運(yùn)行在操作系統(tǒng)內(nèi)核上，擁有相對隔離、獨(dú)立的資源(如CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng))，可以運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行環(huán)境。容器可以讓多個(gè)獨(dú)立的用戶空間運(yùn)行在同一臺(tái)宿主機(jī)上。容器技術(shù)起源于操作系統(tǒng)的系統(tǒng)隔離工具，初期廣泛應(yīng)用于各大互聯(lián)網(wǎng)公司軟件系統(tǒng)，近幾年來由于Docker公司對容器技術(shù)的封裝及開源，形成了良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)和應(yīng)用案例，容器技術(shù)已經(jīng)具備一定的技術(shù)成熟度，同時(shí)由于云計(jì)算產(chǎn)業(yè)經(jīng)過近10年的發(fā)展，已經(jīng)形成了相當(dāng)可觀的市場規(guī)模，容器作為一種輕量級的虛擬化技術(shù)登上了云計(jì)算的舞臺(tái)，已經(jīng)成為云計(jì)算技術(shù)發(fā)展的引領(lǐng)者。電信運(yùn)營商一直十分重視云計(jì)算市場和技術(shù)的發(fā)展，其內(nèi)部IT系統(tǒng)已經(jīng)基本完成云化改造，并正在推動(dòng)其核心網(wǎng)元云化改造，同時(shí)紛紛成立專業(yè)云服務(wù)公司，開拓企業(yè)市場。但是目前電信運(yùn)營商存在建設(shè)成本、開發(fā)維護(hù)和運(yùn)營機(jī)制等方面的諸多挑戰(zhàn)，和目前云計(jì)算領(lǐng)域的頂級玩家還存在一定的差距，而容器技術(shù)具有輕量級、標(biāo)準(zhǔn)化和開源等特點(diǎn)，目前還處于發(fā)展初期，運(yùn)營商介入并開展相關(guān)研發(fā)應(yīng)用工作恰逢其時(shí)，將有助于解決云計(jì)算發(fā)展過程中的諸多難題。
2容器技術(shù)背景
2.1技術(shù)特點(diǎn)
云計(jì)算本質(zhì)是資源的按需分配和動(dòng)態(tài)調(diào)度，從而提高資源利用率，降低使用成本。容器技術(shù)的出現(xiàn)進(jìn)一步滿足了云計(jì)算的本質(zhì)要求，其技術(shù)特點(diǎn)決定了容器有可能成為下一代云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的基石，容器的技術(shù)特點(diǎn)如下所示。
(1)輕量級容器運(yùn)行占用資源少，單機(jī)可以同時(shí)運(yùn)行上百個(gè)容器，相比較傳統(tǒng)虛擬化對物理機(jī)資源的消耗，容器自身的資源消耗可以忽略不計(jì)，其應(yīng)用裝填密度10倍于虛擬機(jī)。
(2)快速啟停容器啟動(dòng)速度快，啟動(dòng)時(shí)間在零點(diǎn)幾秒到數(shù)秒之間，這一特性保證了動(dòng)態(tài)調(diào)度的實(shí)時(shí)性，在保證應(yīng)用正常運(yùn)行的前提下，可以更加高效地調(diào)度和調(diào)整資源。
(3)高性能容器沒有傳統(tǒng)guestOS層次，直接通過內(nèi)核訪問物理機(jī)資源，各方面性能接近裸機(jī)，從而可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)資源的利用率。
(4)標(biāo)準(zhǔn)化采用標(biāo)準(zhǔn)化的容器控制接口和鏡像打包格式，各類管理平臺(tái)可以方便地調(diào)用統(tǒng)一接口，實(shí)現(xiàn)對容器資源的納管。
(5)鏡像管理容器采用分層文件系統(tǒng)保存鏡像，通過鏡像倉庫提供鏡像文件的保存和分發(fā)，實(shí)現(xiàn)了容器鏡像的一鍵式部署和快速復(fù)制，保證了開發(fā)測試生產(chǎn)環(huán)境的一致性和應(yīng)用快速復(fù)制的高效性。
(6)集群化容器往往使用集群方式部署和調(diào)度，通過集群系統(tǒng)自帶的負(fù)載分發(fā)和服務(wù)發(fā)現(xiàn)等機(jī)制實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模資源的按需分配、動(dòng)態(tài)調(diào)度，保證了應(yīng)用的快速部署和彈性擴(kuò)展。另外，容器技術(shù)的代表———Docker公司從開始就將Docker完全開源，推動(dòng)了整個(gè)容器技術(shù)生態(tài)的開源化發(fā)展。目前產(chǎn)業(yè)界各類主流容器解決方案基本采用全開源軟件構(gòu)建，大大降低了后進(jìn)者的學(xué)習(xí)門檻和開發(fā)成本，從而保證容器技術(shù)生態(tài)圈迅速發(fā)展壯大。
2.2技術(shù)體系
容器技術(shù)核心體系主要包括了三大部件，分別是容器引擎、鏡像倉庫和容器管理，在其周邊還有一些網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等方面的輔助部件，構(gòu)成了完整的容器技術(shù)棧，如圖1所示。
(1)容器引擎
容器引擎是整個(gè)容器技術(shù)棧的核心，負(fù)責(zé)容器的創(chuàng)建、運(yùn)行和管理，為容器掛載存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源，并對外提供輕量級的容器管理接口。容器引擎在操作系統(tǒng)上引入一個(gè)抽象層，封裝了與底層系統(tǒng)內(nèi)核交互的內(nèi)容，屏蔽不同Linux發(fā)行版的差異性，使得容器具備跨OS移植的能力。目前主流的開源容器引擎包括Docker公司的Docker、Ubuntu的LXC/LXD和CoreOS團(tuán)隊(duì)的Rocket。
(2)鏡像倉庫
鏡像倉庫打包了應(yīng)用軟件、運(yùn)行環(huán)境和依賴庫，采用分層結(jié)構(gòu)構(gòu)建，鏡像可以像積木一樣層層堆疊。容器鏡像存儲(chǔ)在鏡像倉庫中，鏡像倉庫管理容器鏡像的迭代版本、依賴關(guān)系和其他相關(guān)的元數(shù)據(jù)，對外提供鏡像管理接口，以支持鏡像的上傳、下載和檢驗(yàn)。目前主流的開源鏡像倉庫包括Docker公司的Registry和VMware公司的Harbor。
(3)容器管理
由一系列分布在多個(gè)主機(jī)的控制節(jié)點(diǎn)和計(jì)算節(jié)點(diǎn)組成。為了支撐分布式系統(tǒng)的復(fù)雜工作負(fù)載，讓眾多跨主機(jī)的容器協(xié)同工作，需要有相應(yīng)的框架和解決方案來支撐容器集群的服務(wù)編排、資源調(diào)度和服務(wù)發(fā)現(xiàn)，保證整個(gè)集群能夠可靠、高效、合理地運(yùn)轉(zhuǎn)。目前主流的開源容器集群框架包括Docker公司的Swarm、Google公司的Kubernete和Mesosphere公司的Mesos。
3典型應(yīng)用場景
容器技術(shù)特點(diǎn)決定了其在多種應(yīng)用場景下都可以發(fā)揮其獨(dú)特作用：從資源部署的角度來看，可以應(yīng)用于虛擬機(jī)替代和大規(guī)模應(yīng)用部署場景;從軟件開發(fā)角度來看，可應(yīng)用于開發(fā)測試部署環(huán)境一致性的保障;從具體場景來看，還包括數(shù)據(jù)中心容災(zāi)、混合云遷移等，這幾類場景并非孤立存在，有可能在某類應(yīng)用中存在混合使用的場景。電信運(yùn)營商目前已經(jīng)在IT系統(tǒng)、業(yè)務(wù)平臺(tái)中廣泛采用云計(jì)算技術(shù)，后續(xù)還計(jì)劃在NFV(networkfunctionvirtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化)環(huán)境中逐步采用云計(jì)算技術(shù)。電信運(yùn)營商目前更多地從資源部署的角度看待容器技術(shù)，關(guān)注如何通過容器技術(shù)高效地承載運(yùn)營商的各類系統(tǒng)。
3.1虛擬機(jī)替代
容器以系統(tǒng)服務(wù)為核心，通常提供類似虛擬機(jī)的服務(wù)環(huán)境，可接受云管理平臺(tái)的管理。針對運(yùn)營商希望提高系統(tǒng)資源利用率的需求，可提供基于容器更輕量化的私有云解決方案，將承載在虛擬主機(jī)或物理主機(jī)上的應(yīng)用遷移到容器上，解決傳統(tǒng)虛擬機(jī)存在的資源占用率高、啟動(dòng)時(shí)間長、調(diào)度不夠靈活等問題。具體來看，對于運(yùn)營商原有業(yè)務(wù)平臺(tái)和IT系統(tǒng)中存在的系統(tǒng)資源占用率不高的應(yīng)用(如孵化器的應(yīng)用、活躍度不高的應(yīng)用或即將退市的應(yīng)用)，可酌情考慮遷移到容器中，進(jìn)行高密度部署，可以極大地節(jié)省系統(tǒng)計(jì)算資源;對于未來NFV環(huán)境中計(jì)算密集型的網(wǎng)元，可以優(yōu)先考慮采用容器化承載方案，可通過管理平臺(tái)進(jìn)行快速部署和彈性伸縮，實(shí)現(xiàn)資源的高效調(diào)度。具體如圖2所示。
3.2大規(guī)模應(yīng)用部署
針對運(yùn)營商希望解決大規(guī)模應(yīng)用部署的需求，基于容器的微服務(wù)架構(gòu)可極大提升部署和運(yùn)行效率，可解決大規(guī)模應(yīng)用構(gòu)建難、功能模塊重用性低、軟件升級維護(hù)難等問題。具體來看：對原有業(yè)務(wù)平臺(tái)和IT系統(tǒng)，可酌情采用增量改造等方式將原有系統(tǒng)逐步部署在容器上，實(shí)現(xiàn)功能模塊重用，提升整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)用性和可擴(kuò)展性;對于新建業(yè)務(wù)平臺(tái)和IT系統(tǒng)，建議優(yōu)先采用微服務(wù)架構(gòu)構(gòu)建，部署在容器上，采用容器集群管理平臺(tái)進(jìn)行容器管理和服務(wù)部署，大大降低應(yīng)用構(gòu)建和后期維護(hù)的難度，具體如圖3所示。
4電信運(yùn)營商對容器技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐
目前互聯(lián)網(wǎng)公司已經(jīng)廣泛采用容器技術(shù)，國內(nèi)外有部分電信運(yùn)營商也已經(jīng)開始關(guān)注甚至應(yīng)用容器技術(shù)。
4.1Verizon
2013年，Verizon為改變計(jì)算和存儲(chǔ)資源的低利用率和隨之而來的運(yùn)營低效率問題，開始選擇Docker容器技術(shù)以及用來管理Docker容器及服務(wù)器集群的Mesos技術(shù)重構(gòu)其基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)，以支撐Verizon網(wǎng)絡(luò)上數(shù)以萬計(jì)的工作任務(wù)。2014年底，Verizon建立了一種以Linux為核心，由遍布數(shù)據(jù)中心的普通服務(wù)器構(gòu)成的集群。2015年8月20日在美國西雅圖舉辦的Mesos大會(huì)上，Verizon只用了100s就啟動(dòng)了50000個(gè)Docker容器。這些容器的集群由Mesosphere數(shù)據(jù)中心操作系統(tǒng)(DCOS)驅(qū)動(dòng)，目前用于保障Verizon日益增長的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。2014年Verizon的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)營收增長了45%，4G業(yè)務(wù)增長了135%。Verizon管理的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)目超過1.5×107臺(tái)而且還在增長中。Verizon的最終目標(biāo)是效仿互聯(lián)網(wǎng)巨頭并得到由廉價(jià)、單一的由硬件設(shè)備組成的數(shù)據(jù)中心。
4.2AT&T
AT&T積極加入容器的各類開源組織，以運(yùn)營商的角色和驅(qū)動(dòng)力參與到開放容器和云原生應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)制定和技術(shù)發(fā)展中。AT&T在運(yùn)營商中一向比較激進(jìn)，最先提出網(wǎng)絡(luò)再造計(jì)劃，期望打造一個(gè)全局資源統(tǒng)一管控和編排，大數(shù)據(jù)分析高效、自動(dòng)化運(yùn)營和調(diào)度的云化資源體系和互聯(lián)網(wǎng)式業(yè)務(wù)經(jīng)營模式，AT&T預(yù)言在2020年實(shí)現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)75%以上的虛擬化。目前AT&T已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在其新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中將網(wǎng)絡(luò)協(xié)同/編排系統(tǒng)與其IT系統(tǒng)進(jìn)行融合對接，向下與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施融為一體，向上成為OSS的一部分。另外AT&T已經(jīng)在內(nèi)部運(yùn)行測試使用微服務(wù)架構(gòu)來擴(kuò)展容器容量，將很快把這個(gè)能力引入其對外提供的網(wǎng)絡(luò)。
4.3DT
德國電信(DT)正嘗試在Linux容器中運(yùn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)功能，他們認(rèn)為從網(wǎng)絡(luò)的角度，Docker把NFV提升到了一個(gè)新的高度，充分利用容器的力量和可擴(kuò)展性。例如，可以為不同的租戶設(shè)置服務(wù)質(zhì)量，或?yàn)椴煌淖鈶粼O(shè)定不同的業(yè)務(wù)規(guī)模。他們提出Docker化的NFV概念，嘗試在集群環(huán)境中實(shí)現(xiàn)顆粒資源隔離和更大的彈性。
4.4中國移動(dòng)
中國移動(dòng)從2015年開始采用Kunbernet集群管理平臺(tái)搭建承載其一級業(yè)務(wù)支撐核心系統(tǒng)的網(wǎng)狀網(wǎng)PaaS平臺(tái)試點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)平臺(tái)的容器化改造和集群部署，并在Docker基礎(chǔ)上通過增強(qiáng)接口和管理功能，實(shí)現(xiàn)了資源和應(yīng)用的有效結(jié)合。整個(gè)試點(diǎn)進(jìn)展很快，3月開始搭建Kubernete+Docker集群;7月基于Kubernete+Docker的網(wǎng)狀網(wǎng)PaaS平臺(tái)上線并第一步遷移了移動(dòng)商城業(yè)務(wù);9月建立生產(chǎn)+容災(zāi)兩個(gè)集群并遷移60%的業(yè)務(wù);12月開始逐步將全部的業(yè)務(wù)遷移到PaaS。同時(shí)，中國移動(dòng)通信集團(tuán)浙江有限公司于2015年推出了自己的DCOS系統(tǒng)，以分布式集群資源調(diào)度ApacheMesos和ApacheHadoopYARN為基礎(chǔ)，結(jié)合容器技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的高效平臺(tái)，以容器為基礎(chǔ)封裝各類無狀態(tài)應(yīng)用和運(yùn)行環(huán)境，以Mesos為核心實(shí)現(xiàn)容器資源的分布式調(diào)度與協(xié)調(diào)，支持多種計(jì)算框架，具備敏捷開發(fā)、快速部署和彈性伸縮的特性。目前中國移動(dòng)逐步開始考慮一級業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)的DCOS平臺(tái)的建設(shè)，整合Mesos和Kubernete，構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)定性強(qiáng)、支持復(fù)雜業(yè)務(wù)場景、彈性擴(kuò)展能力強(qiáng)大的電信行業(yè)DCOS+PaaS平臺(tái)，為未來業(yè)務(wù)的快速發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
5運(yùn)營商的應(yīng)對策略
容器技術(shù)已經(jīng)在部分運(yùn)營商有成功使用的案例，證明容器技術(shù)在運(yùn)營商的業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)中具有不可忽視的作用，運(yùn)營商必須從自身定位和轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的視角來看待容器的發(fā)展。作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商，電信運(yùn)營商可采用容器技術(shù)推動(dòng)其內(nèi)部系統(tǒng)的進(jìn)一步云化，提高資源利用率和運(yùn)行效率。具體來看，可以將現(xiàn)有或新建的業(yè)務(wù)系統(tǒng)、創(chuàng)新業(yè)務(wù)、IT系統(tǒng)、NFV網(wǎng)元(只要是基于Linux系統(tǒng))承載在容器上。雖然傳統(tǒng)系統(tǒng)向容器的遷移存在一定的改造量，但是新建系統(tǒng)在設(shè)計(jì)初期可以采用微服務(wù)架構(gòu)，基于容器技術(shù)進(jìn)行開發(fā)、測試和承載，作為云原生應(yīng)用無縫運(yùn)行在容器云環(huán)境的生產(chǎn)系統(tǒng)中。尤其在未來NFV場景下，各類數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)核心網(wǎng)元是運(yùn)營商存量最大、影響最廣的系統(tǒng)，隨著傳統(tǒng)網(wǎng)元的軟硬件解耦和虛擬化技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)營商完全可以跳過傳統(tǒng)商用虛擬化階段，采用自研開源容器技術(shù)作為NFV承載層的核心技術(shù)，成為真正意義上的軟件定義網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商。作為云服務(wù)提供商，電信運(yùn)營商可利用容器技術(shù)對外提供低成本的云服務(wù)，為企業(yè)用戶推出一體化的IT解決方案。運(yùn)營商可采用低成本開源容器輕量級虛擬化技術(shù)，對自身公有云系統(tǒng)進(jìn)行容器化升級，輔以容器鏡像和分發(fā)管理系統(tǒng)，可以為部分中小企業(yè)提供可彈性擴(kuò)展的輕量級應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境，輔以集群管理系統(tǒng)可以為部分大中型企業(yè)提供大規(guī)模分布式應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境，從而和現(xiàn)有云服務(wù)組合形成按用戶需求定制的差異化云服務(wù)。作為未來的軟件服務(wù)提供商，電信運(yùn)營商可采用容器技術(shù)推動(dòng)其向軟件公司的轉(zhuǎn)型發(fā)展，推動(dòng)開源軟件應(yīng)用，轉(zhuǎn)變成本結(jié)構(gòu)。容器技術(shù)推動(dòng)開發(fā)運(yùn)維走向容器OPS，圍繞以容器鏡像為核心的開發(fā)運(yùn)維模式，實(shí)現(xiàn)了和云計(jì)算的完美結(jié)合。如果運(yùn)營商以此為契機(jī)，結(jié)合開源技術(shù)構(gòu)建自己的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，同時(shí)采用容器技術(shù)作為整個(gè)開發(fā)運(yùn)維運(yùn)營一體化的紐帶，可以大幅降低原有虛擬化軟件帶來的成本支出，推動(dòng)運(yùn)營商的深度轉(zhuǎn)型。
6結(jié)束語
容器技術(shù)的出現(xiàn)給整個(gè)ICT產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的影響，而在云計(jì)算和開源軟件的雙重助推下，進(jìn)一步加速了容器技術(shù)的普及和推廣。運(yùn)營商目前正在實(shí)施網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)戰(zhàn)略，打造基于數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施，用于承載其業(yè)務(wù)系統(tǒng)和核心網(wǎng)元，容器引擎可以為資源提供輕量級虛擬化技術(shù)，容器管理可以為數(shù)據(jù)中心提供一個(gè)靈活快速響應(yīng)的中央控制系統(tǒng)，容器技術(shù)在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)中具有重要的戰(zhàn)略價(jià)值。目前容器技術(shù)還處于快速發(fā)展階段，各類解決方案、開源項(xiàng)目層出不窮，電信運(yùn)營商對容器技術(shù)的探索還處于起步階段，運(yùn)營商必須在容器方面積極探索，借助容器技術(shù)生態(tài)力量提升自身的軟件研發(fā)實(shí)力和整體運(yùn)維水平，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型工作的開展。
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