重学容器01: Docker、Containerd、Kubernetes之间的渊源
2021-04-26
话说Kubernetes都要弃用Dockershim了，因此是时候学习Containerd了。 本文先简单整理一下Kubernetes、Docker、Containerd之间的渊源和纠葛。
1.Docker, OCI和Containerd #
这里略过早期Docker的发展历史，大概就是在docker如日中天的时候，社区要搞容器化标准，成立了OCI(Open Container Initiaiv)，OCI主要包含两个规范，一个是容器运行时规范(runtime-spec)，一个是容器镜像规范(image-spec)。
docker的公司也在OCI中，这里略过在推动标准化过程中各大厂各自心里的"小算盘"和"利益考虑"，docker在这个过程中由一个庞然大物逐渐拆分出了containerd、runc等项目，
docker公司将runc捐赠给了OCI，后来将containerd捐赠给了CNCF。
- runc是什么? runc是一个轻量级的命令行工具，可以用它来运行容器。runc遵循OCI标准来创建和运行容器，它算是第一个OCI Runtime标准的参考实现。
- containerd是什么？containerd的自我介绍中说它是一个开放、可靠的容器运行时，实际上它包含了单机运行一个容器运行时的功能。
containerd为了支持多种OCI Runtime实现，内部使用
containerd-shim，shim英文翻译过来是"垫片"的意思，见名知义了，例如为了支持runc，就提供了containerd-shim-runc。
经过上面的发展，docker启动一个容器的过程大致是下图所示的流程:
从上图可以看出，每启动一个容器，实际上是containerd启动了一个containerd-shim-runc进程，即使containerd的挂掉也不会影响到已经启动的容器。
2.Kubernetes, Docker和Containerd #
kubernetes的出现是为了解决容器编排的问题，在早期为了支持多个容器引擎，是在Kubernetes内部对多个容器引擎做兼容，例如kubelet启动一个docker-manager的进程直接调用docker的api进行容器的创建。
后来k8s为了隔离各个容器引擎之间的差异，在docker分出containerd后，k8s也搞出了自己的容器运行时接口(CRI)，CRI的出现是为了统一k8s与不同容器引擎之间交互的接口，与OCI的容器运行时规范不同，CRI更加适合k8s，不仅包含对容器的管理，还引入了k8s中Pod的概念及对Pod生命周期的管理。
k8s开始把containerd接入CRI标准。kubelet通过CRI接口调用docker-shim，进一步调用docker api。此时在每个k8s节点上kubelet大致按下图流程启动容器:
为了更好的将containerd接入到CRI标准中，k8s又搞出了cri-containerd项目，cri-containerd是一个守护进程用来实现kubelet和containerd之间的交互，此时k8s节点上kubelet大致按下图流程启动容器:
在上图中cri-containerd和containerd还是两个独立的进程，他们之间通过gRPC通信，后来在Containerd 1.1时，将cri-containerd改成了Containerd的CRI插件，CRI插件位于containerd内部，这让k8s启动Pod时的通信更加高效，此时k8s节点上kubelet大致按下图流程启动容器:
为了更贴近OCI，k8s又搞了一个轻量级的容器运行时cri-o，所以在k8s"抛弃"dockershim后，可供我们选择的容器运行时有containerd和cri-o。
小结一下kubelet启动容器的发展历程:
1早期: kubelet --> docker-manager --> docker
2中期: kubelet -CRI-> docker-shim --> docker --> containerd --> runc
3中期: kubelet -CRI-> cri-containerd --> containerd --> runc
4当前: kubelet -CRI-> containerd(CRI plugin) --> runc
5当前: kubelet -CRI-> cri-o --> runc
3.总结 #
docker是一个伟大的项目，在理清Kubernetes、Containerd和Docker之间的关系后，可以看出docker为oci贡献了runtime spec的标准参考实现runc，另外oci的image spec镜像规范也是以Docker镜像规范V2为基础制定的，docker还为k8s贡献了一个稳定可靠的容器运行时containerd。 虽然k8s后续将不再支持dockershim，但Docker本身仍然可以作为本地开发、测试和单机容器部署的利器。
大致了解了containerd、runc、docker都是什么后，下一阶段我们一起来学习如何部署containerd这个容器运行时，并体验启动一个containerd容器。