分布式与容器化的介绍

**什么是分布式？ **
计算机的一种算法，分布式计算是计算机科学中一个研究方向，它研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，然后把这些部分分配给多个计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。分布式网络存储技术是将数据分散地存储于多台独立的机器设备上。分布式网络存储系统采用可扩展的系统结构，利用多台存储服务器分担存储负荷，利用位置服务器定位存储信息，不但解决了传统集中式存储系统中单存储服务器的瓶颈问题，还提高了系统的可靠性、可用性和扩展性。

当计算机的程序和数据通过网络分布在多于一个的计算机上时，计算就成为“分布式的”，分布式计算将该应用分解成许多小的部分，分配给多台计算机进行处理。这样可以节约整体计算时间，大大提高计算效率。

单机结构：
一个系统业务量很小的时候所有的代码都放在一个项目中就好了，然后这个项目部署在一台服务器上就好了。整个项目所有的服务都由这台服务器提供。这就是单机结构。
单机的处理能力毕竟是有限的，当你的业务增长到一定程度的时候，单机的硬件资源将无法满足你的业务需求。此时便出现了集群模式
集群结构：
单机处理到达瓶颈的时候，你就把单机复制几份，这样就构成了一个“集群”。集群中每台服务器就叫做这个集群的一个“节点”，所有节点构成了一个集群。每个节点都提供相同的服务，那么这样系统的处理能力就相当于提升了好几倍.
但问题是用户的请求究竟由哪个节点来处理呢？最好能够让此时此刻负载较小的节点来处理，这样使得每个节点的压力都比较平均。要实现这个功能，就需要在所有节点之前增加一个“调度者”的角色，用户的所有请求都先交给它，然后它根据当前所有节点的负载情况，决定将这个请求交给哪个节点处理。这个“调度者”有个牛逼了名字——负载均衡服务器。
集群结构的好处就是系统扩展非常容易。如果随着你们系统业务的发展，当前的系统又支撑不住了，那么给这个集群再增加节点就行了。但是，当你的业务发展到一定程度的时候，你会发现一个问题——无论怎么增加节点，貌似整个集群性能的提升效果并不明显了。这时候，你就需要使用微服务结构了。
从单机结构到集群结构，你的代码基本无需要作任何修改，你要做的仅仅是多部署几台服务器，每台服务器上运行相同的代码就行了。但是，当你要从集群结构演进到微服务结构的时候，之前的那套代码就需要发生较大的改动了。所以对于新系统我们建议，系统设计之初就采用微服务架构，这样后期运维的成本更低。但如果一套老系统需要升级成微服务结构的话，那就得对代码大动干戈了。所以，对于老系统而言，究竟是继续保持集群模式，还是升级成微服务架构，这需要你们的架构师深思熟虑、权衡投入产出比。
分布式结构:
分布式结构就是将一个完整的系统，按照业务功能，拆分成一个个独立的子系统，在分布式结构中，每个子系统就被称为“服务”。这些子系统能够独立运行在web容器中，它们之间通过RPC方式通信。
举个例子，假设需要开发一个在线商城。按照微服务的思想，我们需要按照功能模块拆分成多个独立的服务，如：用户服务、产品服务、订单服务、后台管理服务、数据分析服务等等。这一个个服务都是一个个独立的项目，可以独立运行。如果服务之间有依赖关系，那么通过RPC方式调用。

优点：
1.系统之间的耦合度大大降低，可以独立开发、独立部署、独立测试，系统与系统之间的边界非常明确，排错也变得相当容易，开发效率大大提升。
2.系统之间的耦合度降低，从而系统更易于扩展。我们可以针对性地扩展某些服务。假设这个商城要搞一次大促，下单量可能会大大提升，因此我们可以针对性地提升订单系统、产品系统的节点数量，而对于后台管理系统、数据分析系统而言，节点数量维持原有水平即可。
3.服务的复用性更高。比如，当我们将用户系统作为单独的服务后，该公司所有的产品都可以使用该系统作为用户系统，无需重复开发。

什么是容器技术？
容器技术Linux Container的直译。我们知道，海边码头里的集装箱是运载货物用的，它是一种按规格标准化的钢制箱子。集装箱的特色，在于其格式划一，并可以层层重叠，所以可以大量放置在特别设计的远洋轮船中（早期航运是没有集装箱概念的，那时候货物杂乱无章的放，很影响出货和运输效率）。有了集装箱，那么这就更加快捷方便的为生产商提供廉价的运输服务。
早期，大家都认为硬件抽象层基于hypervisor的虚拟化方式可以最大程度上提供虚拟化管理的灵活性。各种不同操作系统的虚拟机都能通过hypervisor（KVM、XEN等）来衍生、运行、销毁。然而，随着时间推移，用户发现hypervisor这种方式麻烦越来越多。为什么？因为对于hypervisor环境来说，每个虚拟机都需要运行一个完整的操作系统以及其中安装好的大量应用程序。但实际生产开发环境里，我们更关注的是自己部署的应用程序，如果每次部署发布我都得搞一个完整操作系统和附带的依赖环境，那么这让任务和性能变得很重和很低下。
基于上述情况，人们就在想，有没有其他什么方式能让人更加的关注应用程序本身，底层多余的操作系统和环境我可以共享和复用？换句话来说，那就是我部署一个服务运行好后，我再想移植到另外一个地方，我可以不用再安装一套操作系统和依赖环境。这就像集装箱运载一样，我把货物一辆兰博基尼跑车（好比开发好的应用APP），打包放到一容器集装箱里，它通过货轮可以轻而易举的从上海码头（CentOS7.2环境）运送到纽约码头（Ubuntu14.04环境）。而且运输期间，我的兰博基尼（APP）没有受到任何的损坏（文件没有丢失），在另外一个码头卸货后，依然可以完美风骚的赛跑（启动正常）。
Linux Container容器技术的诞生（2008年）就解决了IT世界里“集装箱运输”的问题。Linux Container（简称LXC）它是一种内核轻量级的操作系统层虚拟化技术。Linux Container主要由Namespace和Cgroup两大机制来保证实现。那么Namespace和Cgroup是什么呢？刚才我们上面提到了集装箱，集装箱的作用当然是可以对货物进行打包隔离了，不让A公司的货跟B公司的货混在一起，不然卸货就分不清楚了。那么Namespace也是一样的作用，做隔离。光有隔离还没用，我们还需要对货物进行资源的管理。同样的，航运码头也有这样的管理机制：货物用什么样规格大小的集装箱，货物用多少个集装箱，货物哪些优先运走，遇到极端天气怎么暂停运输服务怎么改航道等等… 通用的，与此对应的Cgroup就负责资源管理控制作用，比如进程组使用CPU/MEM的限制，进程组的优先级控制，进程组的挂起和恢复等等。

容器技术的特点：
1.极其轻量：只打包了必要的Bin/Lib；
2. 秒级部署：根据镜像的不同，容器的部署大概在毫秒与秒之间（比虚拟机强很多）；
3. 易于移植：一次构建，随处部署；
4. 弹性伸缩：Kubernetes、Swam、Mesos这类开源、方便、好使的容器管理平台有着非常强大的弹性管理能力。

容器的标准化:
标准主要包括runtime运行时标准和image镜像标准。标准的推出，有助于替成长中市场带来稳定性，让企业能放心采用容器技术，用户在打包、部署应用程序后，可以自由选择不同的容器Runtime；同时，镜像打包、建立、认证、部署、命名也都能按照统一的规范来做。
1.容器运行时标准 （runtime spec）
a). creating：使用 create 命令创建容器，这个过程称为创建中 b). created：容器创建出来，但是还没有运行，表示镜像和配置没有错误，容器能够运行在当前平台 c). running：容器的运行状态，里面的进程处于 up 状态，正在执行用户设定的任务 d). stopped：容器运行完成，或者运行出错，或者 stop 命令之后，容器处于暂停状态。这个状态，容器还有很多信息保存在平台中，并没有完全被删除
2.容器镜像标准（image spec）
a). 文件系统：以 layer 保存的文件系统，每个 layer 保存了和上层之间变化的部分，layer 应该保存哪些文件，怎么表示增加、修改和删除的文件等; b). config 文件：保存了文件系统的层级信息（每个层级的 hash 值，以及历史信息），以及容器运行时需要的一些信息（比如环境变量、工作目录、命令参数、mount 列表），指定了镜像在某个特定平台和系统的配置。比较接近我们使用 docker inspect 看到的内容; c). manifest 文件：镜像的 config 文件索引，有哪些 layer，额外的 annotation 信息，manifest 文件中保存了很多和当前平台有关的信息; d). index 文件：可选的文件，指向不同平台的 manifest 文件，这个文件能保证一个镜像可以跨平台使用，每个平台拥有不同的 manifest 文件，使用 index 作为索引。

容器的主要应用场景

1. 容器化传统应用 容器不仅能提高现有应用的安全性和可移植性，还能节约成本。
2. 持续集成和持续部署 (CI/CD) 通过 Docker 加速应用管道自动化和应用部署，交付速度提高至少 13 倍。
3. 微服务 加速应用架构现代化进程。
4. . IT 基础设施优化 充分利用基础设施，节省资金。

简单地说，一个容器包含了完整的运行时环境：除了应用程序本身之外，这个应用所需的全部依赖、类库、其他二进制文件、配置文件等，都统一被打入了一个称为容器镜像的包中。通过将应用程序本身，和其依赖容器化，操作系统发行版本和其他基础环境造成的差异，都被抽象掉了。
容器隔离带来的安全性：一台宿主机上可以运行多个容器，但这些容器内的进程是相互隔离的，且无法相互感知。其中一个容器的升级或者出现故障，不会影响其他容器。

虚拟机和容器的目的类似，都致力于对应用程序及其关联性进行隔离，从而构建起一套能够不依赖于具体环境而运行的应用单元。
虚拟机是在物理服务器的上层用软件来模拟特定的硬件系统。Hypervisor位于硬件和系统之间，是创建虚拟机必须的一个部分。虚拟机软件必须使用Hypervisor作为一个中间层，是虚拟机技术的核心，当宿主操作系统启动虚拟机时，会通过hypervisor给虚拟机分配内存，CPU，网络和磁盘等资源，并加载虚拟的操作系统，因而需要消耗宿主机大量的物理资源。一台宿主机上运行的多个容器化应用共享这台宿主机操作系统的内核，因而不需要虚拟机技术的hypervisor中间层，因而同虚拟机技术相比，更加轻量化，启动速度更快。