譯者 | 李睿

審校 | 重樓

在快速發(fā)展的數(shù)字時代，DevOps已經(jīng)成為重塑軟件開發(fā)格局的關(guān)鍵范例。DevOps這個術(shù)語源于“開發(fā)（Developmen）”和“運(yùn)營（Operations）”的組合，它將這兩個歷史上孤立的功能集成到一個統(tǒng)一的方法中，專注于縮短軟件開發(fā)生命周期。因此，DevOps實踐促進(jìn)了更快、更可靠的軟件發(fā)布，并促進(jìn)了持續(xù)集成、持續(xù)交付和高可用性，增強(qiáng)了業(yè)務(wù)競爭力和靈活性。

然而，對提高效率和更健壯的交付過程的不斷追求產(chǎn)生了一種創(chuàng)新，這種創(chuàng)新對人們開發(fā)和交付軟件的方式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響：容器化。容器化涉及封裝或打包軟件代碼及其所有依賴項，以便在任何基礎(chǔ)設(shè)施上統(tǒng)一一致地運(yùn)行。這項非凡的技術(shù)不僅僅是DevOps世界的一個增量改進(jìn)，也是一個重大的飛躍，改變了軟件開發(fā)和部署的操作效率。

本文將深入探討DevOps場景中容器化的變革力量，探討它的好處、挑戰(zhàn)及其對軟件開發(fā)未來的影響。

容器化的出現(xiàn)

隨著云計算時代的開始，開發(fā)人員處理軟件開發(fā)的方式發(fā)生了根本性的變化。伴隨這個時代的一個重大突破是容器化的概念。隨著企業(yè)努力解決管理多環(huán)境部署的復(fù)雜性和解決跨多個平臺的兼容性問題，容器化作為一種解決方案出現(xiàn)了。

基本知識

容器化是全機(jī)虛擬化的一種輕量級替代方案，它涉及到將應(yīng)用程序與其操作系統(tǒng)一起封裝在容器中。它將應(yīng)用程序與軟件運(yùn)行所需的所有相關(guān)配置、依賴項、庫和二進(jìn)制文件捆綁在一起。這個打包的單元（稱為容器）確保應(yīng)用程序在多個計算環(huán)境中一致地運(yùn)行。

用最簡單的術(shù)語來說，容器可以被視為一個盒子，其中包含了運(yùn)行軟件所需的所有內(nèi)容。每個容器都是一個獨(dú)立的單元，這意味著它不會干擾其他容器，也不依賴于特定的主機(jī)操作系統(tǒng)配置。容器固有的隔離性和可移植性使它們在DevOps場景中特別有價值，因為在DevOps場景中，跨不同環(huán)境的一致性、自主性和無縫功能至關(guān)重要。

簡而言之，容器化徹底改變了“一次寫入，在任何地方運(yùn)行”的概念，為更快地開發(fā)應(yīng)用程序、更有效地管理升級提供了機(jī)會，并減少了與管理不同平臺上的部署相關(guān)的成本和工作量。它在DevOps世界中的重要性才剛剛開始被真正理解和利用。

DevOps中的演進(jìn)和接受

容器化并不是一個新概念；它起源于Unix世界，其中在chroot等技術(shù)中使用了隔離和分段原則。然而，2013年發(fā)布的Docker使容器化成為主流，并引發(fā)了軟件開發(fā)和運(yùn)營的重大變革。

Docker使得通過容器創(chuàng)建、部署和運(yùn)行應(yīng)用程序的過程變得簡單而高效。它易于使用的命令行界面，龐大的開源社區(qū)，以及用于構(gòu)建容器映像的Dockerfiles的引入，使Docker在開發(fā)人員和運(yùn)維團(tuán)隊中都很受歡迎。

Docker的推出恰逢微服務(wù)架構(gòu)的興起。隨著企業(yè)從單一架構(gòu)轉(zhuǎn)向微服務(wù)，對能夠有效管理這些單獨(dú)服務(wù)的技術(shù)的需求變得顯而易見。事實證明，容器提供了一種獨(dú)立分割和管理這些服務(wù)的方法，同時保持一致性，并減少開銷。

微服務(wù)的興起和Docker的引入引發(fā)了DevOps實踐中容器化的快速采用。專注于持續(xù)集成和交付、自動化和協(xié)作解決問題的DevOps在容器中找到了一個強(qiáng)大的工具。

Kubernetes于2014年推出，它將容器化推進(jìn)了一步，為跨主機(jī)集群的應(yīng)用程序容器的自動化部署、擴(kuò)展和管理提供了一個平臺。它為容器編排帶來了新的能力和靈活性，它與DevOps實踐的集成在推動容器化的接受和成功方面發(fā)揮了重要作用。

隨著開發(fā)人員不斷發(fā)展和完善軟件開發(fā)和操作實踐，容器化已經(jīng)成為DevOps工具集的支柱，提供了前所未有的效率、可擴(kuò)展性和一致性。

容器化對DevOps的影響

容器化已經(jīng)成為DevOps領(lǐng)域的關(guān)鍵，有助于簡化流程和提高生產(chǎn)力。人們需要更深入地了解容器化的作用，并通過行業(yè)專業(yè)人士的視角了解它對DevOps的影響。

容器化的作用

正如KodeKloud公司的聯(lián)合創(chuàng)始人Huzaifa Ahsan指出的那樣，容器化的主要好處在于“能夠?qū)?yīng)用程序及其整個運(yùn)行時環(huán)境捆綁在一起，將所有依賴項捕獲到一個可部署單元中”。這種捆綁解決了常見的“在我的機(jī)器上工作”問題，實現(xiàn)了整個開發(fā)、測試和生產(chǎn)階段的一致性。此外，由于應(yīng)用程序運(yùn)行所需的一切都包含在容器中，開發(fā)人員可以更專注于編寫出色的代碼，因為無論其環(huán)境如何，它都將按預(yù)期運(yùn)行。

容器化還為軟件開發(fā)過程引入了高度的可移植性。捆綁的應(yīng)用程序可以在不同的環(huán)境之間移動，無論是開發(fā)人員的本地機(jī)器、測試環(huán)境還是生產(chǎn)服務(wù)器，都不需要進(jìn)行任何更改。這種可移植性使開發(fā)、質(zhì)量保證（QA）和運(yùn)維團(tuán)隊之間的交互變得更加順暢，從而培養(yǎng)出一種更具協(xié)作性和效率的DevOps文化。

來自Durable Programming公司的David Berube指出了容器化在再現(xiàn)客戶端環(huán)境中的實用性：“讓Docker端到端參與進(jìn)行，讓我們能夠以一種邏輯和可復(fù)制的方式有效地將開發(fā)機(jī)器與無數(shù)的客戶端生產(chǎn)環(huán)境相匹配。”這種說法強(qiáng)調(diào)了容器化在促進(jìn)跨多個平臺和環(huán)境的可復(fù)制性和可預(yù)測性方面的強(qiáng)大功能。此外，它顯著地減少了以前管理和解決環(huán)境相關(guān)問題所需的時間和精力，從而加快了軟件開發(fā)過程。

通過促進(jìn)一致性和可移植性，容器化已經(jīng)深刻地影響了DevOps領(lǐng)域。它提高了軟件開發(fā)的速度和質(zhì)量，并營造了一個有利于不同團(tuán)隊之間無縫協(xié)作的環(huán)境。這種與DevOps哲學(xué)的內(nèi)在一致性使得容器化成為當(dāng)今軟件開發(fā)管道中不可或缺的一部分。

微服務(wù)和容器化

最近幾年見證了軟件開發(fā)的重大轉(zhuǎn)變，從單片應(yīng)用轉(zhuǎn)向微服務(wù)架構(gòu)。微服務(wù)架構(gòu)涉及將應(yīng)用程序分解為松散耦合的服務(wù)集合，每個服務(wù)都可以獨(dú)立開發(fā)、部署和擴(kuò)展。容器化的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了這種轉(zhuǎn)變。

Ahsan指出：“通過容器化，我們已經(jīng)成功地將單片應(yīng)用程序劃分為微服務(wù)。”容器為管理和部署微服務(wù)提供了理想的環(huán)境，因為每個服務(wù)都可以與其依賴關(guān)系打包到單獨(dú)的容器中。這種方法允許每個服務(wù)隔離運(yùn)行，防止級聯(lián)故障，并支持基于單個服務(wù)需求的獨(dú)立擴(kuò)展。

通過將應(yīng)用程序分解為更小的、可管理的部分，容器化不僅簡化了對代碼庫的理解和維護(hù)，而且還顯著地減少了潛在問題的范圍。例如，一個服務(wù)中的錯誤不會直接影響其他服務(wù)，任何有問題的服務(wù)都可以獨(dú)立更新或回滾，而不會影響應(yīng)用程序的其余部分。

容器提供的封裝也使它們非常適合持續(xù)集成（CI）/持續(xù)交付（CD）管道，這是DevOps實踐的核心組件。每個微服務(wù)都可以在不中斷其他服務(wù)的情況下持續(xù)開發(fā)、測試和部署，從而促進(jìn)更快的發(fā)布和更健壯的應(yīng)用程序。

微服務(wù)和容器化之間的共生關(guān)系有助于推進(jìn)DevOps模型。使用容器，開發(fā)人員可以構(gòu)建和部署速度、敏捷性和可靠性更高的微服務(wù)，從而實現(xiàn)更有效的軟件交付流程，更好地響應(yīng)業(yè)務(wù)需求。

Docker和Kubernetes在容器化中的作用

Docker和Kubernetes一直處于容器化革命的前沿，在將該技術(shù)集成到DevOps流程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它們各自在管理和編排容器方面提供不同但互補(bǔ)的功能。

采用Docker簡化DevOps

Docker因其簡單、可用性和健壯的容器管理特性而成為容器化的代名詞。它允許開發(fā)人員將應(yīng)用程序及其環(huán)境打包成一個獨(dú)立的、自給自足的單元，稱為Docker容器。

Docker對DevOps流程的實際影響是深遠(yuǎn)的。Berube說:“通過將Nix和Docker作為我們測試、開發(fā)和生產(chǎn)的黃金標(biāo)準(zhǔn)，我們可以經(jīng)濟(jì)有效地幫助客戶實現(xiàn)開發(fā)實踐的現(xiàn)代化，而不必強(qiáng)迫他們采用專有技術(shù)。”Docker與平臺無關(guān)的特性確實使得創(chuàng)建反映生產(chǎn)環(huán)境的統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境成為可能，從而導(dǎo)致更少的意外和更順暢的部署。

Docker還與許多流行的DevOps工具無縫集成，使其成為完美適應(yīng)現(xiàn)有工作流的通用解決方案。此外，它還有助于在整個軟件交付生命周期（從開發(fā)人員的工作站到生產(chǎn)環(huán)境）中維護(hù)應(yīng)用程序的一致性。這種一致性顯著地降低了與應(yīng)用程序部署和維護(hù)相關(guān)的復(fù)雜性，促進(jìn)了更高效和有效的DevOps文化。

Docker的容器化方法使得應(yīng)用程序的開發(fā)、發(fā)布和運(yùn)行更加簡化和直接。使用Docker，開發(fā)團(tuán)隊可以享受增強(qiáng)的控制和可預(yù)測性，從而在他們的DevOps過程中提高效率和生產(chǎn)力。

在容器化中利用Kubernetes

Docker已經(jīng)徹底改變了容器的創(chuàng)建和部署，而Kubernetes已經(jīng)成為管理這些容器的黃金標(biāo)準(zhǔn)，尤其是在規(guī)模上。Kubernetes是一個容器編排平臺，可以自動部署、擴(kuò)展和管理跨服務(wù)器集群的容器化應(yīng)用程序。

Ahsan簡明扼要地總結(jié)了Kubernetes的作用：“Kubernetes是一個容器編排平臺，它與Docker配合得很好，使我們能夠自動化應(yīng)用程序的部署、擴(kuò)展和管理。”Kubernetes可以跨多個服務(wù)器處理數(shù)百個Docker容器，使其成為大型分布式應(yīng)用程序的理想工具。

Kubernetes提供了幾個重要的特性來增強(qiáng)容器化的好處。例如，它提供了自動裝箱、水平擴(kuò)展、自動轉(zhuǎn)出和回滾、服務(wù)發(fā)現(xiàn)和負(fù)載平衡。此外，Kubernetes確保應(yīng)用程序的故障轉(zhuǎn)移，這意味著如果容器或節(jié)點發(fā)生故障，Kubernetes可以自動替換它，以保持服務(wù)順利運(yùn)行。

在DevOps場景中，Kubernetes最有價值的方面之一是它能夠隨時間維護(hù)應(yīng)用程序狀態(tài)，而不受容器生命周期的影響。它使DevOps團(tuán)隊能夠管理服務(wù)而不是管理單個容器，從而促進(jìn)持續(xù)集成(CI)/持續(xù)部署/(CD)、日志記錄和監(jiān)控，這些都是成功DevOps實踐的關(guān)鍵組成部分。

憑借大規(guī)模管理復(fù)雜應(yīng)用程序的能力，Kubernetes增強(qiáng)了容器化的能力，并使其與DevOps的原則保持一致。通過自動化部署和擴(kuò)展容器化應(yīng)用程序所涉及的許多人工過程，Kubernetes已經(jīng)成為DevOps工具庫中必不可少的工具。

實施容器化的挑戰(zhàn)與解決方案

雖然容器化提供了許多好處，并且是DevOps工具包中的一個強(qiáng)大工具，但它并非沒有挑戰(zhàn)。實現(xiàn)容器化需要深思熟慮的方法，克服其挑戰(zhàn)需要對技術(shù)及其前景有深入的了解。

共同的挑戰(zhàn)

• 復(fù)雜性：實施容器化，尤其是大規(guī)模容器化可能會很復(fù)雜。它需要對容器化的應(yīng)用程序和底層技術(shù)都有深刻的理解。此外，了解如何使用Kubernetes創(chuàng)建Docker映像、管理Dockerfiles或編排容器，對于容器化的新手來說可能是一個陡峭的學(xué)習(xí)曲線。
• 安全性：容器共享主機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)核，如果容器被泄露，可能會帶來安全風(fēng)險。此外，如果沒有適當(dāng)?shù)墓芾砗透拢瑧?yīng)用程序或其綁定在容器中的依賴項中的漏洞可能會被利用。
• 網(wǎng)絡(luò)：容器化環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)可能會帶來復(fù)雜性。有必要配置跨不同主機(jī)的容器之間的通信，處理容器的動態(tài)IP地址，并管理向外部世界公開服務(wù)，所有這些都可能具有挑戰(zhàn)性。
• 監(jiān)控和記錄：由于容器的瞬態(tài)特性，傳統(tǒng)的監(jiān)控和記錄工具可能無法在容器化環(huán)境中有效工作。由于容器經(jīng)常被停止、啟動或移動，跟蹤它們的性能和日志可能會有問題。
• 數(shù)據(jù)管理：容器本質(zhì)上是短暫的，這意味著它們可以在任何時候啟動或停止。在處理持久數(shù)據(jù)存儲和確保跨各種容器和會話的數(shù)據(jù)一致性時，這可能會帶來問題。
• 資源管理：過度使用資源會導(dǎo)致性能問題，而資源利用不足會導(dǎo)致操作效率低下。要達(dá)到適當(dāng)?shù)钠胶猓枰屑?xì)管理和理解容器化環(huán)境中的資源分配。

學(xué)習(xí)曲線和初始挑戰(zhàn)

向容器化環(huán)境的過渡并不是一項簡單的任務(wù)，特別是對于新接觸該技術(shù)的團(tuán)隊。理解和實現(xiàn)容器化需要一個初始的學(xué)習(xí)曲線。正如Berube所指出的，即使是像Dockerfiles這樣基本的構(gòu)建文件也會帶來挑戰(zhàn)。他說，“雖然理論上說這種情況不應(yīng)該發(fā)生，但經(jīng)驗表明，在實踐中，Dockerfiles可以像其他代碼一樣及時停止工作——它們可能非常依賴于其他文件或圖像，這些文件或圖像會及時發(fā)生變化。”

Dockerfile本質(zhì)上是一個腳本，其中包含如何構(gòu)建Docker鏡像的說明。在理想情況下，它應(yīng)該被設(shè)計成自包含的，而不是依賴于可以隨時間變化的文件或圖像。然而，軟件開發(fā)的現(xiàn)實意味著依賴關(guān)系和配置可以而且確實會改變，而這些改變會影響Dockerfiles的可靠性。因此，它需要仔細(xì)的管理和版本控制，就像任何其他代碼一樣。

此外，了解如何使用Kubernetes管理容器增加了另一層復(fù)雜性。Kubernetes是一個功能強(qiáng)大的編排工具，但它豐富的特性和功能可能會讓新手感到不知所措。學(xué)習(xí)定義Kubernetes對象、設(shè)置集群和處理Kubernetes網(wǎng)絡(luò)是團(tuán)隊可能面臨的最初挑戰(zhàn)之一。

重要的是要記住，這些最初的障礙并非不可克服。通過充分的培訓(xùn)、可靠的文檔和增量采用，團(tuán)隊可以克服這些挑戰(zhàn)，并在他們的DevOps實踐中獲得容器化的好處。

解決技術(shù)復(fù)雜性

克服實現(xiàn)容器化的技術(shù)挑戰(zhàn)需要創(chuàng)造性地解決問題，利用工具的內(nèi)置功能，并可能結(jié)合第三方解決方案。以下是一些應(yīng)對這些復(fù)雜性挑戰(zhàn)的策略：

• 處理持久數(shù)據(jù)：如上所述，容器是短暫的，并且跨容器重啟管理持久數(shù)據(jù)可能具有挑戰(zhàn)性。然而，Ahsan提供了一個出色的解決方案。他說，“我們利用了Kubernetes中的持久卷特性，還探索了第三方解決方案來維護(hù)跨容器重啟的數(shù)據(jù)持久性。”Kubernetes中的持久卷(PV)和持久卷聲明(PVC)提供了一種方法來聲明和管理獨(dú)立于容器的存儲資源，并確保數(shù)據(jù)在容器重啟后仍然存在。
• 為遺留軟件創(chuàng)建Docker鏡像：Dockerizing遺留軟件可能看起來令人生畏，特別是當(dāng)現(xiàn)有的例子不再工作時。然而，正如Berube所建議的那樣，“如果可以讓軟件編譯，可以為它創(chuàng)建一個Docker鏡像——即使遺留軟件的例子可能不再工作，也可以創(chuàng)建一個沒有太多麻煩的解決方案，假設(shè)仍然可以找到一種方法讓有問題的軟件編譯。”當(dāng)然，這種方法需要對軟件和Docker有深入的了解，但它表明了即使在復(fù)雜的遺留環(huán)境中也可以應(yīng)用容器化。
• 安全與網(wǎng)絡(luò)：利用容器化工具的內(nèi)置安全特性和網(wǎng)絡(luò)策略可以解決許多相關(guān)風(fēng)險。例如，Docker提供了用戶名空間、seccomp配置文件和功能等安全特性，而Kubernetes提供了網(wǎng)絡(luò)策略來控制IP地址或端口級別的流量。
• 監(jiān)控和日志記錄：采用特定于容器的監(jiān)控和日志記錄工具可以簡化這些任務(wù)。諸如用于監(jiān)控的Prometheus和用于日志聚合的Fluentd或Loki等工具旨在處理容器的動態(tài)特性，并提供有關(guān)容器性能的有價值的見解。

當(dāng)這些策略與對容器化環(huán)境和應(yīng)用程序的特定需求的深入理解相結(jié)合時，可以幫助解決在DevOps實踐中實現(xiàn)容器化的技術(shù)復(fù)雜性。

結(jié)論

容器化已經(jīng)成為軟件開發(fā)和DevOps領(lǐng)域的游戲規(guī)則改變者。它的影響力怎么強(qiáng)調(diào)都不為過，因為它從根本上改變了人們開發(fā)、部署和管理應(yīng)用程序的方式。從創(chuàng)建跨環(huán)境的一致性到促進(jìn)微服務(wù)架構(gòu)，再到提高部署的速度和可靠性，容器化給DevOps帶來了巨大的好處。

Docker和Kubernetes是容器化領(lǐng)域的兩大領(lǐng)先工具，它們在實現(xiàn)這些優(yōu)勢方面發(fā)揮了重要作用。Docker將應(yīng)用程序及其整個運(yùn)行時環(huán)境捆綁到一個可部署單元的能力，以及Kubernetes大規(guī)模有效管理這些容器的能力，極大地簡化了DevOps流程。

然而，采用容器化的過程并非沒有挑戰(zhàn)。最初的學(xué)習(xí)曲線、處理與持久數(shù)據(jù)、安全性、網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)視相關(guān)的復(fù)雜性是團(tuán)隊經(jīng)常面臨的障礙。正如人們所看到的，這些挑戰(zhàn)可以通過內(nèi)置工具特性、第三方解決方案和可靠的技術(shù)策略的組合來解決和克服。

展望未來，容器化在DevOps中的作用只會變得更加突出。隨著應(yīng)用程序的復(fù)雜性和規(guī)模不斷增加，對提高效率、一致性和可擴(kuò)展性的解決方案的需求也將增加。容器化以其固有的優(yōu)勢，準(zhǔn)備好滿足這些需求并推動DevOps的未來。

通過不斷發(fā)展和適應(yīng)不斷變化的軟件開發(fā)環(huán)境，容器化將仍然是現(xiàn)代DevOps實踐的基石，使開發(fā)團(tuán)隊能夠在未來幾年更快、更可靠地交付更好的軟件。

原文標(biāo)題：Redefining DevOps: The Transformative Power of Containerization，作者：Samir Hazra