2021年云原生行业研究报告（三）：容器技术2021 Cloud Native Industry Research Report (3):Container久业调查一（3：报告标签云计算、虚拟化laasDocker、Kubernetes主笔人胡竣杰 中国：云原生系列中国云原生行业研究12021/7概览摘要容器技术是虚拟化技术不断发展的必然产物虚拟化技术提高了IT敏捷性、灵活性和可扩展但正如微服务作为应用架构的前沿技术也不会性，是云计算中最关键、最核心的技术原动力。止步。随着时间的推进，业务需求与技术栈对容器技术将应用组件与依赖打包为一个标准、相关技术需求相互如影随形蛇形发展。独立、轻量的环境，来部署分布式应用，比虚自2008年谷歌开创的cgroups容器部署并入Linux拟机以更小的粒度控制资源。内核后，容器技术的发展逐年加速。Docker社虚拟化技术与容器技术的发展体现了云计算背区在2013年浮现，届时有30多家容器供应商，景下计算机底层架构正向低耦合、高灵活的整紧接着2014年Kubernetes容器编排项目宣布开体技术趋势发展。启，仅用一年就对外发布，容器生态全面升级。时至今日，容器已经通过了十余年的发展，实02客现了快速选代高资源利用率、无限弹性扩容容器技术与容器编排等特性，为云计算时代的全面开启提供了极为重要的底层技术支持。凭借镜像打包技术的轻量化和只读特性，容器Spring微服务框架+Docker容器+K8s集群管理被实现快速更新选代、提高资源利用率、快速复誉为在春天的货船上的盛世，云原生的大环境制弹性扩容。下，容器技术将不断选代的同时成为广泛行业在企业级应用中，大量的容器共同参与导致的与企业IT架构建设的底层，全面赋能企业的敏捷运行复杂性与故障催生了容器编排管理工具的与业务创新。需求，Kubernetes应运而生。03客容器的发展现况及趋势报告提供的任何内容（包括但不限于数据、文字图表、图像等）均系头豹研究院独有的高度机密性文件（在报告中另行标明出处者除外）。未容器凭借业务价值和技术价值满足了来自不同经头豹研究院事先书面许可，任何人不得以任何行业的企业的多层面需求，容器市场迎来创新方式擅自复制、再造、传播、出版、引用、改编与增长的快速发展。、汇编本报告内容，若有违反上述约定的行为发容器在自身技术迭代发展的同时，与云原生架生，头豹研究院保留采取法律措施、追究相关人构的协同正进一步深化，与新兴技术架构融合员责任的权利头豹研究院开展的所有商业活动升级并拓宽下游应用场景。均使用“头豹研究院”或“头豹”的商号、商标，头豹研究院无任何前述名称之外的其他分支机构，也未授权或聘用其他任何第三方代表头豹研究院开展商业活动。dleo.come400-072-5588 中国：云原生系列中国云原生行业研究12021/7目录虚拟化技术综述06·虚拟化技术概述07·容器虚拟化技术简述60·虚拟化技术的演化路径10●容器的技术概述11·容器的必要性与优势12·容器镜像架构14·容器编排17容器的发展现况及趋势192020年容器技术的应用现况20，容器市场的发展驱动因素分析21·容器的发展趋势22，容器相关厂商图谱23名词解释24●方法论25→法律声明26头豹 e www.leadleo.comLeadLeo400-072-55883 中国：云原生系列中国云原生行业研究2021/7CONTENTS+Overview of Virtualization Technology06TechnologyOverviewofVirtualization07: Container virtualization technology60: Evolution path of virtualization technology10TechnologyOverviewofContainer11: The necessity and advantages of containers12Container Architecture14• Container Orchestration17TheDevelopmentStatusandTrendsofContainers19Application status of container technology20Analysis of the driving factors of the market21Thedevelopment trend of containers22Landscape of Container Vendors23Terms24+Methodology25+Legal Statement26头豹 e www.leadleo.comLeadLeo400-072-5588 中国云原生行业研究12021/7中国：云原生系列图表目录虚拟化技术的优势07■服务器虚拟化架构08■容器虚拟化架构概述60■计算机底层资源架构10·IT基础架构演进历程10■软件开发的技术栈与部署环境12·集装箱思想与容器技术12■容器对比虚拟机13■Docker引擎与运行关系14■容器基础架构15■应用容器化步骤16·客户端与服务端通信模型16容器技术架构的生命周期17■2020年容器编排中国用户使用分布17■2020年容器运行时中国用户使用分布17■Kubernetes原理18■容器技术采纳现况20■生产环境的容器集群规模20■容器主要使用场景20容器技术使用中存在的问题20·容器技术的业务价值与技术价值21云原生容器平台的行业需求对比21■容器的技术发展趋势22■容器的应用领域发展趋势22容器相关厂商图谱23头豹 e www.leadleo.comeadLeo400-072-55885 01虚拟化技术综述口虚拟化技术概述口容器虚拟化技术简述口虚拟化技术的演化路径 中国云原生行业研究12021/7中国：云原生系列虚拟化技术概述虚拟化技术提高了IT敏捷性、灵活性和可扩展性，是云计算中最关键、最核心的技术原动力虚拟化的定义虚拟化（英语：Virtualization）是一种资源管理技术，是将计算机的各种实体资源，如服务器、网络、内存及存储等，予以抽象、转换后呈现出来打破实体结构间的不可切割的障碍，这些资源的新虚拟部分是不受现有资源的架设方式，地域或物理组态所限制。一般所指的虚拟化资源包括计算能力和资料存储。实现IT资源的动态分配、灵活调度和跨域共享，可以满足应用灵活多变的需求。口云计算与虚拟化技术云计算的发展是虚拟化、分布式系统、分布式并发编程模式、面向对象的体系架构、软件即服务和信息安全等技术共同作用与发展的结果。云计算实现的关键突破在于资源使用方式的改变。虚拟化技术实现了动态配置和扩展计算和存储的云计算资源，而逻辑上以单一整体的服务形式呈现给用户，成为了云计算中最关键、最核心的技术原动力。虚拟化技术的优势灵活性工作负载移动性IT敏捷性性能和资源可用性可扩展性低运维成本虚拟化的凸出优势自动化运维低资金成本减少/消除停机其他优势简化数据中心管理业务连续性加快应用和资源的调配速度提高IT部门的工作效率、效益、敏捷性和响应能力来源：头豹研究院头豹ewww.leadleo.comadle400-072-5588 中国云原生行业研究2021/7中国：云原生系列口服务器虚拟化通过虚拟化技术将计算机虚拟为多台逻辑计算机，通过硬件和操作系统之间引入虚拟化层实现硬件与操作系统的解耦，从而实现服务器的虚拟化。虚拟化层的功能在于通过动态分区，实现一台物理服务器上同时运行多个操作系统实例，共享物理服务器资源，每个虚拟机从而得到一套独立的模拟出来的硬件设备，包含了CPU、内存、存储、主机、显卡等硬件资源。服务器虚拟化的架构主要有：寄居架构和裸金属架构。·寄居架构HostedArchitecture寄居架构将虚拟化层架在操作系统之上，当作一个应用运行。依赖于主机操作系统对设备的支持和物理资源的管理。产品代表：VMwareServer·裸金属架构BareMetalArchitecture裸金属架构将虚拟化层直接运行在x86硬件系统上，在其之上安装操作系统和应用。通过解除操作系统与物理主机之间的紧耦合，使操作系统的部署更为轻便，可以直接访问硬件资源而不需要通过操作系统来实现对硬件的访问，具有更高的效率，工作负载的移动性显著增强。产品代表：Xen、XenServer、VMwareESXServer、KVM服务器虚拟化架构物理机寄居架构虚拟化裸金属架构虚拟化应用程序应用程序应用程序应用程序应用程序操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统虚拟化层虚拟化层硬件设置宿主操作系统虚拟化层物理资源物理资源来源：成都信息工程大学，头豹研究院头豹 e www.leadleo.comLeadLe:e400-072-5588 中国云原生行业研究12021/7中国：云原生系列容器虚拟化技术简述容器技术将应用组件与依赖打包为一个标准、独立、轻量的环境来部署分布式应用，比虚拟机以更小的粒度控制资源容器虚拟化架构概述应用A应用B应用C应用A应用B应用CBins/LibsBins/LibsBins/LibsLayer4Layer4Layer容器引擎（Docker平台等）Layer3主机操作系统Layer2基础设施（服务器/云主机）Layerl来源：成都信息工程大学、Cloudman，头豹研究院口容器技术容器是一种轻量级可移植、自包含的软件打包技术，使应用程序可以在几乎任何地方以同的方式运行。开发人员在自已笔记本上创建并测试好的容器，无须任何修改就能够在生产系统的虚拟机、物理服务器或公有云主机上运行。容器由两部分组成：1.应用程序本身2.依赖：各种依赖的二进制文件和库。每一个客户机操作系统都需要安装许多依赖。比如应用程序需要的库或其他软件容器在Host操作系统的用户空间中运行，与操作系统的其他进程隔离。口容器技术的低耦合、高灵活虚拟机通过解除操作系统与物理主机之间的紧耦合，显著提升了操作系统的部署或工作负载的移动性。但是当用户仅仅需要使用一小部分资源来运行一个简单的应用，却虚拟出一整台计算机来完成软件的发布却不仅仅浪费空闲的系统资源还需要等待启动虚拟机的运行时间。因此，容器以比虚拟机更小的资源分配粒度更好的满足这类轻量快速应用发布的需求。如架构概述图显示，容器是用Layer来建立的，多个容器共享基础层以减少资源的使用或浪费，容器对共享资源进行隔离、限制、审计等，确保了容器只使用其必需的资源，为应用程序提供了一个隔离的运行空间。头豹e www.leadleo.comLeadleo 400-072-55889 中国云原生行业研究2021/7中国：云原生系列虚拟化技术的演化路径虚拟化技术与容器技术的发展体现了云计算背景下计算机底层架构正向低耦合、高灵活的整体技术趋势发展计算机底层资源架构传统物理机架构虚拟机架构容器架构操环程环物程物物操环程序操应用序应用理应理理应用系配代二应用代服×)x应用系）代用统置码务器置码务应用务统置码器统器虚拟机封装容器封装定义理解公寓大楼胶囊旅馆独栋别墅共享地基、共享大门共享地基、共享大门独立地基、独立大门栋楼多套房、一套房一户人家套房多个隔间、一个隔间一位租户栋楼一户人家独立卫生间、独立厨房、独立宽带共享卫生间、共享厨房、共享宽带口实现不同操作系统互通口比虚拟机模式以更快、更少口方便底层资源上云迁移资源的方式发布软件发展口按需给应用分配资源口对底层资源占用更少与口虚拟化出小的、独立的、随口应用服务通过更细的粒度进需随用的内核改进行分配和控制口应用之间相互隔离方便管理口封装上仅包含程序代码与必口虚拟机与物理机操作一致要环境文件，移植性高口只允许有一个操作系统口封装包含操作系统，单个虚口隔离性不彻底，安全性稍弱缺点口操作系统之间不互通拟机占用底层资源大与口扩容周期长、成本高口虚拟机启动等待时间长不足口难以实现资源共享口封装内容笨重，移植性能低来源：头豹研究院IT基础架构演进历程通用主机时代个人计算机时代企业计算时代服务器时代云计算时代由执行集中处理的大以带有