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Docker 与 Kubernetes 全面对比:从容器化到容器编排的选型实战指南(Refine 项目视角)

Docker 与 Kubernetes 全面对比:从容器化到容器编排的选型实战指南(Refine 项目视角) Docker 与 Kubernetes 全面对比从容器化到容器编排的选型实战指南Refine 项目视角【免费下载链接】refineA React Framework for building internal tools, admin panels, dashboards B2B apps with unmatched flexibility.项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/re/refine导读容器化是现代应用现代化的核心环节几乎所有的现代应用开发都在用容器来打包、分发和运行应用而企业级应用则进一步依赖 Kubernetes 这样的容器编排平台。本文以 Refine 开源仓库中真实存在的 Docker 构建配置examples/with-material-ui-vite/Dockerfile、examples/store/Dockerfile和 Kubernetes Helm 部署清单documentation/k8s/refine-documentation/为佐证系统对比 Docker 与 Kubernetes 在特性、优势、挑战与适用场景上的差异帮助你在实际项目中做出正确的容器化与编排选型决策。认识 Docker 与 Kubernetes先明确两者的定位差异在深入对比之前必须先厘清一个容易混淆的认知Docker 只是一个容器运行时container runtime而 Kubernetes 是一个容器编排平台container orchestration platform。两者不是竞争关系而是互补关系——Docker 负责把应用打包成可以随处运行的容器Kubernetes 负责在成百上千台服务器上调度、管理、维护这些容器的运行状态。Docker 是什么Docker 是一个为开发者提供开发、运行和部署应用环境的平台其底层技术基础是容器化containerization。可以把它想象成一个胶囊应用运行所需的全部依赖都被封装在这个胶囊内部你可以把这个胶囊部署到任何地方让应用在任何环境中运行。什么是容器容器是容器化技术中的基本单元它把应用及其依赖打包在一起推动了微服务架构与云原生应用的发展。打包后的产物像其他任何制品一样可移植可以方便地在开发团队之间、或开发团队与运维团队之间共享。从技术角度看容器由镜像Image构成而镜像又是由一层层堆叠的镜像层组成的基础镜像Base Image绝大多数容器的基础是 Linux 镜像通常是特定版本的 Alpine 或其他 Linux 发行版。基础镜像必须尽量小巧这也是大多数基础镜像选择 Alpine 的原因——小体积的基础镜像是容器保持轻量的关键优势之一。应用层Application Layer在基础镜像之上叠加应用层逐层构建出最终将在容器中运行的应用程序镜像。配置数据层在所有镜像层的最顶端是应用的配置数据。这种分层结构正是 Dockerfile 多阶段构建得以高效工作的原理。Refine 仓库中 examples/with-material-ui-vite/Dockerfile 就是一个典型的分层实践它从refinedev/node:18基础镜像出发依次构建deps安装依赖、builder构建产物、runner运行时镜像三个阶段最终只把dist构建产物复制进运行时镜像并用CMD [serve]启动静态文件服务——每个阶段只保留必要的内容这正是保持镜像小体积的最佳实践落地。Docker 的核心特性易于扩展Easily ScalableDocker 能够把应用运行所需的全部资源打包因此可以在任何环境中运行应用。Docker 容器不需要专用的操作系统它们非常轻量直接复用宿主操作系统的资源。快速且简单的配置借助 Docker可以用更少的时间和精力部署代码。使用 Docker 后基础设施需求不再与应用环境强绑定因为 Docker 在大多数环境中都能工作。可控制镜像体积最佳性能来自最小化的镜像体积Docker 提供了完全的自定义镜像大小的能力。最佳实践建议使用轻量级基础镜像如 Alpine以获得更好的性能。这一点在 examples/store/Dockerfile 中体现得尤为明显它通过多阶段构建在runner阶段仅复制.next/standalone产物与public静态资源配合 pnpm 缓存挂载--mounttypecache来加速构建、控制体积。提升生产力Docker 能显著提升团队生产力其背后的因素包括简单的技术配置、快速的应用部署、在隔离环境中运行应用以及对物理资源的更低占用。降低基础设施与维护成本搭建 Docker 环境本身是免费的同时 Docker 用最少的资源运行应用意味着可以用更少的硬件运行更多的应用从而节约成本。Docker 的使用场景与收益场景一统一的开发环境搭建如 PostgreSQL Redis假设团队开发的应用需要 PostgreSQL 作为数据库、Redis 作为消息代理。使用 Docker 容器后开发者完全不需要在自己的操作系统上直接安装这些服务——容器自带基于 Linux 基础镜像的隔离操作系统层一切都打包在一个隔离环境中。开发者不再需要下载二进制文件、一步步手工配置只需查询容器仓库、用一条命令拉取带指定版本的容器并启动即可无论其本机是什么操作系统环境完全一致。场景二开发团队与运维团队的制品化交付传统部署流程中运维团队需要在服务器上逐项安装和配置软件。使用 Docker 容器后开发团队与运维团队共享同一个封装了全部配置与依赖的容器运维团队无需在服务器上直接安装或配置任何东西只需执行一条 docker 命令从容器仓库拉取开发团队构建好的镜像并运行即可。Docker 高效地简化了传统部署流程使其成为云环境中的重要工具。关于容器镜像的构建细节如构建参数 ARG 与环境变量 ENV 的区别、优先级与安全实践可参考仓库中另一篇专项文档 2022-09-28-docker-build-args.md。Kubernetes 是什么Kubernetes 是容器编排领域的领导者是部署和管理云原生应用及企业应用的核心工具。它提供了内置的应用负载均衡机制是 Google 开发的、帮助你在不同环境物理机、虚拟机或云中管理由容器构成的应用的平台。Kubernetes 还提供自动化部署与弹性伸缩能力借助它可以实现应用的高可用与容错。整体上Kubernetes 由两类组件构成工作节点Worker Nodes和控制平面Control Plane Nodes。Kubernetes 节点NodesKubernetes 节点是集群中的机器既可以是数据中心里的物理机也可以是云上的虚拟机。工作节点Worker Nodes每个工作节点上运行着多个应用 PodPod 内是具体的容器。为了调度和管理这些 Pod每个工作节点都必须安装若干 Kubernetes 进程其核心职责是执行容器与 Pod、处理节点间的网络通信、参与负载均衡并高效分配 CPU/RAM/存储等资源。控制平面 / 主节点Master Node / Control Plane控制平面是 Kubernetes 集群的控制器与管理者负责控制工作节点以及集群范围内的整体操作包括伸缩、调度和维护高可用。控制平面节点监控集群健康状态并在某个节点无响应或 Pod 崩溃时维持集群的期望状态desired state。API Server是控制平面提供给用户的前端当你向集群部署新应用时会通过某个客户端如 Kubernetes Dashboard 这样的 UI或 kubectl 这样的命令行与 API Server 交互。API Server 相当于集群网关接收所有集群更新请求与查询同时充当守卫负责对进入集群的请求进行身份认证authentication与授权authorization。Refine 仓库中 documentation/k8s/refine-documentation/ 目录提供了部署 refine 文档站点的完整 Helm Chart其中 templates/deployment.yaml 定义了 Deployment 的副本数replicas、镜像、端口以及livenessProbe与readinessProbe两个 HTTP 探针分别探测路径/——这正是控制平面维护期望状态这一抽象概念在真实清单文件中的具体落地。Kubernetes 的核心特性高可用 / 零停机Kubernetes 提供多种机制保证应用高可用。例如它可以复制承载后端或前端逻辑的相同 Pod如果一次更新导致某个组件崩溃Kubernetes 会使用故障组件的稳定副本从而让应用不出现停机、始终对用户可用。自动装箱Automatic Bin Packing自动装箱会把可用资源分配给真正需要的容器。在这一过程中Kubernetes 自动把应用调度到容器上既保证应用存活又不浪费服务器资源。自动伸缩Auto ScalingKubernetes 可以根据指标自动伸缩应用 Pod。自动伸缩依赖监控工具原文场景中为 Heapster收集指标并据此做出伸缩决策。Kubernetes 有两种自动伸缩水平伸缩Horizontal自动调整 Pod 副本数量垂直伸缩Vertical自动调整每个 Pod 的资源利用率。仓库中的 templates/hpa.yaml 就是水平自动伸缩的官方实现样例它声明了一个HorizontalPodAutoscaler以 Deployment 为scaleTargetRef并依据minReplicas、maxReplicas与 CPU可选内存目标利用率来触发扩缩容对应开关位于 values.yaml 的autoscaling段enabled: false、minReplicas: 1、maxReplicas: 100、targetCPUUtilizationPercentage: 80可直接通过 Helm values 开启。监控MonitoringKubernetes 可以方便地集成第三方监控工具如 Datadog、Grafana 等对集群和应用 Pod 状态进行监控自动伸缩也能基于监控数据的收集结果做出决策。存储编排Storage OrchestrationPod 内运行的容器可能需要存储数据为此每个 Pod 可以挂载存储资源volume。通常一个 Pod 内的所有容器共享一个卷。Kubernetes 允许你选择任意存储系统可以是本地存储、云存储或网络存储NFS。仓库的 templates/deployment.yaml 中同样预留了resources、nodeSelector、affinity、tolerations等字段供在不同节点/存储拓扑下精细编排。自愈Self-Healing如果某个容器失败Kubernetes 会负责重启它即使整个节点宕机Kubernetes 也会在其他节点上替换并重新调度容器。上文提到的livenessProbe/readinessProbetemplates/deployment.yaml就是自愈机制在声明式清单中的体现探针判定容器不健康后kubelet 会按策略重启容器。Kubernetes 的使用场景与收益场景一微服务架构大规模落地成百上千个容器微服务崛起带来了成百上千个容器的管理难题。Kubernetes 简化了分析过程并在微服务之间高效分配计算资源同时提供自动伸缩、自动负载均衡、自动滚动更新、自动自愈与自动化备份等能力使其成为企业应用的理想编排平台。场景二关键任务系统的大规模部署与零停机当开发团队需要部署承载关键业务流程、要求零停机的大型应用时Kubernetes 专门设计的水平 Pod 伸缩与负载均衡能力可以最大程度降低停机时间即使某次变更出错Kubernetes 也能回滚变更确保一切保持正常运转。使用 Docker 的挑战Docker 虽然是所有新应用开发的必备元素但它也存在一些挑战内建编排能力有限Docker 本身缺乏高级编排和伸缩特性通常需要借助 Docker Swarm 等额外工具。持久化数据管理复杂在 Docker 中管理持久化数据和有状态应用较为复杂。安全顾虑Docker 的容器安全需要仔细配置和管理以避免漏洞。网络配置复杂在 Docker 中搭建和管理复杂的网络配置具有一定难度。使用 Kubernetes 的挑战Kubernetes 是一个庞大而不易管理的平台采用它时面临的挑战包括学习曲线陡峭Kubernetes 复杂度高需要投入大量时间和精力学习理解。资源密集对小型应用或团队而言可能杀鸡用牛刀需要可观的基础设施与专业能力。搭建与维护复杂配置和维护 Kubernetes 集群涉及众多组件过程繁琐。升级与维护保持 Kubernetes 集群更新并良好维护需要精心规划颇具挑战。Docker 与 Kubernetes 如何协同工作二者如何配合Docker 负责创建容器但当一个大型应用扩展到数千个容器时某个容器失败就可能导致网站或关键功能崩溃。此时 Kubernetes 登场它在运行时管理这些 Docker 容器让网站平稳运行、保持高可用且不出现停机。Docker 在 Kubernetes 集群中的角色由于 Docker 容器运行在 Kubernetes 集群内部Docker 承担着与容器相关的如下职责容器运行时Container Runtime如前面分析工作节点进程时提到的Kubernetes 工作节点上安装的第一个进程就是容器运行时。容器运行时允许我们在各个节点上挂载并运行容器。Docker 正是最常被使用的容器运行时之一。容器存储Container StorageDocker 可以在单个节点上为每个容器附加存储卷具体取决于容器运行时技术。在 Kubernetes 中Docker 确保每个容器都能访问所需资源与存储基础设施。在管理 Docker 容器存储时Docker 与 Kubernetes 通过 CSIContainer Storage Interface容器存储接口通信。Docker 与 Kubernetes 逐特性对比DockerKubernetes伸缩性Docker 没有内建的伸缩功能它专注于应用的打包。伸缩性这是 Kubernetes 的核心特性它支持水平或垂直伸缩应用同时高效利用 CPU/RAM/存储等物理资源。无自愈能力Docker 没有内建的自愈能力依赖 Docker Swarm 等其他工具。具备自愈能力Kubernetes 能够在容器失败时重新调度容器。无自动负载均衡Docker 没有内建负载均衡能力依赖 Docker Swarm 等其他工具。内建自动负载均衡Kubernetes 能够处理容器流量的负载均衡。无内建存储编排Docker 没有内建存储编排能力依赖 Flocker、Portworx、Convoy 等其他工具。内建存储编排能力Kubernetes 借助对不同存储系统的支持完成存储编排。无 Web UI 仪表盘Docker 不提供仪表盘。提供 Web UI 仪表盘Kubernetes 提供 Web UI 仪表盘可以查看所有进行中任务的统计数据。选型时应考虑的因素何时使用 Docker以下情况 Docker 是理想选择小型应用Docker 擅长单主机、轻量级应用。当你只需管理少量容器、无需编排平台时引入 Kubernetes 反而多余。聚焦分发Docker 技术的重心是分发而非编排它可以在多个环境之间平滑交付构建产物。团队尚无 Kubernetes 技能Kubernetes 比 Docker 更复杂搭建和维护难度更高。如果团队尚未掌握相关技能应推迟采用 Kubernetes 的决策待团队完成训练后再引入。何时使用 Kubernetes以下需求场景应优先考虑 Kubernetes大型应用Kubernetes 自动安装容器、内置容器流量负载均衡器并高效分配集群资源。高可用要求对于每分钟数百万笔交易且要求零停机的企业级应用Kubernetes 明显优于 Docker。Kubernetes 处理故障转移、Pod 副本与容器重启让应用保持高可用。高效的资源管理当物理资源CPU/RAM/存储有限时Kubernetes 擅长实现高效的资源管理与应用性能优化。结合 Refine 仓库的实际情况可以看到这条决策路径的落地小型示例项目如 examples/with-material-ui-vite/Dockerfile 对应的 Vite 单页应用仅需要 Docker 镜像即可分发而承载整个文档站点的 documentation/k8s/refine-documentation/ 则配置了完整的 Helm Chart——包括 Deployment、HPA 自动伸缩、ServiceClusterIP类型、端口 80、Ingress外部入口与负载均衡以及 ServiceAccount——这就是单容器用 Docker、规模化服务用 Kubernetes 编排的典型选型样例。结论要点回顾Docker 是一种容器技术帮助为应用创建隔离的运行环境。Kubernetes 是容器编排平台管理由多个容器组成的集群。Docker 自动化了应用的构建与部署在 CI/CD 流程中被广泛使用。Kubernetes 在应用容器部署后介入负责已部署容器的自动化调度与管理。关于 Docker vs Kubernetes 的最终思考Docker 让开发者与软件公司能够隔离、打包并部署应用保持一致性从而简化工作。Kubernetes 是高度灵活的容器工具能够一致地交付复杂应用——即使应用运行在由数百或数千台独立服务器组成的集群上。在 Kubernetes 集群中可以使用任何容器运行时而 Docker 是最常用的容器运行时之一。Docker 在交付可伸缩、可靠、高可用的应用方面扮演着关键角色。两种技术在很多情况下并非必须同时使用需要根据多种因素决定只选其一或两者结合。【免费下载链接】refineA React Framework for building internal tools, admin panels, dashboards B2B apps with unmatched flexibility.项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/re/refine创作声明:本文部分内容由AI辅助生成(AIGC),仅供参考
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