深入浅出全栈工程师: Web应用运行环境介绍

节选自《Growth: 深入浅出全栈工程师》

为了将我们的应用部署到服务器上，我们需要为其配置一个运行环境。从底层到顶层有这样的运行环境及容器：

1. 虚拟机

2. 容器

3. 语言运行环境

4. 语言虚拟机

实现上这是一个请求的处理过程，一个HTTP请求会先到达你的主机。如果你的主机上运行着多个虚拟机实例，那么请求就会来到这个虚拟机上。又或者是如果你是在Docker这一类容器里运行你的程序的话，那么也会先到达Docker。随后这个请求就会交由HTTP服务器来处理，如Apache、Nginx，这些HTTP服务器再将这些请求交由对应的应用或脚本来处理。随后将交由语言底层的指令来处理。

不同的环境有不同的选择，当然也可以结合在一起。不过，从理论上来说在最外层还是应该有一个真机的，但是我想大家都有这个明确的概念，就不多解释了。

服务器虚拟化：虚拟机

在虚拟机技术出现之前，为了运行不同用户的应用程序，人们需要不同的物理机才能实现这样的需求。对于Web应用程序来说，有的用户的网站访问量少消耗的系统资源也少，有的用户的网站访问量大消耗的系统资源也多。虽然有不同的服务器类型可以选择，然而对于多数的访问少的用户来说他们需要支付同样的费用。这听上去相当的不合理，并且也浪费了大量的资源。并且对于系统管理员来说，管理这些系统也不是一件容易的事。在过去硬件技术革新特别快，让操作系统运行在不同的机器上也不是一件容易的事。

虚拟机（Virtual Machine）指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。

这是一个很有意思的技术，它可以让我们在一个主机上同时运行几个不同的操作系统。我们可以为这几个操作系统使用不同的硬件，在这之上的应用可以使用不同的技术栈来运行，并且从理论上互相不影响。其架构如下图所示：

借助于拟机技术，当我们需要更多的资源的时候，创建一个新的虚拟机就行了。同时，由于这些虚拟机上运行的是同样的操作系统，并且可以使用相同的配置，我们只需要编写一些脚本就可以实现其自动化。当我们的物联机发生问题时，我们也可以很快将虚拟机迁移或恢复到另外的宿主机。

容器虚拟化：Docker

对于大部分的开发团队来说，直接开发基于虚拟机的自动化工具不是一件容易的事，并且他从使用成本上来说比较高。这时候我们就需要一些更轻量级的工具容器——它可以提供轻量级的虚拟化，以便隔离进程和资源，而且不需要提供指令解释机制以及全虚拟化的其他复杂性。并且，它从启动速度上来说更快。

LXC

在介绍Docker之前，我们还是稍微提一下LXC。因为在过去我有一些使用LXC的经历，让我觉得LXC很赞。

LXC，其名称来自Linux软件容器（Linux Containers）的缩写，一种操作系统层虚拟化（Operating system–level virtualization）技术，为Linux内核容器功能的一个用户空间接口。它将应用软件系统打包成一个软件容器（Container），内含应用软件本身的代码，以及所需要的操作系统核心和库。通过统一的名字空间和共用API来分配不同软件容器的可用硬件资源，创造出应用程序的独立沙箱运行环境，使得Linux用户可以容易的创建和管理系统或应用容器。

我们可以将之以上面说到的虚拟机作一个简单的对比，其架构图如下所示：

我们会发现虚拟机中多了一层Hypervisor——运行在物理服务器和操作系统之间，它可以让多个操作系统和应用共享一套基础物理硬件。这一层级可以协调访问服务器上的所有物理设备和虚拟机，然而由于这一层级的存在，它也将消耗更多的能量。据爱立信研究院和阿尔托大学发表的论文表示：Docker、LXC与Xen、KVM在完成相同的工作时要少消耗10%的能耗。

LXC主要是利用cgroups与namespace的功能，来向提供应用软件一个独立的操作系统运行环境。cgroups（即Control Groups）j Linux内核提供的一种可以限制、记录、隔离进程组所使用的物理资源的机制。而由namespace来责任隔离控制。

与虚拟机相比，LXC隔离性方面有所不足，这就意味着在实现可移植部署会遇到一些困难。这时候，我们就需要Docker来提供一个抽象层，并提供一个管理机制。

Docker

Docker 是一个开源的应用容器引擎，让开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的容器中，然后发布到任何流行的 Linux 机器上，也可以实现虚拟化。Docker可以自动化打包和部署任何应用、创建一个轻量级私有PaaS云、搭建开发测试环境、部署可扩展的Web应用等。

构建出Docker的Container是一个很有意思的过程。在这一个过程中，首先我们需要一个base images，这个基础镜像不仅包含了一个基础系统，如Ubuntu、Debian。他还包含了一系列的模块，如初始化进程、SSH服务、syslog-ng等等的一些工具。由上面原内容构建了一个基础镜像，随后的修改都将于这个镜像，我们可以用它生成新的镜像，一层层的往上叠加。而用户的进程运行在writeable的layer中。

从上图中我们还可以发现一点： Docker容器是建立在Aufs基础上的。AUFS是一种Union File System，它可以不同的目录挂载到同一个虚拟文件系统下。它的目的就是为了实现上图的增量递增的过程，同时又不会影响原有的目录。即如下的流程如下：

其增量的过程和我们使用Git的过程中有点像，除了在最开始的时候会有一个镜像层。随后我们的修改都可以保存下来，并且当下次我们提交修改的时候，我们也可以在旧有的提交上运行。

因此，Docker与LXC的差距就如下如图所示：

LXC时每个虚拟机只能是一个虚拟机，而Docker则是一系列的虚拟机

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