?第一章：計算機的夢想家們?第二章：大型機時代的先驅?第三章：虛擬機的復興?第四章：容器技術的萌芽?第五章：云原生時代的到來空中，有一群不斷追逐夢想的人們。他們界，一個能夠讓計算資源像水和電一樣隨取隨用的世似簡單，卻蘊含著無限的復雜性和可能性。這就是虛共享的夢想值連城，卻常常只能執行一項任務，大器同時運行多個操作系統環境，讓多。平行宇宙的構想想象一下，在一臺物理計算機中，存在著多個完全獨立的"世界"，每個"世界"都有自己的操作系統、應用程序和用戶，彼此之間互不干擾，卻共享著底層的硬件資源。這些"世界"就像是物理宇宙中的再創造完整的平行宇宙，而是在同一個操作系統內部，為應用程序創造相對隔離的"口袋宇宙"，讓應用占了整個環境，實際上卻是共享著同一個操作系統內兩條平行的技術路線術路線，看似相似，實則各有千秋，它究帶入了商業世界，讓虛擬機成為了數據中心的標準命。人物與時代。所處的時代背景，共同塑造了虛擬化與容器技術的本質計算機硬件資源的抽象和模擬。它通過在物理硬件之上添加一層軟件層(稱為虛擬機監視器或Hypervisor建多個虛擬機，每個虛擬機都擁有自己的虛擬CPU完整的操作系統和應用程用程序運行環境的抽象和隔離。它不需要模擬硬件，而是直接利用操作系統內核提供的隔離機制(如Linux的es一個操作系統內核，因此比虛擬機更加輕量級，啟動旅程的開始到今天的云原生時代，探索虛擬化與容器技術如何從簡挑戰、競爭與合作的故事，也是一段關于技看到技術的演進不僅僅是功能的疊加，更平行宇宙的神秘面紗，探索虛擬化與在計算機發展的黎明時期，大型機(Mainframe)是計算世界的整個房間，價格昂貴，卻是當時最強大的景下，虛擬化技術的種子被播下，開始了IBM與CP-40系統的誕生強大的機器面臨著一個嚴峻的問題：如何開發一個名為SAGE(Semi-AutomaticGroundEnvironment)的防戶同時訪問同一臺計算機，這促使工程。CP-40項目的研發。CP代表"ControlProgram"(控制程序)，40則是用戶都感覺自己擁有一臺完整的計算同一臺物理機器的資源。"Creasy在一次項lMachineMonitor虛擬機監視器的理論基礎意義的論文：《虛擬機監視器的形式化要求》 Architectures)。這篇論文首次系統地定義了虛擬機監視器的概念，1.等價性(Equivalence)：在虛擬機中運行的程序，其行為2.資源控制(ResourceControl)：虛擬機監視器必須完全，虛擬機中的程序不能直接訪問或修改這些資3.效率(Efficiency)：大多數虛擬機指令應該直接在物理處現，更是一種思想，一種將物理資源地使用的思想。"Popek在一次學術會議上 用昂貴的計算資源，同時也為軟件開發和測試提供取得了顯著進展，但容器技術的發 chroot了提別的隔離，而不是完整的進程隔離，但它引入了一個重需要隔離特定的資源就足夠了。"一位Unix系統開發者回供一個受限的文件系統視圖。然而，這個大型機虛擬化的局限與個人計算機的興起依賴于特定的硬件架構，難以移植次，隨著個人計算機的興起，計算資源變得更加廉價計算機時，為什么還需要在一臺機器歷史證明，這種觀點是短視的。隨著企業IT環境的復雜化從FreeBSDjail到早期的容器概念.0引入了jail功能，這被認為是第一個商用的操作系統級虛擬化技隔離了進程空間、用戶賬戶和網絡接口。一個jail內的進程只jail統或其他jail。jail了我們一個全新的視角：我們可以在同一個操作系統內核每個環境都有自己的文件系統、進程空向更全面的操作系統級虛擬化發展。雖然jail還不是現代意義上的容器技術的核心理念：在共享同一個操作系統內核的時代的轉折點個時期還處于萌芽狀態，但隨著Linux內核k精神和前瞻性思維，將在未來的技術發展中繼續發揮影計算機科學家所說："技術的發展從來不是孤立的，今天天的基礎之上。大型機時代的虛擬化技術，看似的理念和原則，卻在現代技術中得到了傳承和發揚。"明，虛擬化技術曾一度沉寂。然而，隨著IT環境的日益復雜和服務器數量的激增，虛擬化技術迎來了它的x86架構服務VMware的誕生：從學術研究到商業產品mx腦和服務器也能享受um可以用于硬件遷移，還可以解決許多同一臺機器上運行不同的操作系統，或者為軟件開個操作系統。這款產品立即引起了技術愛好IT專業人士的關注，因為它解決了一個實際問題：如何在不重啟同的操作系統上測試我的程序。以前，我需要多臺電ex86虛擬化的挑戰與解決方案x需求，它包x擬化？他們的解決方案是一種稱為"二進制翻譯"(BinaryTranslation)的技術。修改虛擬機中運行的代碼，將那為可以安全執行的等效指令序列。這種方法。它讓我們能夠在不修改客戶操作系PageTables)技術，用于高效地虛擬化內存管理單元(MMU)。這ESXiVMware發布了ESXServer(后來改名為ESX)，這是一款直接運行在。ESXServer采用了一種稱為"Type-1"或"裸金屬"(Bare-metal)架構，它直接控制硬件資源，并將這些資源分配給虛務器整合到更少的硬件上，提高資源利用率，降低成x中添加了新的指令集和硬件特性，專門用于支持虛擬擬化大大簡化了虛擬機監視器的實現，并提高了虛擬構的一次重要演進。它表明虛擬化已eneXen采用了一種稱為"準虛擬化"(Paravirtualization)的技術，類似但更高效的接口。準虛擬化牲了一些兼容性，換取了更好的性Xen者解釋2007年，另一個重要的開源虛擬化項目KVM(Kernel-basedLinux的所有功能和優化，同時保持相對簡單的代碼庫。"一位Linux內虛擬化管理平臺的發展為一個新的挑戰。為Server)，這是一個集中式的虛擬化管理平臺，允許管理員從一個統 (允許在不停機的情況下將虛擬機從一個物理主機遷移到另一個)、DRS(分布式資源調度)和HA(高可用性)。vSphere心操ek虛擬化技術在企業IT中的應用務器工作負載運行在虛擬環境1.資源整合：通過將多個物理服務器整合到更少的硬件上，提2.靈活性和敏捷性：虛擬機可以快速創建、復制、移動和刪高可用性和災難恢復：虛擬化平臺提供了諸如實時遷移、自的備份恢復等功能，提高了系統的可靠性和可4.開發和測試環境：虛擬化為開發人員和測試人員提供了隔離變了我們管理IT基礎設施的方式。它讓我們能夠更高效、更靈活地使用資源，同時提高了服務的可靠性。"一位企業IT主虛擬化與云計算的融合Services(AWS)、MicrosoftAzure和GoogleCloudPlatform都大量第一個廣泛使用的基礎設施即服務(IaaS)產品，它允許用戶在云中延伸。虛擬化讓我們能夠更有效地使的資源，而云計算則讓我們能夠跨多個數據中心甚至虛擬化技術的未來挑戰了巨大成功，但它也面臨著一些挑戰和局1.性能開銷：雖然硬件輔助虛擬化大大減少了性能開銷，但虛在物理硬件上運行的應用程序有一定的性能損2.復雜性：虛擬化環境的管理可能變得復雜，特別是在大規模部署中。管理員需要處理虛擬機蔓延(VMsprawl)、資源競爭3.安全性：雖然虛擬化提供了一定程度的隔離，但虛擬機逃逸 4.許可成本：商業虛擬化解決方案的許可成本可能很高，特別化技術的持續創新，也為容器技術等新興技從虛擬機到容器：技術演進的下一步IT，人們開始尋找更輕量級、更大，但它們也有一定的資源開銷，因的技術開始引起關注：容器。容器技術不需完整的操作系統，而是直接利用宿主操作系統的內術演進的下一步。它們提供了類似于擬機的隔離，但資源開銷更小，啟動更快。"一位技術分析師這樣比r個故事了，我們將在下一章中詳細探討容器技術虛擬機技術的遺產IT的面貌。它不僅提高了資源利用率，降低了成本，還為云計IT。無論是傳統的企業數據中心，還是現代的云計算平種思想，一種將計算資源從物理約束中解放出來繼續影響計算技術的發展，無論底層技術如何變化。"續，它與容器技術、云計算等新興技術融合、相互促進，共同推動著IT行業的發展。在下一章中，我們的同時，另一種更輕量級的虛擬化技術也器技術，它不需要模擬完整的硬件環境，而是的內核，為應用程序提供一個相對隔離的運行器技術從早期概念到成熟應用的發展歷程，特別Linuxcgroups和namespaces代發展離不開Linux內核的兩個關鍵特性：控制組 (cgroups)和命名空間(namespaces)。這兩項技術為容器提供了cgroups(控制組)技術。cgroups允許Linux內核限制、記錄和隔離進程組對系統資源(如CPU、內存、磁盤I/O和網絡)的使用。隔離進程組的資源使用，這樣一個進程組就不會消耗過多的系統資源，影響其他進程的運行。"Paul初被稱為"processcontainers"(進程容器)，后來為了避免與容器技術混淆，改名為"controlgroups"(控制組)。與此同時，Linux內核也在不斷完善命名空間(namespaces)技術。命名空間允許將系統資源(如進程ID、主機名、用戶ID、文件名、網絡訪問和進程間通信)進行隔離，使得一個命名空間中的進程?2002年：掛載命名空間(MountNamespace)e名空間技術讓我們能夠創建一個'假象'，讓進程組以為它們擁自己的獨立系統環境，而實際上它們只是共享同一個內核。"一位x了資源限制和環境隔離的能力，使得在同一個Google的容器實踐：從進程容器到Borg隔離不同的應用程序，并高效地在同一臺物理機器無法滿足我們的需求。我們需要一種更輕量級的隔離You"(LMCTFY)的項目，將其部分容器技術開源。LMCTFY提供了一的容器實現，不如與社區合作，共同esLXC：Linux容器的雛形CLinux系統上運行多個相互隔離的Linux系統(容器)，而不需要啟動x特性包裝成了一個友好的接口，大大降低了容器技術的lxc-*命令行工具：用于創建、啟動、停止和管理容器的命令行工具?各種語言的綁定：如Python、Lua、Go等，方便不同語言的開CloudFoundry的Warden：容器管理系統的雛形CloudFoundry的開源平臺即服務(PaaS)項目。作為CloudFoundry者能夠專注于應用程序本身，而不是底層的容器技nDocker的誕生：容器技術的普及者，主要面向系統管理員和平臺開發者。容器技術要真正XC (后來發展出自己的容器運行時libcontainer)，但提供了更簡單的用輕松地將他們的應用程序打包成一個，然后在任何地方運行，無論是開發環境、測試環境還1.Docker鏡像：一個輕量級、可移植、自包含的軟件包，包含了運行應用程序所需的一切(代碼、運行時、系統工具、系統庫等)。2.Docker容器：鏡像的運行實例，可以啟動、停止、移動和，以至于任何開發者都可以在幾分鐘內開始使Docker的爆炸性增長r重用容器鏡像，大大加速了應用程序的開發和部署過r (原dotCloud)完成了4000萬美元的B輪融資，估值達到4億美元。這Docker的技術演進libcontainer(后來成為runc)。成立了開放容器倡議(OpenContainerInitiative，OCI)，旨在圍繞發展至關重要。我們需要確保不同的CI并將容器運行時containerd捐贈給了云原生計算基金會(CNCF)。這Docker師解容器編排的需求與挑戰：如何管理大量的容，一個應用可能由數十甚至數百個容器組成，這些r要針對單機環境，不適合大規模的生產部署。"一位容器技術專家er Fetes容器技術的標準化的議題。不同的容器化。成立了開放容器倡議(OpenContainerInitiative，OCI)，旨在圍繞1.運行時規范(RuntimeSpecification)：定義了如何運行2.鏡像規范(ImageSpecification)：定義了OCI容器鏡像提供了一個共同的基礎，使得不同的容器實CI一位OCI的技容器安全的挑戰與解決方案全性成為一個越來越作系統的內核，這意味著容器之間的隔題，需要從鏡像構建、部署到運行時容器技術的企業采用0%的企業已經在生產環境中使用容：1.開發和運維效率提升：容器技術簡化了應用程序的打包和部署過程，減少了"在我的機器上能運行"的問題，提高了開發和運2.資源利用率提高：相比虛擬機，容器的資源開銷更小，可以3.應用程序可移植性：容器化的應用程序可以在任何支持容器4.微服務架構支持：容器技術為微服務架構提供了理想的部署發和部署應用程序的方式。它使我們地利用資源，更靈活地應對業務需求容器技術的未來展望勢融合，如無服務器計算(Serverless)、服務網格(ServiceMesh)和邊緣計算(EdgeComputing)。務網格技術(如Istio和Linkerd)為容器化應用程序提供了更強大的網邊緣計算則將容器技術擴展到了云數據中心之外術本身的演進，更是與其他技術的融看到容器技術在更多領域的應用，以及更多基于容容器技術的遺產它不僅提高了資源利用率，簡化了應用程序的打包和開發和運維實踐中。無論是創業公司還是大型企。注于創造價值，而不是解決環境差異和部署復雜性的問題。"繼續，它與云計算、人工智能、邊緣計算等融合，將繼續推動IT行業的創新和發展。在下一章中，我們將變成一個完整的生態系統，以及它如何與云原生生(CloudNative)。云原生不僅僅是一種技術，更是一種設計理念徹底改變了軟件的構建、部署和運行方式。本章將探到來，以及容器技術如何成為這一變革的核心驅動云原生的定義與理念云原生計算基金會(CNCF)進一步發展和推廣。根據CNCF的定義，云原生技術使組織能夠在現代動態環境(如公有云、私有云和混合云)中構建和運行可擴展的應用程序。1.容器化：將應用程序及其依賴打包為容器，實現環境一致性2.微服務架構：將應用程序拆分為松耦合的微服務，每個微服3.聲明式API：通過聲明式API定義應用程序的期望狀態，由系4.DevOps實踐：采用自動化和協作的方法來加速軟件交付和5.持續交付：通過自動化的構建、測試和部署流程，實現快更是一種思維方式。它要求我們重新運行應用程序，以充分利用云計算的彈性和可云原生計算基金會(CNCF)的成立與發展s原生技術提供了一個中立的家園，促進了開源社區的協作和創新。"一中包括多個"畢業"項目，如據自己的需求選擇和組合這些積木，構建自己的云。KubernetesCNCF社3.豐富的生態系統：圍繞Kubernetes形成了龐大的生態系4.廣泛的行業支持：主要的云服務提供商和企業軟件公司都支利益相關者聚集在一起，共同推動容器技術的標準化和普及。"一位的功能和改進。例如，1.8版本引入了角色基礎訪問控制(RBAC)，同時保持向后兼容性和穩定性。"一位容器運行時的標準化與演進年，開放容器倡議(OCI)的成立標志著容器格式和運行時開始走向標OCI定義了兩個主要規范：運行時規范(RuntimeSpecification)和鏡像規范(ImageSpecification)。這些規范為容OCI行時，提供了鏡像傳輸、存儲和容器執行等 (CRI)。化，使得用戶可以根據自己的需求選擇最合適的解決方案，同時保持與更廣泛生態系統的兼容性。"一位容展到了一個新階段，我們需要更專注、更標準化服務網格：微服務通信的新范式得越來越復雜。為了解決這個問題，服務網格(ServiceMesh)技術應運而生。處理服務間通信的基礎設施層，它負責處理、流量管理、安全通信等功能，使應用程序代碼Istio決方案，使用Envoy作中的一個關鍵挑戰：如何管理服務之程序中分離出來，使開發者可以專注了微服務架構的復雜性和多樣性。不同的組織有不同的需求和約束，需要不同的服務網格解決方案。"一位無服務器容器：容器與函數計算的融合無服務器計算(Serverless)是云計算的一種模式，它允許開發程序而無需管理服務器。最初，無服務器計算主要以函數即服務(FaaS)的形式出現，如AWSLambda。隨著容器技術的普及，無服務器容器(ServerlessContainers)性。術的一個重要發展方向。它使開發者序本身，而不是底層基礎設施，同時保持容器的可ativesServing部署和自動擴展容器)和Eventing (用于事件驅動的架構)。Knative梁。它使得開發者可以es容器安全的演進全性成為一個越來越容器安全涵蓋了多個方面，包括鏡像安全、運行時安工具和服務出現，用于掃描容器鏡像中的道防線。它可以幫助我們在問題進入現了多種安全容器技術，提供比傳統容器gVisorGoogle容器提2.KataContainers：由OpenStack基金會(現為Open3.Firecracker：由AWS開發，是一個輕量級的虛擬化技術，全的一個重要發展方向。它們通過引額外的隔離層，解決了傳統容器的安全局限性。"一位容器安全專家業產品出現，用于監控和保護容器運行領域。隨著容器技術的普及和攻擊手段的發展，我們需要不斷創新和改進安全措施。"一位安全研究員指容器技術在邊緣計算中的應用隨著物聯網(IoT)和5G技術的發展，邊緣計算(Edge和可移植性，成為邊緣計算的理想選擇。多1.K3s：由RancherLabs(現為SUSE的一部分)開發，是一2.KubeEdge：由華為主導的開源項目，擴展了Kubernetes的3.EclipseioFog：由Eclipse基金會托管，是一個邊緣計算平緣設備上運行復雜的應用程序，同時的一致性和連續性。這對于實現真正的分布式計算至關一些特殊的挑戰，如資源受限的設備、間歇性網絡為了解決這些挑戰，邊緣容器平臺通常提供輕量級一個新前沿。它要求我們重新思考容器的設計和運行方式，以適應邊緣環境的獨特需求。"一位邊緣容器平 啟動更快，內存占用更小，同時提供了強大的安全沙箱。"一位算。然而，它也面臨一些挑戰，如生態系統成熟多云與混合云中的容器技術的可移植性和標準化容器使得應用程序可以在不同的云環境中一致地3.RedHatOpenShi