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2019年·第10期
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基于Docker的轻量化容器云平台
设计与实践
■ 中国人民银行重庆营业管理部　李　顺
摘要：
本文通过对容器技术进行研究，探索如何建设轻量化容器云平台。同时，结合开发测试的应用场景，研究轻量化容器云平台及其使用价值。最后，通过量化对比实验，实际分析基于Docker的容器云平台在资源占用、使用效率等方面的优势。实验结果显示，容器云平台具有资源占用少、使用效率高等特点。
关键词：
容器；开发测试；轻量化；Docker 作者简介： 李　顺（1987-），男，重庆涪陵人，软件工程硕士，工程师，供职于中国人民银行重庆营业管理部，信息技术主管，研究    　方向：云计算、大数据、虚拟化。收稿日期： 2019-08-14
近年来，容器技术及相关应用受到了国内外越来越多的关注，研发和应用推广发展势头迅猛。在国外，容器技术已经形成了较成熟的生态圈；在国内，金融企业、互联网企业、IT企业积极投入对容器技术的研发和应用推广。人民银行重庆营业管理部（以下简称“重庆营管部”）紧跟技术前沿，结合省级数据中心实际情况，开展了容器技术的研究与实践。
一、容器技术
（一）容器技术介绍
容器是一种操作系统内核级虚拟化技术，通过对底层操作系统及应用环境的复用与封装，为上层应用软件提供一套可隔离运行、便于打包迁移的虚拟化运php轻量化网站管理系统
行环境。其具有运行启动快、资源占用少等特点。
（二）容器与虚拟机
容器与虚拟机都是一种计算资源虚拟化技术，旨在按需提供定制化的计算服务。但两种技术处于不同的虚拟层级，容器在操作系统层面进行虚拟化，提供独立的应用运行环境；虚拟机在硬件层面进行虚拟化，提供独立的虚拟化硬件环境。容器与虚拟机各有优劣，是两种相辅相成的技术。
二、容器技术的优势
（一）资源利用率高
相比物理机及传统虚拟机，容器无须运行冗余的操作系统，单个容器的空间可以压缩至几百以兆乃致
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几十兆，有效提升了计算资源利用率。
（二）部署及恢复快
使用容器时可以利用镜像快速部署运行服务，实现业务的快速交付，缩短业务的上线周期，极大地方便运维人员的上线部署工作。
（三）提升开发效率
使用容器可以快速分配并搭建一致性的开发环境。基于应用程序镜像的版本化管理，可以实现同一套应用程序的多版本共存，尤其在某些组件多版本支持的情况下，通过容器技术可以轻松地支持该组件的多个版本。
三、容器云平台的技术架构
（一）轻量化架构
一个完善的规模化容器云平台包括容器引擎、编排调度、网络模块、存储模块、监控模块与日志模块等。其中，容器引擎、编排调度为基础模块。本次从研究及实际应用场景出发，设计了一个包含容器引擎、编排调度的轻量化容器云平台。
（二）技术选型
目前，容器生态蓬勃发展，产品众多。其中，容器引擎有Docker，Rkt，Lxc，OCI，Hyper等，编排调度有Kubernetes，Swarm，Mesos，Rancher等，各类产品各有
优劣。
本次设计从产品发展前景、运行稳定性、入门门槛等多方面考量，最终选定了基于Docker （容器引擎）
与Swarm （编排调度）的架构。Docker是目前业界应用最广泛、产品最成熟的容器引擎。在编排调度方面，现有Swarm与Kubernetes应用较多，其中，Swarm由Docker推出，与Docker高度集成，功能较简单，入门容易；Kubernetes由Google推出，功能全面，具有一定的入门成本。
（三）平台架构
平台由两部分组成——Swarm管理端和Docker 客户机，其中，Docker客户机可根据需要增减。每个
Docker客户机开放基于HTTP协议的Docker API，Swarm通过Docker API将各Docker客户机统一为一个集进行管理，平台架构如图1所示。
四、容器云平台在开发环境中的实践
人民银行省级数据中心运行于独立的网络之中，但容器云平台需要频繁连接互联网进行软件安装与升级，因此，重庆营管部科技处选定从互联网开发环境入手，开展容器云平台的应用实践。在传统的开发测试过程中，基于不同的应用、测试阶段以及版本，会搭建多套环境，如开发环境、功能测试环境、
非功能测试、
图1　轻量级容器云平台架构
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用户测试测环境等，而使用容器云平台可以快速搭建这一系列环境。
（一）平台搭建
整个容器云平台搭建在VMWare虚拟化平台上。首先，创建3台虚拟机A，B，C，分别安装CentOS操作系统。其中，A，B两台作为Docker服务器，安装Docker 程序；C作为Swarm Manager，安装Swarm，用于管理Docker镜像调度。
（二）应用实践
实践过程中，选定正在进行的综合办公平台二期项目作为应用对象。该项目涉及多人同步开发及不同版本测试，为保存版本独立性，此前需创建多台虚拟机作为测试环境，而通过容器云平台，轻松实现了在
一台虚拟机上快速启停多个开发测试环境，无须进行虚拟机克隆等复杂操作。该实践快速实现了系统多版本开发测试，有效提升了开发效率。
（三）使用效益
实际应用效果显示，容器云平台有效提升了开发效率，节省了开发资源。为了进行数字化对比，重庆营管部设计了一组对照实验，通过VMWare虚拟机（对照组）和容器云平台（实验组）分别运行20个独立的应用服务。对照组通过建立20台CentOS虚拟机运行应用；实验组通过2台虚拟机上的Docker客户机建立20个容器运行应用。对照组与实验组分别运行于两台相同的物理服务器上，二者运行的应用服务完全一样，分别为5个Tomcat、5个（Nginx+PHP ）、5个MySQL （数据100 M）、5个MongoDB （数据100 M）。通过测量对照组与实验组实际占用磁盘资源、内存资源（启动完成后无应用访问的情况下，半个小时内的平均内存使用）、启动时间（从物理机处于开机状态到25个应用完全启动）、拷贝时间（对对照组、实验组环境进行拷贝）进行统计分析，得出的数据见表1所列。
对照实验显示，运行相同的应用，容器云平台在资源占用及使用效率上明显优于虚拟化平台。在开发
测试场景下，具有较大的使用价值。
五、容器云平台的现状与展望
（一）容器云存在的问题
目前，容器技术处于高速发展阶段，各类新技术层出不穷，也为使用者带来了一些问题。
一是兼容性方面，由于版本迭代频繁，导致一些核心模块存在向下兼容问题；二是缺乏统一标准，从容器到编排等各层面都存在各类技术产品；三是安全性与稳定性问题，由于容器之间共享内存、内核，可能导致容器数据泄露、链式崩溃等问题。
（二）更高的运维要求
相较于物理机与虚拟机运维，容器技术有更多的新技术与新理念。这就对运维管理人员的技术水平提出了更高的要求，需要其不断学习和摸索新的技术。
（三）发展前景
从最初的摸索到现今的落地实践，容器技术已然成为当前云计算时代重要的组成，也承载着业界对下一代云计算技术变革的诉求。FTT
参考文献：
[1]汪恺，张功萱，周秀敏. 基于容器虚拟化技术研究[J]. 计算机技术与发展，2015(8):138-141.
[2]刘思尧，李强，李斌. 基于Docker技术的容器隔离性研究[J]. 软件，2015(4):110-113.
[3]张建，谢天钧. 基于Docker的平台即服务架构研究[J]. 信息技术与信息化，2014(10):131-135.
[4]伍阳. 基于Docker的虚拟化技术研究[J]. 信息技术，2016(1):121-123.
实验组
对照组磁盘资源（G）11.3121.4内存资源（M）721  3 018启动时间（秒）162531拷贝时间（秒）
168
2  145
表1  对照组与实验组数据

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