阿里技术专家深度解析 PouchContainer 富容器技术
技术
作者:孙宏亮
译者:孙宏亮
2018-09-06 10:51

PouchContainer 是阿里巴巴集团开源的高效、轻量级企业级富容器引擎技术,拥有隔离性强、可移植性高、资源占用少等特性。PouchContainer 如何帮助企业快速实现存量业务容器化,同时提高超大规模下数据中心的物理资源利用率。接下来,系统软件事业部的孙宏亮带领我们一起揭秘。 

背景


PouchContainer 源自阿里巴巴内部场景,诞生初期,在如何为互联网应用保驾护航方面,倾尽了阿里巴巴工程师们的设计心血。

PouchContainer 的强隔离、富容器等技术特性是最好的证明。在阿里巴巴的体量规模下,PouchContainer 对业务的支撑得到双 11 史无前例的检验,开源之后,阿里容器成为一项普惠技术,定位于「助力企业快速实现存量业务容器化」。


初次接触容器技术时,阿里巴巴内部有着惊人规模的存量业务,如何通过技术快速容器化存量业务,是阿里容器技术当年在内部铺开时的重点难题。发展到今天,开源容器技术逐渐普及,面对落地,相信不少存在大量存量业务的企业,同样为这些业务的如何容器化而犯愁。云原生领域,CNCF 基金会推崇的众多先进理念,绝大多数都建立在业务容器化的基础之上。倘若企业业务在云原生的入口容器化方面没有踩准步点,后续的容器编排、Service Mesh 等行业开源技术红利更是无从谈起。

通过七年的实践经验,阿里巴巴容器技术 PouchContainer 用事实向行业传递这样的信息 —— 富容器是实现企业存量业务快速容器化的首选技术。 


 什么是富容器?


富容器是企业打包业务应用、实现业务容器化过程中,采用的一种容器模式。此模式可以帮助企业 IT 技术人员打包业务应用时,几乎不费吹灰之力。通过富容器技术打包的业务应用可以达到以下两个目的:

  • 容器镜像实现业务的快速交付
  • 容器环境兼容企业原有运维体系

技术角度而言,富容器提供了有效路径,帮助业务在单个容器镜像中除了业务应用本身之外,还打包更多业务所需的运维套件、系统服务等;同时相比于较为简单的单进程容器,富容器在进程组织结构层面,也有着巨大的变革:容器运行时内部自动运行 systemd 等管家进程。如此一来,富容器模式下的应用,有能力在不改变任何业务代码、运维代码的情况下,像在物理机上运行一模一样。可以说,这是一种更为通用的「面向应用」的模式。
换言之,富容器在保障业务交付效率的同时,在开发和运维层面对应用没有任何的侵入性,从而有能力帮助 IT 人员更多聚焦业务创新。

适用场景 

富容器的适用场景极广。可以说企业几乎所有的存量业务,都可以采纳富容器作为容器化方案首选。容器技术流行之前,有接近二十年的时间,企业 IT 服务运行在裸金属或者虚拟机中。企业业务的稳定运行,有非常大的功劳来源于运维工作,如果细分,包括「基础设施运维」以及「业务运维」。所有的应用运行,都依赖于物理资源;所有的业务稳定,都仰仗于监控系统、日志服务等运维体系。那么,我们有理由相信,在业务容器化过程中,企业坚决不能对运维体系置之不理,否则后果可想而知。


因此,存量业务容器化过程中,需要考虑兼容企业原有运维体系的场景,都在 PouchContainer 富容器技术的使用范围之内。 

富容器技术实现 

既然可以业务兼容原有运维体系,那么富容器技术又是通过什么样的技术来实现的呢?下图清晰的描述了富容器技术的内部情况。 

富容器技术可以完全百分百兼容社区的 OCI 镜像,容器启动时将镜像的文件系统作为容器的 rootfs。运行模式上,功能层面,除了内部运行进程,同时还包括容器启停时的钩子方法(prestart hook 和 poststop hook)。 


富容器内部运行进程

如果从内部运行进程的角度来看待 PouchContainer 的富容器技术,我们可以把内部运行进程分为 4 类:

  • pid=1 的 init 进程
  • 容器镜像的 CMD
  • 容器内部的系统 service 进程
  • 用户自定义运维组件

★ pid=1 的 init 进程

富容器技术与传统容器最明显的差异点,即容器内部运行一个 init 进程,而传统的容器(如 docker 容器等)将容器镜像中指定的 CMD 作为容器内 pid=1 的进程。PouchContainer 的富容器模式可以运行从三种 init 进程中选择:

  • systemd
  • sbin/init
  • dumb-init

众所周知,传统容器作为一个独立运行环境,内部进程的管理存在一定的弊端:比如无法回收僵尸进程,导致容器消耗太多进程数、消耗额外内存等;比如无法友好管理容器内部的系统服务进程,导致一些业务应用所需要的基本能力欠缺等,比如 cron 系统服务、syslogd 系统服务等;比如,无法支持一些系统应用的正常运行,主要原因是某些系统应用需要调用 systemd 来安装 RPM 包……

富容器的 init 进程在运维模式上,毫无疑问可以解决以上问题,给应用带来更好的体验。init 进程在设计时就加入了可以 wait 消亡进程的能力,即可以轻松解决上图中业务进程运行过程中诞生的 Zombie 僵尸进程;同时管理系统服务也是它的本职工作之一。如果一来,一些最为基本的传统运维能力,init 进程即帮助用户解决了大半,为运维体系做好了坚实的基础。 

★ 容器镜像的CMD

容器镜像的 CMD,也就是传统意义上我们希望在容器内部运行的业务。比如,用户在容器化一个 Golang 的业务系统打包成镜像时,肯定会在 Dockerfile 中将该业务系统的启动命令指定为 CMD,从而保证未来通过该镜像运行容器起,会执行这条 CMD 命令运行业务系统。
当然,容器镜像的 CMD 代表业务应用,是整个富容器的核心部分,所有的运维适配都是为了保障业务应用更加稳定的运行。

★ 容器内系统 service 进程

服务器编程发展了数十年,很多的业务系统开发模式均基于裸金属上的 Linux 操作系统,或者虚拟化环境的下的 Linux 环境。长此以往,很多业务应用的开发范式,会非常频繁地与系统服务进程交互。比如,使用 Java 编程语言编写的应用程序,很有可能通过 log4j 来配置日志的管理方式,也可以通过 log4j.properties 配置把应用日志重定向到运行环境中的 syslogd,倘若应用运行环境中没有 syslogd 的运行,则极有可能影响业务的启动运行。


再比如,业务应用需要通过 crond 来管理业务需要的周期性任务,倘若应用运行环境中没有 crond 系统守护进程,业务应用也就不可能通过 crontab 来配置周期任务;再比如,容器内部的 sshd 系统服务系统,可以快速帮助运维工程师快速进度应用运行现场,定位并解决问题等。
PouchContainer 的富容器模式,考虑到了行业大量有需求和系统服务交付的应用,富容器内部的 init 进程有能力非常方面的原生管理多种系统服务进程。

★ 用户自定义运维组件

系统服务的存在可以辅助业务的正常运行,但是很多情况下这还不够,企业自身针对基础设施以及应用配备的运维组件,同时起到为业务保驾护航的作用。比如,企业运维团队需要统一化的为业务应用贴近配置监控组件;运维团队必须通过自定义的日志 agent 来管理容器内部的应用日志;运维团队需要自定义自己的基础运维工具,以便要求应用运行环境符合内部的审计要求等。


正因为富容器内部存在 init 进程,用户自定义的运维组件,可以如往常健康稳定的运行,提供运维能力。


富容器启停执行 hook

最终富容器内部运行的任务进程,可以保障应用的运行时稳定正常,然而对于运维团队而言,负责内容的范畴往往要比单一的运行时广得多。通俗而言,运维的职责还需要覆盖运行时之前的环境准备工作,以及运行时结束后的善后工作。对于应用而言,也就是我们通常意义上提到的 prestart hook 以及  poststop hook。


PouchContainer 的富容器模式,可以允许用户非常方便的指定应用的启停执行 hook: prestart hook 以及 poststop hook。 运维团队指定 prestart hook,可以帮助应用在运行之前,在容器内部做符合运维需求的一些初始化操作,比如:初始化网络路由表、获取应用执行权限、下载运行时所需的证书等。运维团队指定 poststop hook,可以帮助应用在运行结束或者异常退出之后,执行统一的善后工作,比如,对中间数据的清理以便下一次启动时的纯净环境;倘若是异常退出的话,可以即时汇报出错信息,满足运维需求等。


我们可以发现,富容器内部的启停 hook,对容器的运维能力又做了一层拔高,大大释放了运维团队对应用的灵活管理能力。

总结 

 经过阿里巴巴内部大量业务的锤炼,PouchContainer 已经帮助超大体量的互联网公司实现了所有在线业务的容器化。毫无疑问,富容器技术是最为实用、对应用开发以及应用运维没有任何侵入性的一项技术。开源的PouchContainer 更是希望技术可以普惠行业,帮助大量的企业在存量业务的容器化方面,赢得自己的时间,快速拥抱云原生技术,大步迈向数字化转型。 

2018 中国云原生用户大会


2018 年 9 月 16 日,由才云科技( Caicloud )、「K8sMeetup 中国社区」和「Kubeflow 社区」联合主办的聚焦中国行业应用与技术落地的盛会——2018 中国云原生用户大会( 2018 CEUC )即将盛大启幕。


届时 CNCF 执行董事 Dan Kohn,VMware 中国研发中心总经理任道远、网易云基础服务总经理陈谔、Caicloud CEO 张鑫博士、Caicloud CTO 邓德源以及 Caicloud COO & CNCF 全球大使韩佳瑶博士等众多云原生领域行业大牛即将登台演讲,与国内外云原生技术专家及爱好者共同展望云原生未来,并围绕开源技术前沿话题,从市场、技术、产业及整个开源生态层面进行全方位探讨。


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