クラウド コンピューティング、仮想化、コンテナを 1 つの記事で理解する

「クラウド コンピューティング」という言葉は、皆さんもよくご存知だと思います。

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情報技術の発展の主流の傾向として、それは私たちの目の前に頻繁に現れます。それに加えて、OpenStack、Hypervisor、KVM、Docker、K8S などの概念用語もあります。

これらの用語と概念はすべて、クラウド コンピューティング テクノロジの分野に属します。

初心者にとって、これらの概念の具体的な意味を理解するのは簡単ではありません。

そこで、本日のこの記事では、Xiaozaojun がこれらのクラウド コンピューティングの概念とそれらの関係をわかりやすく説明します。それがあなたのスタートに役立つことを願っています。

クラウドコンピューティングとは

これらの奇妙な用語を紹介する前に、まずクラウド コンピューティングについて紹介します。

コンピュータが発明された当時はインターネットはなく、各コンピュータ (PC) はスタンドアロンのマシンでした。

この単一のマシンには、CPU、メモリ、ハードディスク、グラフィック カード、その他のハードウェアが含まれています。ユーザーは、オペレーティング システムとアプリケーション ソフトウェアを 1 台のマシンにインストールして作業を完了します。

その後、インターネットの登場により、スタンドアロンのマシンが情報を交換し、連携できるようになりました。

その後、スタンドアロンマシンの性能がどんどん向上するにつれて、サーバーが登場しました。いくつかのサーバーを集中管理してコンピューター室に配置し、ユーザーがインターネット経由でコンピューター室のコンピューター リソースにアクセスして使用できることを発見しました。

その後、小規模なネットワークが大規模ネットワークとなり、インターネットが誕生しました。小さなコンピュータ室が大きなコンピュータ室になり、IDC（インターネットデータセンター）が誕生しました。

より多くのコンピュータリソースとアプリケーションサービス（Web の閲覧や動画のダウンロードなど）が集中すると、「クラウド コンピューティング」になります。数え切れないほどの大規模なコンピュータルームが「クラウド」になりました。

クラウドコンピューティング

単純すぎると思いますか？心配しないで、さらに深く掘り下げていきましょう。

クラウドコンピューティングの原理は単純です。簡単に言えば、コンピュータのリソースを集中させてインターネット上に置くことです。しかし、クラウド コンピューティングの実装は非常に複雑です。

たとえば、会社の小さなコンピューター室にサーバーを設置し、FTP ダウンロード サービスを開き、それを使用して複数の同僚間で映画を共有するだけであれば、もちろん非常に簡単です。

「ダブル11」タオバオショッピングフェスティバルの場合、世界中の何十億ものユーザーがアリババのタオバオウェブサイトにアクセスし、1日あたり数十PB（1PB = 1024TB = 1024×1024GB）のアクセスと1秒あたり数百GBのトラフィックが発生します...これは、数本のネットワークケーブルと数台のサーバーで解決できるものではありません。

現時点では、円滑な業務運営の要件を満たすために、超大容量、超高同時実行性（同時アクセス）、超高速、超強固なセキュリティを備えたクラウドコンピューティングシステムを設計する必要があります。

これがクラウド コンピューティングの複雑さです。

先ほど申し上げたように、私たちはコンピュータリソースをクラウドに置いています。このコンピュータ リソースは、実際にはいくつかのレベルに分かれています。

*** レベルは *** レベルのハードウェア リソースであり、主に CPU (コンピューティング リソース)、ハードディスク (ストレージ リソース)、ネットワーク カード (ネットワーク リソース) などが含まれます。

2番目のレベルはさらに高度です。 CPU、ハードディスク、ネットワークカードを直接使用する予定はありません。使用する前に、オペレーティング システム (Windows、Linux など) とデータベース ソフトウェアをインストールしてください。

3番目のレベルはさらに高度です。オペレーティング システムなどの基本ソフトウェアだけでなく、FTP サーバー ソフトウェア、オンライン ビデオ サーバー ソフトウェアなどの特定のアプリケーション ソフトウェアもインストールする必要があります。サービスを直接使用できます。

これら 3 つのレベルは、よく耳にする IaaS、PaaS、SaaS です。

SaaS: サービスとしてのソフトウェア

PaaS: サービスとしてのプラットフォーム

IaaS: サービスとしてのインフラストラクチャ

より直感的な別の図を以下に示します。

率直に言えば、Amazon AWS、Alibaba Cloud、Huawei Cloud、Tianyi Cloud、Tencent Cloud など、現在主流のクラウド コンピューティング サービス プロバイダーはすべて、上記の 3 つのレベルのクラウド リソースを提供しています。あなたが望むものは何でも提供してくれます。望むだけ提供します。

続けて、続けて。

Alibaba と Huawei はどのようにして、このように多様で多層的なクラウド コンピューティング サービスを提供しているのでしょうか?

それは人工的に作られたものでしょうか？

8 コア CPU、16 GB のメモリ、500 GB のハード ドライブを搭載したサーバーが必要な場合、Alibaba は組み立てを手伝うエンジニアを手配しますか? CentOS 7.2（Linux 系オペレーティングシステム）と MySQL 5.5.60（データベースシステム）をインストールする場合、Alibaba ではインストールと設定を支援するエンジニアを一時的に手配してくれますか?

これは明らかに不可能であり、人手も時間もかけることができません。

その結果、迅速な呼び出しとリソースの集中管理を担うさまざまなソフトウェアとプラットフォームが存在します。

仮想化とは何か

物理リソースを管理する場合、最初のステップは「仮想化」です。

仮想化はクラウド コンピューティングの基盤です。簡単に言えば、仮想化とは、物理サーバー上で複数の「仮想サーバー」を実行することです。このタイプの仮想サーバーは、仮想マシン (VM) とも呼ばれます。

表面上、これらの仮想マシンは独立したサーバーですが、実際には物理サーバーの CPU、メモリ、ハードウェア、ネットワーク カードなどのリソースを共有しています。

物理マシンは通常、ホスト マシンと呼ばれます。仮想マシンは「クライアント」と呼ばれます。

物理リソースの仮想化作業を誰が完了するのでしょうか?

有名なハイパーバイザーです。

ハイパーバイザーは中国語で「スーパースーパーバイザー」と翻訳され、VMM (仮想マシンモニター) とも呼ばれます。これは特定のソフトウェアではなく、ソフトウェアの種類を表す一般的な用語です。

ハイパーバイザーは 2 つのカテゴリに分けられます。

*** タイプでは、ハイパーバイザーは物理マシン上で直接実行されます。仮想マシンはハイパーバイザー上で実行されます。 2 つ目のタイプは、物理マシンに通常のオペレーティング システム (Linux や Windows など) をインストールし、通常のオペレーティング システム上にハイパーバイザーをインストールして仮想マシンを生成および管理する方法です。

VMware、KVM、Xen、Virtual Box はすべてハイパーバイザーです。

VMware (VMware Workstation) については、誰もがよく知っているはずです。 Linux を学習する場合、多くの人は Windows システムの下に WMware をインストールし、Linux 仮想マシンを作成します。

しかし、本当に強力なのは KVM (カーネルベースの仮想マシン、Linux カーネルに基づく仮想マシン) です。これは現在最も人気があり、最も求められている仮想化ソリューションです。

KVM などのハイパーバイザー ソフトウェアは、実際には CPU の動作をシミュレートする、より低レベルの仮想化機能を提供します。しかし、ユーザーインタラクションは良くなく、使い勝手が悪いです。

したがって、仮想マシンをより適切に管理するには、OpenStack などのクラウド管理プラットフォームが必要です。

以前OpenStackを紹介しました。これは店舗のようなもので、製品（コンピューティング リソース、ストレージ リソース、ネットワーク リソースなど）を管理し、ユーザーに販売する責任がありますが、製品自体を製造することはありません（仮想化機能はありません）。その製品は KVM から来ています。もちろん、KVM を使用しない場合は、Xen などの他のハイパーバイザーを使用することもできます。

OpenStack の管理インターフェースはコマンドラインよりもはるかに優れていますよね?

VM、KVM、OpenStack など、上記で説明した概念は主に IaaS (Infrastructure as a Service) であることを覚えておいてください。これは理解するのが難しくないですよね？

コンテナとは何か

続けてください。

では、コンテナとは何でしょうか?大手企業がよく話題にする Docker と K8S とは何でしょうか?

先ほど仮想化について紹介しました。しばらく仮想化を使用した後、いくつかの問題があることがわかりました。

ユーザーによっては、単純なプログラムや小さなプロセスを実行したいだけの場合もあります。相互干渉を避けるために、仮想マシンを確立する必要があります。仮想マシンを構築すると、当然無駄が多くなり、操作も複雑になり、時間がかかります。

さらに、サービス プログラムを移行する場合は、仮想マシン全体を移行する必要がある場合もあります。当然、移行プロセスも複雑になります。

もっと柔軟かつ高速にする方法はありますか?

はい、これで「コンテナ」が紹介されました。

コンテナも仮想化ですが、「軽量」な仮想化です。その目的は仮想マシンと同じで、「分離された環境」を作成することです。ただし、仮想マシンとは大きく異なります。仮想マシンはオペレーティング システム レベルのリソース分離ですが、コンテナーは基本的にプロセス レベルのリソース分離です。

仮想化とコンテナ

皆さんもよく耳にするDockerは、コンテナを作成するツールであり、アプリケーションコンテナエンジンです。

Docker の中国語の意味は「ドック作業員」です。ロゴは背中にたくさんのコンテナを背負ったクジラです。

従来の仮想マシンと比較すると、Docker には明らかな利点があります。起動は数秒で非常に速く、リソース使用率も高くなります (ホストは同時に数千の Docker コンテナを実行できます)。さらに、占有するスペースも非常に小さいです。仮想マシンでは通常、数 GB から数十 GB の容量が必要ですが、コンテナーでは MB または KB しか必要ありません。

Docker によるコンテナの作成に加えて、コンテナをオーケストレーションするツールも必要です。

このツールはK8Sです。

K8S (Kubernetes) は中国語で操舵手または航海士を意味します。 Kubernetes という単語は非常に長いため、真ん中の 8 文字を 8 に省略して K8S になります。

K8S は、コンテナのオーケストレーション (コンテナの起動、コンテナ アプリケーションの展開、拡張、管理の自動化、コンテナのリサイクル) を主な役割とするコンテナ クラスター管理システムです。

簡単に言えば、K8S はコンテナの乳母のようなものです。コンテナがどのマシン上で実行されるかを管理したり、コンテナの問題を監視したり、コンテナと外部との間の通信を制御したりといった役割を担います。

K8S とコンテナの関係は、次の K8S システム構造図からわかります。

K8S 以外にも、Compose、Marathon、Swarm、Mesos など、コンテナ管理プラットフォームは数多くあります。

Docker と K8S は、インフラストラクチャと物理リソースではなく、アプリケーション層に重点を置いているため、PaaS に属します。わかりますか？

はい、今日はこれで終わりです。このまま続けると、また多くの人がめまいを感じることになると思います。

冒頭でも触れたように、今日は主にKVM、Hypervisor、OpenStack、Docker、K8Sといった用語の意味やクラウドコンピューティングシステムにおける位置づけ、またそれらの関係性について紹介します。クラウド コンピューティングには多くの要件が伴います。同じ要件を達成するためにさまざまなテクノロジが存在します。同じ技術に対して、複数の異なるメーカーが競合していることがよくあります。したがって、多くの概念と名詞が存在し、それらは非常に急速に発展し、変化するでしょう。

いずれにせよ、最も重要な用語と概念を整理することが、クラウド コンピューティングを十分に学習するための第一歩です。