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= 容器与容器编排 =

== 介绍 ==
'''容器'''是一种轻量级的虚拟化技术，允许开发者将应用程序及其依赖项打包到一个可移植的单元中。与传统的虚拟机不同，容器共享宿主机的操作系统内核，因此更加高效和快速。常见的容器技术包括 [[Docker]] 和 [[containerd]]。

'''容器编排'''则是管理多个容器的自动化过程，包括部署、扩展、负载均衡和故障恢复等。[[Kubernetes]]（K8s）是目前最流行的容器编排系统，其他工具如 [[Docker Swarm]] 和 [[Apache Mesos]] 也有一定市场。

== 容器基础 ==
=== 什么是容器？ ===
容器是一种隔离的进程，运行在共享的操作系统内核上。它通过 [[Linux Namespaces]] 和 [[cgroups]] 实现资源隔离和限制。容器镜像是一个只读模板，包含运行应用所需的文件系统、库和配置。

=== Docker 示例 ===
以下是一个简单的 Docker 示例，运行一个 [[Nginx]] 容器：

<syntaxhighlight lang="bash">
# 拉取 Nginx 镜像
docker pull nginx

# 运行容器
docker run -d -p 8080:80 --name my-nginx nginx
</syntaxhighlight>

'''输出：'''
<pre>
Unable to find image 'nginx:latest' locally
latest: Pulling from library/nginx
...
Status: Downloaded newer image for nginx:latest
</pre>

此命令会下载 [[Nginx]] 镜像并在后台运行容器，将宿主机的 8080 端口映射到容器的 80 端口。

== 容器编排 ==
=== 为什么需要容器编排？ ===
当应用由多个容器组成（如微服务架构），手动管理变得复杂。容器编排工具可以：
* 自动化部署和扩展
* 管理服务发现和负载均衡
* 处理故障恢复
* 滚动更新和回滚

=== Kubernetes 基础 ===
[[Kubernetes]] 使用声明式配置管理容器。以下是一个简单的 [[Deployment]] 示例：

<syntaxhighlight lang="yaml">
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80
</syntaxhighlight>

此配置会创建 3 个 [[Nginx]] 容器实例。

=== 架构图 ===
<mermaid>
graph TD
    Master[Master Node] -->|Manages| Node1[Worker Node 1]
    Master -->|Manages| Node2[Worker Node 2]
    Node1 -->|Runs| Pod1[Pod with Containers]
    Node1 -->|Runs| Pod2[Pod with Containers]
    Node2 -->|Runs| Pod3[Pod with Containers]
</mermaid>

== 实际案例 ==
=== 微服务部署 ===
假设有一个电商应用，包含：
* 用户服务（user-service）
* 订单服务（order-service）
* 支付服务（payment-service）

使用 [[Kubernetes]] 部署：

<syntaxhighlight lang="yaml">
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: user-service
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: user-service
  template:
    metadata:
      labels:
        app: user-service
    spec:
      containers:
      - name: user-service
        image: my-registry/user-service:1.0
        ports:
        - containerPort: 8080
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: user-service
spec:
  selector:
    app: user-service
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 8080
</syntaxhighlight>

类似配置可用于其他服务，然后通过 [[Service]] 对象实现服务发现。

== 高级主题 ==
=== 容器网络 ===
容器间通信通常通过：
* [[Overlay 网络]]（如 Docker 的 bridge 网络）
* [[CNI]]（Container Network Interface）插件
* [[Service Mesh]]（如 Istio）

=== 存储管理 ===
容器通常使用：
* [[Volume]]（Docker）
* [[PersistentVolume]]（Kubernetes）
* [[CSI]]（Container Storage Interface）

== 数学表示 ==
容器资源限制可用 [[cgroups]] 控制。CPU 份额计算公式：

<math>
CPU_{share} = \frac{CPU_{weight}}{\sum_{i=1}^{n} CPU_{weight_i}} \times CPU_{total}
</math>

其中 <math>CPU_{weight}</math> 是容器的 CPU 权重。

== 总结 ==
容器和容器编排是现代分布式系统的基石。它们提供了：
* 环境一致性
* 资源效率
* 部署灵活性
* 可扩展性

掌握这些技术对开发云原生应用至关重要。建议从 [[Docker]] 开始实践，然后学习 [[Kubernetes]] 进行编排管理。

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[[Category:分布式系统]]