“云計算”這個詞，相信大家都非常熟悉。

作為信息科技發展的主流趨勢，它頻繁地出現在我們的眼前。伴隨它一起出現的，還有這些概念名詞——OpenStack、Hypervisor、KVM、Docker、K8S...

這些名詞概念，全部都屬于云計算技術領域的范疇。

對于初學者來說，理解這些概念的具體含義并不是一件容易的事情。

所以，這篇文章將給大家做一個通俗易懂的介紹，解釋這些云計算概念以及它們之間的關系，希望對大家入門有所幫助。

01

什么是云計算

在介紹那些古怪名詞之前，先介紹一下云計算。

以前電腦被發明的時候，還沒有網絡，每個電腦（PC），就是一個單機。

這臺單機，包括CPU、內存、硬盤、顯卡等硬件。用戶在單機上，安裝操作系統和應用軟件，完成自己的工作。

后來，有了網絡（Network），單機與單機之間，可以交換信息，協同工作。

再后來，單機性能越來越強，就有了服務器（Server）。人們發現，可以把一些服務器集中起來，放在機房里，然后讓用戶通過網絡，去訪問和使用機房里的計算機資源。

再再后來，小型網絡變成了大型網絡，就有了互聯網（Internet）。小型機房變成了大型機房，就有了IDC（Internet Data Center，互聯網數據中心）。

當越來越多的計算機資源和應用服務（Application，例如看網頁，下電影）被集中起來，就變成了——“云計算（Cloud Computing）”。無數的大型機房，就成了“云端”。

云計算

是不是覺得太簡單？別急，開始深入。

云計算的道理是簡單的，說白了，就是把計算機資源集中起來，放在網絡上。但是，云計算的實現方式，就非常復雜了。

舉個例子，如果你只是在公司小機房擺了一個服務器，開個FTP下載服務，然后用于幾個同事之間的電影分享，當然是很簡單的。

如果是“雙11”的淘寶購物節，全球幾十億用戶訪問阿里巴巴的淘寶網站，單日幾十PB（1PB=1024TB=1024×1024GB）的訪問量，每秒幾百GB的流量……這個，就不是幾根網線幾臺服務器能解決的了。

這時，需要設計一個超大容量、超高并發（同時訪問）、超快速度、超強安全的云計算系統，才能滿足業務平穩運行的要求。

這才是云計算的復雜之處。

剛才說了，我們把計算機資源放在云端。這個計算機資源，實際上分為好幾種層次：

第一層次，是最底層的硬件資源，主要包括CPU（計算資源），硬盤（存儲資源），還有網卡（網絡資源）等。

第二層次，要高級一些，我不打算直接使用CPU、硬盤、網卡，我希望你把操作系統（例如Windows、Linux）裝好，把數據庫軟件裝好，我再來使用。

第三層次，更高級一些，你不但要裝好操作系統這些基本的，還要把具體的應用軟件裝好，例如FTP服務端軟件、在線視頻服務端軟件等，我可以直接使用服務。

這三種層次，就是大家經常聽到的IaaS、Paas、SaaS。

SaaS: Software-as-a-Service（軟件即服務）

PaaS: Platform-as-a-Service（平臺即服務）

IaaS: Infrastructure-as-a-Service（基礎設施即服務）

再補一張圖，可能更直觀：

目前主流的云計算服務提供商，例如亞馬遜AWS、阿里云、華為云、天翼云、騰訊云，說白了，都是為大家提供以上三個層次的云資源。你想要什么，它們就提供什么。你想要多少，它們就提供多少。

這么多樣化多層次的云計算服務，阿里、華為們又是怎么提供的呢？

難道說，是人工安排？——

如果你要八核CPU、16GB內存、500GB硬盤的服務器，阿里臨時安排工程師幫你組裝？如果你要裝CentOS 7.2（一種類Linux操作系統），MySQL 5.5.60（一種數據庫系統），阿里也臨時讓工程師幫你安裝配置？

這顯然是不可能的，耗不起人力，也等不起時間。

于是，就有了各種軟件和平臺，負責對資源進行快速調用和集中管理。

02

什么是虛擬化

如果要對物理資源進行管理，第一步，就是“虛擬化”。

虛擬化是云計算的基礎。簡單來說，虛擬化就是在一臺物理服務器上，運行多臺“虛擬服務器”。這種虛擬服務器，也叫虛擬機（VM，Virtual Machine）。

從表面來看，這些虛擬機都是獨立的服務器，但實際上，它們共享物理服務器的CPU、內存、硬件、網卡等資源。

物理機，通常稱為“宿主機（Host）”。虛擬機，則稱為“客戶機（Guest）”。

誰來完成物理資源虛擬化的工作呢？

就是大名鼎鼎的Hypervisor。

Hypervisor，漢譯過來是“超級監督者”，也叫做VMM（Virtual Machine Monitor，虛擬機監視器）。它不是一款具體的軟件，而是一類軟件的統稱。

Hypervisor分為兩大類：

第一類，hypervisor直接運行在物理機之上。虛擬機運行在hypervisor之上。第二類，物理機上安裝正常的操作系統（例如Linux或Windows），然后在正常操作系統上安裝hypervisor，生成和管理虛擬機。

像VMware、KVM、Xen、Virtual Box，都屬于Hypervisor。

VMware大家應該很熟悉，就是VMware Workstation。學習Linux的話，很多人都是在windows系統下安裝WMware，然后創建Linux虛擬機。

但是，真正厲害的，是KVM（kernel-based virtual machine，基于Linux內核的虛擬機）。它是目前最熱門最受追捧的虛擬化方案。

KVM這樣的Hypervisor軟件，實際上是提供了一種虛擬化能力，模擬CPU的運行，更為底層。但是它的用戶交互并不良好，不方便使用。

于是，為了更好地管理虛擬機，就需要OpenStack這樣的云管理平臺。

關于OpenStack，它有點像個商店，負責管理商品（計算資源、存儲資源、網絡資源等），賣給用戶，但它本身不制造商品（不具備虛擬化能力），它的商品，來自于KVM。當然，如果不用KVM，也可以用Xen等其它hypervisor。

OpenStack的管理界面，比命令行好多了吧？

請記住，上面所說的幾個概念，包括VM、KVM、OpenStack等，都主要屬于IaaS（基礎設施即服務）。這個不難理解吧？

03

什么是容器

那么，容器是什么呢？大佬們經常說的Docker和K8S，又是什么呢？

前面我們介紹了虛擬化。人們在使用虛擬化一段時間后，發現它存在一些問題：

不同的用戶，有時候只是希望運行各自的一些簡單程序，跑一個小進程。為了不相互影響，就要建立虛擬機。如果建虛擬機，顯然浪費就會有點大，而且操作也比較復雜，花費時間也會比較長。

而且，有的時候，想要遷移自己的服務程序，就要遷移整個虛擬機。顯然，遷移過程也會很復雜。

有沒有辦法更靈活快速一些呢？

有，這就引入了“容器（Container）”。

容器也是虛擬化，但是屬于“輕量級”的虛擬化。它的目的和虛擬機一樣，都是為了創造“隔離環境”。但是，它又和虛擬機有很大的不同——虛擬機是操作系統級別的資源隔離，而容器本質上是進程級的資源隔離。

虛擬化 VS 容器

而大家常聽說的Docker，就是創建容器的工具，是應用容器引擎。

Docker的中文意思，就是碼頭工人。而它的LOGO，就是一只鯨魚背著很多貨柜箱。

相比于傳統的虛擬機，Docker的優勢很明顯，它啟動時間很快，是秒級，而且對資源的利用率很高（一臺主機可以同時運行幾千個Docker容器）。此外，它占的空間很小，虛擬機一般要幾GB到幾十GB，而容器只需要MB級甚至KB級。

除了Docker對容器進行創建之外，我們還需要一個工具，對容器進行編排。

這個工具，就是K8S。

K8S，就是Kubernetes，中文意思是舵手或導航員。Kubernetes這個單詞很長，所以大家把中間8個字母縮寫成8，就成了K8S。

K8S是一個容器集群管理系統，主要職責是容器編排（Container Orchestration）——啟動容器，自動化部署、擴展和管理容器應用，還有回收容器。

簡單來說，K8S有點像容器的保姆。它負責管理容器在哪個機器上運行，監控容器是否存在問題，控制容器和外界的通信，等等。

通過下面這張K8S系統結構圖，就能夠看出K8S和容器之間的關系。

除了K8S之外，還有很多種容器管理平臺，例如Compose，Marathon，Swarm，Mesos等。

Docker和K8S，關注的不再是基礎設施和物理資源，而是應用層，所以，就屬于PaaS。明白了吧？

正如文章開頭所說，今天主要是介紹KVM、Hypervisor、OpenStack、Docker、K8S這些名詞的意思，它們在云計算系統中的位置，以及它們之間的關系。云計算涉及到大量的需求。同一個需求，會有很多不同的技術來實現。同一個技術，往往又有多個不同的廠家互相競爭。所以，概念和名詞就會特別多，發展變化也會很快。