这篇文档属于类型b,是一篇科学论文,但不是单一原创研究的报告。它更像是一篇经验总结和观点分享的文章,由Google的几位工程师撰写,发表在2016年1-2月的acmqueue期刊上。文章的主题是Google在容器管理系统开发过程中的经验教训,特别是从Borg到Kubernetes的演进过程。以下是该文档的主要内容总结:
文章的主要作者包括Brendan Burns、Brian Grant、David Oppenheimer、Eric Brewer和John Wilkes,他们均来自Google。这篇文章总结了Google在过去十多年中开发和管理容器管理系统的经验,特别是Borg、Omega和Kubernetes这三个系统的演进过程。
文章首先介绍了Google在容器管理系统方面的演进过程。Google早在十多年前就开始大规模管理Linux容器,并开发了三个主要的容器管理系统:Borg、Omega和Kubernetes。每个系统都在前一个系统的基础上进行了改进,并解决了不同的问题。
Borg:Google第一个统一的容器管理系统,用于管理长期运行的服务和批处理作业。Borg通过在同一台机器上共享资源来提高资源利用率,从而降低成本。Borg的成功得益于Linux内核中容器支持的逐步完善,Google也为Linux内核贡献了大量的容器代码。
Omega:Borg的衍生系统,旨在改进Borg生态系统的软件工程。Omega采用了更一致、更有原则的架构,并将集群状态存储在一个基于Paxos的集中式事务存储中。Omega的许多创新后来被整合到Borg中。
Kubernetes:Google最新的容器管理系统,开源且面向外部开发者。Kubernetes借鉴了Omega的设计,但其核心是一个共享的持久存储,并通过REST API访问状态。Kubernetes的主要设计目标是简化复杂分布式系统的部署和管理。
文章回顾了容器的历史,从最初的chroot到FreeBSD的Jails,再到Solaris的增强功能,最终到Linux控制组(cgroups)。容器的资源隔离功能使Google能够显著提高资源利用率,例如通过在同一台物理机器上同时运行批处理作业和用户敏感的服务。
容器化不仅仅是为了提高资源利用率,它还将数据中心从机器导向转变为应用导向。容器封装了应用环境,抽象了机器和操作系统的细节,使得管理容器等同于管理应用。这种转变极大地改善了应用的部署和监控。
文章强调了将管理API围绕容器而非机器设计的好处。这种设计使应用开发者和运维团队不再需要关注机器和操作系统的具体细节,同时为基础设施团队提供了更大的灵活性,能够轻松推出新硬件和升级操作系统。
最初的Borg系统使得在共享机器上运行不同的工作负载成为可能,但随着Borg生态系统的快速发展,容器管理本身只是开发和管理可靠分布式系统的开始。许多支持服务被构建在Borg之上,包括命名和服务发现、主节点选举、应用感知的负载均衡、自动扩展、滚动更新工具、工作流工具和监控工具等。
Kubernetes通过采用一致的API设计来避免复杂性增加。每个Kubernetes对象都有三个基本字段:对象元数据(object metadata)、规范(spec)和状态(status)。这种统一的API设计简化了系统的学习过程,并使得开发通用工具变得更加容易。
文章总结了在开发这些系统过程中学到的经验教训,并列举了一些应避免的错误。例如,不要让容器系统管理端口号,Kubernetes选择为每个Pod分配一个IP地址,从而简化了网络配置。此外,不要仅仅为容器编号,而是使用标签来组织和标识容器。
尽管Google在容器管理方面有多年经验,但仍有一些问题没有得到很好的解决。例如,配置管理是一个复杂的问题,应用配置往往成为实现容器管理系统尚未提供功能的场所。此外,依赖管理也是一个棘手的问题,自动实例化应用依赖关系仍然是一个挑战。
这篇文章总结了Google在容器管理系统开发过程中的经验教训,特别是从Borg到Kubernetes的演进过程。这些经验不仅对Google内部系统的发展具有重要意义,也为外部开发者提供了宝贵的参考。Kubernetes作为开源项目,已经在全球范围内得到了广泛应用,成为容器编排领域的事实标准。文章中的许多观点和建议对于设计和实现现代容器管理系统具有重要的指导意义。
文章的亮点在于它详细描述了Google在容器管理系统开发过程中遇到的实际问题和解决方案,特别是如何通过Borg、Omega和Kubernetes逐步改进系统的设计和功能。Kubernetes的API设计、标签机制和编排策略都是其成功的关键因素。此外,文章还指出了容器管理系统中的一些开放性问题,为未来的研究和开发提供了方向。
通过这篇文章,读者可以深入了解Google在容器管理领域的技术演进过程,并从中获得宝贵的经验和启示。