云基礎(chǔ)軟件：虛擬化與容器“誰主沉浮”？

在傳統(tǒng)的IT架構(gòu)中，操作系統(tǒng)扮演著管理計算機硬件與軟件資源的重要角色;而隨著IT架構(gòu)進入云計算時代，其所需要的也是對應的“云操作系統(tǒng)”。以虛擬化及容器為代表的云基礎(chǔ)軟件負責對數(shù)據(jù)中心存算資源進行高效的調(diào)配管理，并合理分配給上層應用，實現(xiàn)“軟件定義數(shù)據(jù)中心”，成為云計算時代重要的基礎(chǔ)設施。

在全球云基礎(chǔ)軟件的發(fā)展歷程中，誕生了VMWare、RedHat等一眾云基礎(chǔ)軟件巨頭，也孕育出了OpenStack、Kubernetes等行業(yè)標準級別的全球開源項目。而隨著中國政企上云趨勢的推進，我們認為云端國產(chǎn)化將快速進展，云基礎(chǔ)軟件在中國將迎來新時代的新機遇。

從服務器虛擬化到容器虛擬化，云基礎(chǔ)軟件持續(xù)演進。虛擬化與容器是兩個典型的云基礎(chǔ)軟件，虛擬化是利用軟件重新定義劃分底層硬件資源的技術(shù)，面向資源層，優(yōu)化資源供給模式;容器是操作系統(tǒng)層級的虛擬化，面向應用層，變革應用及業(yè)務架構(gòu)，而當前的技術(shù)趨勢仍是虛擬化與容器技術(shù)的結(jié)合發(fā)展。OpenStack與VMWare是服務器虛擬化時代的兩大“云操作系統(tǒng)”，而Kubernetes則隨著容器應用的興起逐漸開始扮演更為重要的角色，我們認為其將是云原生時代的“操作系統(tǒng)”有力的競爭者。

軟件信息技術(shù)國產(chǎn)化正在加速進入云時代。隨著軟件上云成為大的趨勢，政企機關(guān)、金融機構(gòu)和各行業(yè)企業(yè)也在主動提出“云端國產(chǎn)化”的訴求，希望以國產(chǎn)化和云化并行的方式進行新一輪的數(shù)字化升級。在云端國產(chǎn)化的推動下，國內(nèi)云基礎(chǔ)軟件廠商的空間進一步打開，從互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)進一步拓展到了政府、金融等傳統(tǒng)領(lǐng)域。結(jié)合現(xiàn)有的落地案例，我們總結(jié)出“云端國產(chǎn)化”在“單機國產(chǎn)化”的基礎(chǔ)上新增的5大重要方向：私有/混合云、虛擬化軟件、容器管理軟件、桌面云、云管平臺。

云基礎(chǔ)軟件——軟件定義數(shù)據(jù)中心

何為軟件定義數(shù)據(jù)中心?軟件定義數(shù)據(jù)中心即是在底層硬件架構(gòu)之上新搭載了一層虛擬的基礎(chǔ)設施，目標是將數(shù)據(jù)中心所有的物理硬件資源進行虛擬化與軟件化，將底層硬件與上層硬件完全解耦，一勞永逸地解決資源性能彈性與架構(gòu)可伸縮性的問題，其內(nèi)涵包括軟件定義計算(計算虛擬化)、軟件定義存儲(存儲虛擬化)、軟件定義網(wǎng)絡(網(wǎng)絡虛擬化)三大層級。

云基礎(chǔ)軟件是云時代的“操作系統(tǒng)”，實現(xiàn)軟件定義數(shù)據(jù)中心。在傳統(tǒng)的IT架構(gòu)中，操作系統(tǒng)扮演者管理計算機硬件與軟件資源的角色;而隨著IT架構(gòu)進入云計算時代，其所需要的也是對應的“操作系統(tǒng)”，通過對計算、存儲、網(wǎng)絡的虛擬化，對數(shù)據(jù)中心存算資源進行高效的調(diào)配管理，并合理分配給上層應用，實現(xiàn)資源利用效率的大化。為了實現(xiàn)軟件定義數(shù)據(jù)中心，以虛擬化與容器技術(shù)為代表的云基礎(chǔ)軟件應運而生，成為云計算時代重要的基礎(chǔ)設施。

虛擬化：面向底層基礎(chǔ)設施，實現(xiàn)計算資源的彈性分配

虛擬化是利用軟件重新定義劃分底層硬件資源的技術(shù)。虛擬化技術(shù)主要應用在服務器層面，由于x86服務器的設計存在局限性，單次僅能運行一個操作系統(tǒng)和應用，因此對底層硬件資源的利用率較低。虛擬化技術(shù)實際上將一臺基礎(chǔ)物理服務器的CPU、內(nèi)存、硬件、網(wǎng)卡等資源“池化”，并分配給多臺虛擬機(VM)，虛擬機之間彼此獨立但又共享底層物理資源，實現(xiàn)基于單一物理設備運行多個OS及應用。

虛擬化技術(shù)是云計算的基礎(chǔ)。我們一般所說的“云化”，就是將硬件資源虛擬化，并將虛擬資源集中成中央資源池，最后增加支撐系統(tǒng)后實現(xiàn)資源的調(diào)度與共享的過程。在中央資源池之上增加一層管理軟件之后，用戶就可以管控在云中需要使用的基礎(chǔ)架構(gòu)、平臺工具及應用。而虛擬化技術(shù)在其中的作用就是將硬件資源“池化”，以便于用戶靈活彈性地按需進行計算資源調(diào)用。

典型的虛擬化的底層技術(shù)——KVM-QEMU

KVM-QEMU是典型的虛擬化底層技術(shù)。KVM是Linux內(nèi)核中的一個模塊，將Linux內(nèi)核轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓪崿F(xiàn)虛擬化的Hypervisor;QEMU是一套開源的模擬處理器，可以獨立模擬出包括CPU、IO設備在內(nèi)的整臺計算機。由于KVM位于內(nèi)核空間，用戶無法直接控制內(nèi)核，因此開發(fā)者選擇了相對成熟的QEMU技術(shù)，借助用戶空間的管理工具與其進行交互。

KVM和QEMU是相輔相成的關(guān)系。QEMU本身并不依賴于KVM，但僅靠QEMU自身的虛擬化效率較低。QEMU通過KVM達到了硬件虛擬化的速度，而KVM則通過QEMU來模擬設備，KVM+QEMU才能實現(xiàn)完整意義上的服務器虛擬化。在一個完整的Hypervisor中，KVM的功能是提供內(nèi)核接口以實現(xiàn)對CPU、內(nèi)存的虛擬支持虛擬機的運行;QEMU提供對IO設備虛擬、對各種虛擬設備的創(chuàng)建、調(diào)用進行管理。

虛擬化的多種技術(shù)路線

全虛擬化、半虛擬化是兩種典型技術(shù)路線。虛擬化是使得多個客戶操作系統(tǒng)(Guest OS)共享原始底層硬件資源的過程，其核心是如何解決Guest OS發(fā)出的特權(quán)指令執(zhí)行和對宿主機硬件資源的調(diào)用問題。從X86服務器的架構(gòu)來看，其CPU細分了Ring 0-3四種執(zhí)行狀態(tài)，其中Ring 0是操作系統(tǒng)內(nèi)核的執(zhí)行狀態(tài)——內(nèi)核態(tài)(Kernel Mode)，Ring 3為用戶態(tài)(User Mode)，而不同虛擬化技術(shù)之間的核心區(qū)別就是Guest OS運行在宿主機CPU的何種執(zhí)行狀態(tài)之上。

(1) 全虛擬化 vs. 半虛擬化：

兩者之間的核心區(qū)別在于是否要對Guest OS的內(nèi)核進行修改。全虛擬化無需對Guest OS的內(nèi)核進行特殊配置，部署靈活便利且具有較好的兼容性好，但缺點在于Guest OS無法直接管理底層硬件，通過hypervisor管理底層硬件需要有轉(zhuǎn)換開銷，性能落后于半虛擬化。半虛擬化過事先經(jīng)過修改的客戶機操作系統(tǒng)內(nèi)核共享宿主底層硬件來實現(xiàn)的，優(yōu)點在于性能但同時也損失了部署的靈活性和兼容性(無法支持Windows等閉源操作系統(tǒng))。

(2) 硬件輔助的虛擬化：

通過硬件技術(shù)的輔助使得虛機性能接近物理機。在硬件輔助的虛擬化中，CPU本身就為Hypervisor提供了便利，可以識別指令，從而避免異常，可以簡化指令的處理過程而提升性能。硬件輔助虛擬化擬化技術(shù)常用于優(yōu)化全虛擬化和半虛擬化產(chǎn)品，目前主要的硬件輔助虛擬化技術(shù)有Intel的VT-x和AMD的AMD-V兩種，同時市面上的主流全虛擬化和半虛擬化產(chǎn)品基本都支持硬件輔助虛擬化，包括KVM，VMware vSphere、Xen、Oracle VirtualBox等。

容器：面向應用與進程，操作系統(tǒng)層級的虛擬化

容器是操作系統(tǒng)虛擬化的一種實現(xiàn)途徑，負責為應用程序的運行提供環(huán)境。容器的目的是為進程集合提供一個獨立的運行環(huán)境，容器包含應用和其所有的依賴包(類/庫)，不同容器之間共享宿主機的硬件資源及操作系統(tǒng)。通過使用容器，開發(fā)者可以便利地打包應用程序的代碼、配置和依賴關(guān)系，從而實現(xiàn)應用程序快速、可靠、一致性部署。

容器的本質(zhì)是一個視圖被隔離，資源受限的進程。容器與虛擬機的相同之處在于都是幫助用戶創(chuàng)造了隔離環(huán)境，但虛擬機與容器的隔離級別不同。虛擬機在操作系統(tǒng)層面實現(xiàn)隔離，而容器在進程級進行資源隔離;同時容器的大小相比虛擬機更小，這也賦予了其更為輕量、靈活的特征。

容器的底層技術(shù)：容器運行時、容器鏡像、容器引擎

容器 = Cgroup(資源控制)+Namespace(訪問隔離)+rootfs(文件系統(tǒng)隔離)+容器引擎(用戶態(tài)工具)。Cgroups與Namespace是容器技術(shù)所應用到的兩個Linux內(nèi)核的關(guān)鍵特性，Namespace的主要使用是實現(xiàn)進程的隔離，而Crgourps則負責限制分配給進程的硬件資源，由Namespace+Cgroups 構(gòu)成的隔離環(huán)境也被稱為@quot;容器運行時@quot;;rootfs作為Linux根文件管理系統(tǒng)，主要負責為容器進程提供隔離后執(zhí)行環(huán)境的文件系統(tǒng)，也就是所謂的“容器鏡像”。

容器引擎負責準備運行容器所需要的資源，對容器生命周期進行管理。容器負責與內(nèi)核Namespace和CGroup等功能直接交互，并提供相應API使得外部能夠與之進行集成。容器引擎的功能是對容器生命周期進行管理，包括鏡像管理(Image service)、運行管理(runtime service)、容器網(wǎng)絡(CNI)等;而上層的容器編排管理系統(tǒng)(如知名的Kubernetes項目“k8s”)則會通過CRI接口對容器引擎進行調(diào)用。目前行業(yè)中較為活躍的容器引擎主要包括Docker、rkt、Pouch、Containerd和Cri-o等。

容器的上層建筑：容器編排管理系統(tǒng)

容器編排是從容器向容器云跨越的關(guān)鍵。在實際應用的過程中，通常會由大量容器構(gòu)建成容器集群，以支撐復雜的應用程序體系結(jié)構(gòu)，此時便需要相應的系統(tǒng)對容器集群進行統(tǒng)一的編排、管理、調(diào)度。以k8s為代表的容器編排管理系統(tǒng)在容器引擎的基礎(chǔ)上，為容器化的應用提供部署運行、資源調(diào)度、服務發(fā)現(xiàn)和動態(tài)伸縮等一系列完整功能，提高了大規(guī)模容器集群管理的便捷性。從一個開發(fā)者和單一的容器鏡像，到無數(shù)開發(fā)者和龐大的容器集群，容器技術(shù)實現(xiàn)了從@quot;容器@quot;到@quot;容器云@quot;的飛躍。

Kubernetes是容器編排領(lǐng)域的事實標準。Kubernetes(簡稱k8s)是由Google在2014年發(fā)起的開源項目，具有輕量級、高便攜、可擴展、自修復等優(yōu)勢，在2015年開始迅速拉開與Meso、Docker Swarm等競爭對手之間的差距。目前k8s已經(jīng)基本成為了容器編排領(lǐng)域的行業(yè)標準，AWS、Azure、Google、阿里云、騰訊云等公有云廠商均提供基于 k8s的容器服務;Red Hat、Rancher、IBM、Mirantis等廠商也在大力推廣基于 Kubernetes 的容器產(chǎn)品，Docker/Containerd+k8s成為全球主流的容器產(chǎn)品路線。

Kubernetes是云原生時代新的“操作系統(tǒng)”。k8s集群由Master節(jié)點和Node節(jié)點構(gòu)成：Master節(jié)點主要負責管理和控制，包括API Server(對外接口)、Scheduler(資管調(diào)度)、Controller Manager(管理控制器);Node節(jié)點主要是工作負載節(jié)點，包含Pod(基本操作單元，內(nèi)部封裝容器)、Docker(容器引擎)、Kubulet(負責Pod的監(jiān)視)。在應用容器化部署的云原生時代，k8s可以實現(xiàn)對容器集群的自動化部署、自動擴縮容以及高效靈活的管理，我們認為其已經(jīng)成為了新一代的云操作系統(tǒng)以及云原生時代的基石。

CNCF圍繞Kubernetes建立起繁榮的云原生生態(tài)。2015年，Google與RedHat牽頭成立了以 Kubernetes 項目為基礎(chǔ)CNCF社區(qū)，之后數(shù)年中CNCF逐漸發(fā)展壯大，而Docker由于現(xiàn)實問題也逐步放棄開源社區(qū)，在2017年將Containerd捐贈給CNCF，并在Docker企業(yè)版中內(nèi)置k8s，CNCF自此成為全球容器生態(tài)的核心。截至2020年，CNCF已經(jīng)囊括了全球1,381個項目，按功能分為29個模塊，分屬與9中不同類別(應用定義與開發(fā)、編排與管理、運行時、配置、平臺、可觀察性與分析、Serverless、會員和其它)，這1,381個項目共同構(gòu)建起了恢宏的“云原生世界”。

虛擬機與容器：當前趨勢仍是結(jié)合應用下的共同發(fā)展

容器和虛擬機相比各有優(yōu)劣

? 容器的優(yōu)勢在于敏捷和高性能：Hypervisor架構(gòu)下，在虛擬服務器上運行單個應用程序意味著需要運行完整操作系統(tǒng)(Guest OS)及依賴環(huán)境，這為主機增加了大量的系統(tǒng)資源消耗。而容器相比之下占用空間更小，其在底層資源和上層應用之前具有更少的抽象層級，且多個應用程序可通過容器技術(shù)共享操作系統(tǒng)內(nèi)核，進一步提高了資源利用率;同時容器在應用遷移、快速拓展以及持續(xù)集成和持續(xù)部署(CI/CD)實施等方面也更為靈活便捷。

? 虛擬機的優(yōu)勢在于更強的隔離性和運維的簡單性：基于Hypervisor的虛擬機可以實現(xiàn)系統(tǒng)層面的資源隔離，虛擬機之間完全獨立，安全性高，可用于備份、容災;而容器實際上僅實現(xiàn)了應用層面的隔離，安全和穩(wěn)定性相對較低。尤其是在多租戶的環(huán)節(jié)下，由于不同容器共享主機的內(nèi)核，如果某個容器應用需要配置內(nèi)核參數(shù)，則會導致“牽一發(fā)而動全身”。此外，虛擬化技術(shù)經(jīng)過多年應用，已經(jīng)是企業(yè)運維人員較為熟悉的一種技術(shù)，同時雙層架構(gòu)也具備運維上更加簡單的優(yōu)勢。

用戶可根據(jù)自身的偏好來選擇適合的云資源管理方案。在實際應用的過程中，注重于安全性、穩(wěn)定性的用戶往往仍會以Hypervisor作為主要的“云操作系統(tǒng)”以實現(xiàn)對底層計算資源的管理，比如金融、運營商等傳統(tǒng)行業(yè)在大量使用傳統(tǒng)的VMWare或者OpenStack(基于KVM);而對于那些追求云原生，要求更高的資源利用率，以及更加靈活便捷架構(gòu)的客戶，Docker/Containerd+k8s的容器方案是更優(yōu)解，事實上目前容器在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛的應用，傳統(tǒng)行業(yè)的應用廠商也在積極的對新一代引用進行容器化改造，我們相信容器的普及和滲透只是時間問題。

容器與虛擬機的結(jié)合應用仍是當前主流

容器與虛擬機在公有云多租戶場景中通常是結(jié)合應用的。從云計算的概念提出開始，虛擬機一直是云平臺的基礎(chǔ)，平臺的本身服務以及用戶的使用基本都是從通用虛擬機的創(chuàng)建開始。因此目前大部分的容器應用均是基于虛擬機而運行的，通常的做法是建一批虛擬機作為運行容器的節(jié)點，然后再在基于虛擬機Guest OS創(chuàng)建容器應用，如圖表18左側(cè)就是常見的公有云容器服務的提供形式。

安全容器進一步將虛擬機級別的隔離直接引入容器應用。在公有云多租戶場景中，上述方案面臨的問題是相同主機需要運行不同租戶的應用，而容器的隔離級別依然采用了共內(nèi)核的機制，導致了其存在著廣泛的攻擊面。而所謂的安全容器，則是通過硬件虛擬化等技術(shù)實現(xiàn)對各個容器內(nèi)核層面的隔離，每一個容器都是基于一個獨立的內(nèi)核實例來，形成一個輕量級的虛擬機(Micro-VM)。

安全容器在容器的高效便捷與虛擬機的穩(wěn)定安全之前取得平衡。安全容器的定位位于容器和虛擬機之間(The speed of containers, the security of VMs)：安全容器兼容容器的操作方法，在啟動速度、內(nèi)存開銷等性能指標上也高度接近容器;同時安全容器通過引入虛擬機級別的隔離，顯著提升了容器的隔離層級和安全性。目前行業(yè)中常見的安全容器實現(xiàn)方式包括Kata-containers、Google gVisor、AWS Firecracker-containerd、IBM Nabla、VMware CRX等，其中Kata-containers是目前具有較佳兼容性，得到了較為廣泛的應用。

云基礎(chǔ)軟件的演變——歷史變遷與未來趨勢

云基礎(chǔ)軟件的市場現(xiàn)狀：虛擬化進入成熟階段，容器應用蓬勃發(fā)展

虛擬化技術(shù)滲透率已接近飽和，市場規(guī)模趨于穩(wěn)定。根據(jù)Statista數(shù)據(jù)，全球虛擬化市場規(guī)模將從2018年的57億美元增長至2025年的90億美元，2018-2025年CAGR為7%。Spicework的調(diào)查顯示，2020年已有92%的企業(yè)使用服務器虛擬化技術(shù)，虛擬化技術(shù)在企業(yè)的運用已基本達到飽和，市場增長放緩。

容器應用快速普及，市場規(guī)模持續(xù)增長。根據(jù)Gartner預測，全球容器編排系統(tǒng)市場國模將從2020年的4.7億美元的增長到2024年的9.4億美元，2020-2024年CAGR可達20%。全球企業(yè)對容器技術(shù)的需求也在快速增長，Gartner預計2022年超過75%的全球企業(yè)將在運營中使用容器化應用程序，而2020年使用容器的企業(yè)占比不到30%;到 2024年，高達15%的企業(yè)應用程序?qū)⒃谌萜鳝h(huán)境中運行，這一比例在2020年小于5%。

全球云基礎(chǔ)軟件的主要玩家

虛擬化：全球虛擬化市場的主要參與者可以被劃分為兩派——開源和閉源。其中VMWare及微軟是閉源虛擬化軟件廠商中的代表，而剩下大部分的廠商的產(chǎn)品則是基于開源的KVM或者Xen技術(shù)，

? 閉源虛擬化的代表是VMWare的ESXi及微軟的Hyper-V：ESXi是使用全虛擬化技術(shù)的Type I Hypervisor，是VMware虛擬化套件vSphere中的重要組件。由于VMware是首個基于x86服務器提供服務器虛擬化解決方案的公司，ESXi得到了廣泛運用。Hyper-V是半虛擬化Hypervisor，可內(nèi)嵌于Windows系統(tǒng)中，用戶可選擇免費發(fā)布版或付費企業(yè)版。

? 開源虛擬化的代表是KVM和Xen：KVM是內(nèi)嵌于Linux內(nèi)核中的開源虛擬化技術(shù)，可將Linux操作系統(tǒng)轉(zhuǎn)為Type I Hypervisor。RedHat、Oracle等廠商是基于KVM虛擬化領(lǐng)域的領(lǐng)導者，同時AWS、阿里云、華為云等云廠商也主要是提供基于KVM的虛擬化服務。Xen是一種由劍橋大學研發(fā)的半虛擬化技術(shù)，2005年，經(jīng)過Intel修改后的Xen 3.0變?yōu)槿摂M化，可支持Intel硬件輔助虛擬化。Citrix于2007年收購XenSource，但選擇將服務器虛擬化產(chǎn)品XenServer繼續(xù)開源。

VMWare仍是企業(yè)級應用的選，KVM在云廠商中應用廣泛。Spicework的調(diào)查顯示，目前閉源的Hyper-V和vSphere仍然在企業(yè)級市場占據(jù)主導地位，VMWare在商用虛擬化軟件市場的龍頭地位依然穩(wěn)固;但近年來，隨著OpenStack作為開源的云計算管理項目到行業(yè)越來越廣泛的應用，KVM作為OpenStack主流的Hypervisor選擇，其市場影響力正在快速提升，除了RedHat、Oracle等廠商之外，AWS、阿里云、華為云等云廠商目前主要也是提供基于KVM的虛擬化服務。

OpenStack是全球的開源云計算管理項目。OpenStack是由Rackspace和NASA成立的開源項目，目前已經(jīng)是是僅次于Linux的全球第二大開源社區(qū)，OpenStack提供了一個部署云的操作平臺或工具集，覆蓋了計算、存儲等10個核心組件和眾多附加組件。用戶可以基于OpenStack對物理集群上的所有虛擬機進行管理，實現(xiàn)公有、私有云的搭建與運維，且OpenStack現(xiàn)已實現(xiàn)對容器的支持。

OpenStack本身并不具備虛擬化的能力，KVM是其主流的Hypervisor選擇。作為云管理平臺，OpenStack本身不提供虛擬化功能，真正的虛擬化能力是由底層的Hypervisor提供，其支持包括開源的KVM、Xen，也包括廠商的Hyper-V等。但由于最初版本OpenStack的虛擬化技術(shù)即是基于KVM的，兩者都使用相同的開放源理念與開發(fā)方法，因此KVM目前仍是OpenStack主流的Hypervisor選擇。2020年的OpenStack用戶調(diào)查顯示94%的用戶選擇KVM作為Hypervisor。

OpenStack與KVM彼此成就，相互輝映。OpenStack目前已經(jīng)發(fā)展成為全球大的開源云計算管理項目之一，截至2020年其生態(tài)系統(tǒng)已囊擴了超過850家企業(yè)及機構(gòu)，我們認為OpenStack與VMWare實際上的服務器虛擬化時代的兩大主流“云操作系統(tǒng)”。而OpenStack的興起也帶動了KVM的快速發(fā)展，目前KVM已經(jīng)成為全球開源虛擬化技術(shù)中的主流，2020年AWS、華為云宣布將物理服務器的Hypervisor從Xen轉(zhuǎn)為KVM，我們認為未來KVM甚至會進一步挑戰(zhàn)VMWare等廠商在企業(yè)級市場的地位。

容器：正如我們在上一章節(jié)中的討論，目前Docker/Containerd+k8s已經(jīng)成為了全球容器技術(shù)的事實標準，由于開源的容器引擎基本不進行商業(yè)化變現(xiàn)，因此我們對于容器市場的規(guī)模和市場份額討論集中于容器編排管理軟件市場層面，根據(jù)艾瑞咨詢發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，k8s占據(jù)了2019年全球Docker容器編排管理工具份額的77%，市場上大部分的容器編排軟件均是基于k8s的商業(yè)發(fā)行版。

隨著全球容器市場的快速發(fā)展，各廠商積極推動收購及合作。目前全球容器基礎(chǔ)軟件市場份額Top 5分別是Red Hat(于2019年被IBM收購)，Mirantis(于2019年收購Docker)，VMware，Rancher(于2020年被SUSE收購)和Canonical。其中Red Hat推出的OpenShift目前是全球應用最為廣泛的企業(yè)級k8s版本。

傳統(tǒng)虛擬化廠商也在積極擁抱容器技術(shù)。全球容器編排管理軟件收入Top3的紅帽、Mirantis和VMware，目前也推出了具有代表性的虛擬化產(chǎn)品，如VMware的vSphere，Mirantis將原有的OpenStack平臺與K8S融合形成新的云平臺。全球的云廠商等也在積極推出容器產(chǎn)品：如華為云的虛擬化套件Fusion Sphere中包含了支持K8S的Fusion Container容器模塊。云廠商們正致力于將容器技術(shù)與虛擬化技術(shù)結(jié)合以提供系統(tǒng)化的解決方案。

云操作系統(tǒng)的歷史變遷：從服務器虛擬化到容器虛擬化

云基礎(chǔ)軟件的發(fā)展歷程實際上是云操作系統(tǒng)的變遷。傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的定義是管理計算機硬件和軟件資源的計算機程序。在計算資源虛擬化的云計算時代，擔任這一角色的是管理虛擬化硬件資源的Hypervisor、OpenStack或是Kubernetes。回看歷史，我們認為在虛擬化時代，VMWare和OpenStack實際上扮演的就是“云操作系統(tǒng)”的角色;而在未來的云原生時代，Kubernetes有望成為新一代的“云操作系統(tǒng)”。

VMWare與OpenStack是服務器虛擬化時代主要的兩大“云操作系統(tǒng)”。VMWare在產(chǎn)品成熟度和穩(wěn)定性上，目前在企業(yè)級市場依舊占據(jù)主導地位，是數(shù)據(jù)中心虛擬化領(lǐng)域的“王者”;但其封閉的軟件系統(tǒng)架構(gòu)也決定了其并不具有開放性，軟件的發(fā)展路線是完全遵循VMware自身的發(fā)展目標。OpenStack作為開源的系統(tǒng)，其天生的優(yōu)勢在于其多遠化的發(fā)展路線以及廣闊的發(fā)展?jié)摿Γ晨勘姸嘣朴嬎惝a(chǎn)業(yè)巨頭的支持，其在功能完整性、穩(wěn)定性、易用性上近年來也在快速提升，其作為開源項目的中立性也使其成為AWS、阿里云等眾多公有云廠商的選。

Kubernetes是容器虛擬化時代新的“云操作系統(tǒng)”。隨著應用進程容器化部署的普及，負責容器調(diào)度、編排、監(jiān)控的Kubernetes自然成為了容器應用時代重要的“云操作系統(tǒng)”。而從Kubernetes而OpenStack的關(guān)系上看，我們認為目前兩者之間仍是互補大于競爭。Kubernetes面向應用層，實現(xiàn)應用及業(yè)務架構(gòu)的變革;OpenStack 面向資源層，實現(xiàn)資源供給模式的優(yōu)化。短期來看，我們認為OpenStack仍將是構(gòu)建云基礎(chǔ)設施的一個重要工具，與k8s在企業(yè)云及數(shù)據(jù)中心應用中互補共存。

云操作系統(tǒng)的未來展望：Kubernetes邁入云原生時代

Kubernetes是云原生時代的“操作系統(tǒng)”有力的競爭者。虛擬化技術(shù)是云計算的基礎(chǔ)，而容器應用也將是云原生時代的基石。在云原生時代，我們認為容器將是最為基本的進程單位，而負責容器調(diào)度、編排、監(jiān)控的容器編排管理系統(tǒng)(k8s)，實質(zhì)上扮演就是服務器時代操作系統(tǒng)(Linux)的角色，向上調(diào)度編排應用進程，向下調(diào)配管理底層資源。未來如果Kubernetes能夠進一步發(fā)展成熟，解決其現(xiàn)有在多租戶設計方面存在的一些問題，我們認為其將可能進一步發(fā)展成為云原生時代唯一的“操作系統(tǒng)”。

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