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專欄策劃｜雅純
志愿編輯｜馮朝凱、橙蜂
之前我們舉了《集裝箱改變世界》（作者：馬克.萊文森）中的一個(gè)例子，書(shū)中提到上世紀(jì)五六十年代，集裝箱的使用，使得整體貨運(yùn)成本降低了95%，大部分的碼頭工人都面臨著失業(yè)。
這件事情看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但卻給經(jīng)濟(jì)全球化帶來(lái)了非常大的影響。后面美國(guó)企業(yè)的訂單可以下到中國(guó)、以及中國(guó)成為“世界工廠”，都與之有很大的關(guān)系。集裝箱的背后是標(biāo)準(zhǔn)化和基于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)業(yè)鏈，這里有兩點(diǎn)比較重要的，一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)化，另外一個(gè)是不可變。
那么，在軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，我們?cè)鯓硬拍芟硎墚a(chǎn)業(yè)生態(tài)的紅利，實(shí)現(xiàn)軟件交付過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)化呢？軟件交付當(dāng)中的集裝箱應(yīng)該是什么樣的？
近十幾年，軟件交付形態(tài)發(fā)生了很大的變化，從最開(kāi)始買物理機(jī)、建機(jī)房到虛擬機(jī)再到現(xiàn)在的容器。這中間為什么會(huì)產(chǎn)生這樣的變化呢？
容器本身的底層技術(shù)是namespace和cgroup，然而這兩個(gè)東西在十幾二十年前就出現(xiàn)了。最早應(yīng)用這些技術(shù)的是對(duì)資源利用率和隔離有明確訴求的云廠商，比如說(shuō)阿里云不希望跑在機(jī)器上不同用戶的東西互相串，最好的辦法就是能限制每個(gè)用戶的資源，如CPU、內(nèi)存等。有了這個(gè)訴求，就會(huì)用LXC等方式去隔離，去限制資源。但是這還是沒(méi)有產(chǎn)生容器。為什么呢？問(wèn)題是各個(gè)云廠商只能在自己內(nèi)部做，但是不能對(duì)外分發(fā)。所以Docker的偉大之處并不是在底層做了多大地創(chuàng)新，而是提供了一個(gè)可以對(duì)外分發(fā)的容器鏡像。
容器鏡像是一個(gè)分發(fā)的形式，我們可以把容器鏡像分發(fā)給別人，或者是讓別人繼承我們的鏡像。同時(shí)Docker又提供了Dockerfile。Dockerfile允許我們通過(guò)一個(gè)文件的形式去描述鏡像。一旦能夠定義鏡像就可以協(xié)作了。有了這樣的能力以后，容器就很快被大家所接受了。所以容器的接受看起來(lái)好像是技術(shù)發(fā)展的過(guò)程，其實(shí)是隨著云原生、云市場(chǎng)的發(fā)展必然帶來(lái)的結(jié)果。
我們很多人認(rèn)為的“集裝箱”就是容器，這個(gè)容器很多時(shí)候我們都認(rèn)為是docker容器。在K8s里面支持很多個(gè)容器運(yùn)行，大部分的情況都是用docker容器。docker容器的優(yōu)勢(shì)就是剛才說(shuō)的兩點(diǎn)：鏡像和Dockerfile。這兩點(diǎn)使得docker鏡像可以像集裝箱一樣做分發(fā)。
此外，容器還提供了很好的資源隔離，可以在比較小的粒度上進(jìn)行隔離。虛擬機(jī)雖然也做了隔離，但是它的粒度比較大。不僅如此，容器還提供了非常彈性的資源管理方式，這點(diǎn)比虛擬機(jī)和物理機(jī)都有非常大的改善。本質(zhì)上它就是物理機(jī)上的一個(gè)進(jìn)程，這是它和虛擬機(jī)的本質(zhì)的差別。
了解了軟件集裝箱是什么后，然后我們?cè)賮?lái)了解下容器鏡像的組成。
如上圖所示，這張圖非常形象地展示了容器鏡像的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。當(dāng)我們自己執(zhí)行dockerbuild構(gòu)建鏡像的時(shí)候，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它出來(lái)的日志有很多hash值，一層一層的。實(shí)際上它是由很多層組成的，我們通過(guò)LXC或者其他的技術(shù)，把容器的進(jìn)程創(chuàng)建出來(lái)，這個(gè)進(jìn)程通過(guò)namespace和cqroup做了資源隔離和限制。容器鏡像都有一個(gè)BaseImage，我們知道運(yùn)行一個(gè)程序，對(duì)操作系統(tǒng)的環(huán)境是要求的，比如依賴的library等。這個(gè)程序如果隨便在一臺(tái)物理機(jī)和虛擬機(jī)部署，會(huì)隨著機(jī)器的環(huán)境不同而不同，有可能導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)。所以容器鏡像給了一個(gè)基本鏡像，把這個(gè)東西放里面了。再往上是Addemacs和Addapache，這兩層我們會(huì)在Dockerfile中去寫(xiě)。然后最上面的是Writable，就是我們?cè)谌萜鰿ontainer運(yùn)行的時(shí)候真正可以去寫(xiě)的東西。
那么容器鏡像的特點(diǎn)是什么呢？它是分層的，每一層都是可以復(fù)用的，我們?cè)谀硞€(gè)機(jī)器上有很多個(gè)容器，如果Base鏡像一樣，只要下一次就行了?？梢钥吹界R像的大小是所有的層堆起來(lái)的，堆的東西越少，這個(gè)鏡像就會(huì)越小。容器鏡像有一個(gè)最小的鏡像叫scratch，就是一個(gè)最原始的基礎(chǔ)鏡像。這里面幾乎什么都沒(méi)有，基于它構(gòu)建一個(gè)非常非常小的容器的話，可能就是幾兆的大小。但是如果你基于CentOS基礎(chǔ)鏡像可能就是上G的大小。
容器鏡像有一個(gè)非常重要的概念叫“One process per container”（容器生命周期=進(jìn)程生命周期）。我們可以認(rèn)為容器就是K8s上的一個(gè)進(jìn)程，如果把K8s比作操作系統(tǒng)，那么容器就是它上面運(yùn)行的一個(gè)進(jìn)程。進(jìn)程的生命周期是可以被管理的。雖然容器有這么多的優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)際在用的時(shí)候也會(huì)遇到很多的問(wèn)題。
下面我們聊一聊容器鏡像的一些常見(jiàn)的問(wèn)題和建議。
容器鏡像常見(jiàn)的問(wèn)題：
我們的實(shí)踐建議是：
容器鏡像可以實(shí)現(xiàn)軟件交付過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化是手段不是目的，標(biāo)準(zhǔn)化是幫助我們更高效的復(fù)用的技術(shù)。
回到軟件交付的終態(tài)，我們的目的是希望提供一個(gè)穩(wěn)定可預(yù)期的系統(tǒng)。
而達(dá)成這個(gè)目標(biāo)的前提是，要有確定的運(yùn)行環(huán)境和軟件制品。確定的環(huán)境是指代碼（及其依賴）、構(gòu)建環(huán)境、構(gòu)建腳本與預(yù)期一致的產(chǎn)出軟件制品，這一點(diǎn)如何做到我們后面再作分享。我們先看如何保證軟件制品的一致性。
要保證軟件制品的一致性，軟件制品應(yīng)該有確定的格式、唯一的版本、能夠追溯到源碼、能夠追溯到生產(chǎn)和消費(fèi)過(guò)程，這樣才能使持續(xù)交付更好地服務(wù)于企業(yè)的制品管理與開(kāi)發(fā)。
在制品構(gòu)建過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到一些問(wèn)題。例如應(yīng)用的代碼庫(kù)里沒(méi)有Makefile，package.json,go.mod而沒(méi)法確定依賴，或者制品能構(gòu)建成功但缺失幾個(gè)依賴，又或是在自己的開(kāi)發(fā)環(huán)境運(yùn)行正常而在生產(chǎn)環(huán)境出現(xiàn)了開(kāi)發(fā)環(huán)境沒(méi)有的bug。導(dǎo)致這些問(wèn)題出現(xiàn)的原因是因?yàn)闃?gòu)建本身是可變的，當(dāng)你構(gòu)建可變時(shí)，就會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題。為此，我們需要通過(guò)不可變構(gòu)建來(lái)使制品與預(yù)期一致。
要實(shí)現(xiàn)不可變構(gòu)建，我們需要保證有：
相同的代碼
例如程序員開(kāi)發(fā)時(shí)，不在依賴描述文件（如go.mod,package-lock.json,pom.xml,requirements.txt等）中指定依賴的版本，則會(huì)默認(rèn)使用最新的版本作為依賴，這樣產(chǎn)出的制品會(huì)隨著依賴的更新而不能保持一致，這將帶來(lái)完全不在預(yù)期內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)。
相同的構(gòu)建環(huán)境
對(duì)于構(gòu)建環(huán)境來(lái)說(shuō)，Dockerfile可以用來(lái)在容器平臺(tái)下描述環(huán)境，通過(guò)Dockerfile我們能為制品使用一致的環(huán)境。很多時(shí)候我們并不需要在運(yùn)行中使用構(gòu)建環(huán)境的很多依賴，而構(gòu)建鏡像的體積往往比較驚人，這個(gè)時(shí)候我們就需要將構(gòu)建環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境分開(kāi)，以得到盡可能輕量的鏡像制品。
相同的構(gòu)建腳本
對(duì)應(yīng)的，使用相同的，與代碼實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)的構(gòu)建腳本也是非常重要的，在Dockerfile的環(huán)境中必須指定確定的環(huán)境依賴版本。
只有在同一份代碼（及同一個(gè)依賴）、同樣構(gòu)建環(huán)境的描述、和同樣構(gòu)建腳本的環(huán)境下，所產(chǎn)生的軟件制品才是相同的。這里強(qiáng)調(diào)的是說(shuō)所有的東西都要保證一致性，如果說(shuō)三者是一樣的話，那產(chǎn)生出來(lái)的制品也是一樣的，即使構(gòu)建時(shí)間不同，產(chǎn)出的制品也是相同的。
做好不可變基礎(chǔ)設(shè)施，首先要標(biāo)準(zhǔn)化最終交付制品的形態(tài)，并且明確此交付形態(tài)的運(yùn)維管理方式。而要保證不可變，那首先要做好不可變的構(gòu)建，然后才能有一致的軟件制品。
NOTE：構(gòu)建準(zhǔn)確性，永遠(yuǎn)比構(gòu)建更快重要。制品的構(gòu)建信息不準(zhǔn)確，導(dǎo)致構(gòu)建制品不一致、版本不可控，所有后續(xù)的工作都是浪費(fèi)。
在構(gòu)建這塊，一個(gè)需要關(guān)注的點(diǎn)的是如何提升構(gòu)建效率。我們先看一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算問(wèn)題：
這是一個(gè)非常大的數(shù)據(jù)，也是非常大的損耗。很多時(shí)候一個(gè)項(xiàng)目的工程效率太低的原因就是因?yàn)闃?gòu)建太慢。構(gòu)建耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)使得制品迭代非常慢，功能更新和bug修復(fù)也會(huì)受到影響。
那我們?nèi)绾翁嵘龢?gòu)建的效率呢？下面是我們的一些實(shí)踐建議：
1個(gè)基本原則：保證構(gòu)建的準(zhǔn)確性，構(gòu)建的準(zhǔn)確性永遠(yuǎn)優(yōu)于構(gòu)建的效率。只有在保證準(zhǔn)確性的前提下提升效率才有意義。
5點(diǎn)建議：
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本篇文章，我們從軟件交付的終態(tài)出發(fā)，提出了不可變構(gòu)建的概念。希望通過(guò):相同的源碼+相同的環(huán)境+相同的構(gòu)建腳本=>帶來(lái)一致的軟件制品。而這些東西都是保存在源代碼里的，所以源代碼的管理非常重要。
下篇文章，我們將分享如何對(duì)源代碼進(jìn)行有效管理。
閱讀上篇：做到這4點(diǎn)，才是真正的持續(xù)交付
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