云基礎軟件：虛擬化與容器“誰(shuí)主沉浮”？

以虛擬化及容器為代表的云基礎軟件負責對數據中心存算資源進(jìn)行高效的調配管理，并合理分配給上層應用，實(shí)現“軟件定義數據中心”，成為云計算時(shí)代重要的基礎設施。

在傳統的IT架構中，操作系統扮演著(zhù)管理計算機硬件與軟件資源的重要角色;而隨著(zhù)IT架構進(jìn)入云計算時(shí)代，其所需要的也是對應的“云操作系統”。以及為代表的云基礎軟件負責對數據中心存算資源進(jìn)行高效的調配管理，并合理分配給上層應用，實(shí)現“軟件定義數據中心”，成為云計算時(shí)代重要的基礎設施。

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

從服務(wù)器虛擬化到容器虛擬化，云基礎軟件持續演進(jìn)。虛擬化與容器是兩個(gè)典型的云基礎軟件，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;容器是操作系統層級的虛擬化，面向應用層，變革應用及業(yè)務(wù)架構，而當前的技術(shù)趨勢仍是虛擬化與容器技術(shù)的結合發(fā)展。OpenStack與VMWare是服務(wù)器虛擬化時(shí)代的兩大“云操作系統”，而Kubernetes則隨著(zhù)容器應用的興起逐漸開(kāi)始扮演更為重要的角色，我們認為其將是云原生時(shí)代的“操作系統”有力的競爭者。

軟件信息技術(shù)國產(chǎn)化正在加速進(jìn)入云時(shí)代。隨著(zhù)軟件上云成為大的趨勢，政企機關(guān)、金融機構和各行業(yè)企業(yè)也在主動(dòng)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(jìn)行新一輪的數字化升級。在云端國產(chǎn)化的推動(dòng)下，國內云基礎軟件廠(chǎng)商的空間進(jìn)一步打開(kāi)，從互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)進(jìn)一步拓展到了政府、金融等傳統領(lǐng)域。結合現有的落地案例，我們總結出“云端國產(chǎn)化”在“單機國產(chǎn)化”的基礎上新增的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。

云基礎軟件——軟件定義數據中心

何為軟件定義數據中心?軟件定義數據中心即是在底層硬件架構之上新搭載了一層虛擬的基礎設施，目標是將數據中心所有的物理硬件資源進(jìn)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可伸縮性的問(wèn)題，其內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(luò )(網(wǎng)絡(luò )虛擬化)三大層級。

云基礎軟件是云時(shí)代的“操作系統”，實(shí)現軟件定義數據中心。在傳統的IT架構中，操作系統扮演者管理計算機硬件與軟件資源的角色;而隨著(zhù)IT架構進(jìn)入云計算時(shí)代，其所需要的也是對應的“操作系統”，通過(guò)對計算、存儲、網(wǎng)絡(luò )的虛擬化，對數據中心存算資源進(jìn)行高效的調配管理，并合理分配給上層應用，實(shí)現資源利用效率的最大化。為了實(shí)現軟件定義數據中心，以虛擬化與容器技術(shù)為代表的云基礎軟件應運而生，成為云計算時(shí)代重要的基礎設施。

虛擬化：面向底層基礎設施，實(shí)現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(wù)器層面，由于x86服務(wù)器的設計存在局限性，單次僅能運行一個(gè)操作系統和應用，因此對底層硬件資源的利用率較低。虛擬化技術(shù)實(shí)際上將一臺基礎物理服務(wù)器的CPU、內存、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(shí)現基于單一物理設備運行多個(gè)OS及應用。

虛擬化技術(shù)是云計算的基礎。我們一般所說(shuō)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，最后增加支撐系統后實(shí)現資源的調度與共享的過(guò)程。在中央資源池之上增加一層管理軟件之后，用戶(hù)就可以管控在云中需要使用的基礎架構、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(hù)靈活彈性地按需進(jìn)行計算資源調用。

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內核中的一個(gè)模塊，將Linux內核轉變?yōu)榭蓪?shí)現虛擬化的Hypervisor;QEMU是一套開(kāi)源的模擬處理器，可以獨立模擬出包括CPU、IO設備在內的整臺計算機。由于KVM位于內核空間，用戶(hù)無(wú)法直接控制內核，因此開(kāi)發(fā)者選擇了相對成熟的QEMU技術(shù)，借助用戶(hù)空間的管理工具與其進(jìn)行交互。

KVM和QEMU是相輔相成的關(guān)系。QEMU本身并不依賴(lài)于KVM，但僅靠QEMU自身的虛擬化效率較低。QEMU通過(guò)KVM達到了硬件虛擬化的速度，而KVM則通過(guò)QEMU來(lái)模擬設備，KVM+QEMU才能實(shí)現完整意義上的服務(wù)器虛擬化。在一個(gè)完整的Hypervisor中，KVM的功能是提供內核接口以實(shí)現對CPU、內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、調用進(jìn)行管理。

虛擬化的多種技術(shù)路線(xiàn)

全虛擬化、半虛擬化是兩種典型技術(shù)路線(xiàn)。虛擬化是使得多個(gè)客戶(hù)操作系統(Guest OS)共享原始底層硬件資源的過(guò)程，其核心是如何解決Guest OS發(fā)出的特權指令執行和對宿主機硬件資源的調用問(wèn)題。從X86服務(wù)器的架構來(lái)看，其CPU細分了Ring 0-3四種執行狀態(tài)，其中Ring 0是操作系統內核的執行狀態(tài)——內核態(tài)(Kernel Mode)，Ring 3為用戶(hù)態(tài)(User Mode)，而不同虛擬化技術(shù)之間的核心區別就是Guest OS運行在宿主機CPU的何種執行狀態(tài)之上。

(1) 全虛擬化 vs. 半虛擬化：

兩者之間的核心區別在于是否要對Guest OS的內核進(jìn)行修改。全虛擬化無(wú)需對Guest OS的內核進(jìn)行特殊配置，部署靈活便利且具有較好的兼容性好，但缺點(diǎn)在于Guest OS無(wú)法直接管理底層硬件，通過(guò)hypervisor管理底層硬件需要有轉換開(kāi)銷(xiāo)，性能落后于半虛擬化。半虛擬化過(guò)事先經(jīng)過(guò)修改的客戶(hù)機操作系統內核共享宿主底層硬件來(lái)實(shí)現的，優(yōu)點(diǎn)在于性能但同時(shí)也損失了部署的靈活性和兼容性(無(wú)法支持Windows等閉源操作系統)。

(2) 硬件輔助的虛擬化：

通過(guò)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(jiǎn)化指令的處理過(guò)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(shí)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(jìn)程，操作系統層級的虛擬化

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

容器的本質(zhì)是一個(gè)視圖被隔離，資源受限的進(jìn)程。容器與虛擬機的相同之處在于都是幫助用戶(hù)創(chuàng )造了隔離環(huán)境，但虛擬機與容器的隔離級別不同。虛擬機在操作系統層面實(shí)現隔離，而容器在進(jìn)程級進(jìn)行資源隔離;同時(shí)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(shí)、容器鏡像、容器引擎

容器 = Cgroup(資源控制)+Namespace(訪(fǎng)問(wèn)隔離)+rootfs(文件系統隔離)+容器引擎(用戶(hù)態(tài)工具)。Cgroups與Namespace是容器技術(shù)所應用到的兩個(gè)Linux內核的關(guān)鍵特性，Namespace的主要使用是實(shí)現進(jìn)程的隔離，而Crgourps則負責限制分配給進(jìn)程的硬件資源，由Namespace+Cgroups 構成的隔離環(huán)境也被稱(chēng)為@quot;容器運行時(shí)@quot;;rootfs作為L(cháng)inux根文件管理系統，主要負責為容器進(jìn)程提供隔離后執行環(huán)境的文件系統，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(jìn)行管理。容器負責與內核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(jìn)行集成。容器引擎的功能是對容器生命周期進(jìn)行管理，包括鏡像管理(Image service)、運行管理(runtime service)、容器網(wǎng)絡(luò )(CNI)等;而上層的容器編排管理系統(如知名的Kubernetes項目“k8s”)則會(huì )通過(guò)CRI接口對容器引擎進(jìn)行調用。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

容器編排是從容器向容器云跨越的關(guān)鍵。在實(shí)際應用的過(guò)程中，通常會(huì )由大量容器構建成容器集群，以支撐復雜的應用程序體系結構，此時(shí)便需要相應的系統對容器集群進(jìn)行統一的編排、管理、調度。以k8s為代表的容器編排管理系統在容器引擎的基礎上，為容器化的應用提供部署運行、資源調度、服務(wù)發(fā)現和動(dòng)態(tài)伸縮等一系列完整功能，提高了大規模容器集群管理的便捷性。從一個(gè)開(kāi)發(fā)者和單一的容器鏡像，到無(wú)數開(kāi)發(fā)者和龐大的容器集群，容器技術(shù)實(shí)現了從@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(shí)標準。Kubernetes(簡(jiǎn)稱(chēng)k8s)是由Google在2014年發(fā)起的開(kāi)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(kāi)始迅速拉開(kāi)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(chǎng)商均提供基于 k8s的容器服務(wù);Red Hat、Rancher、IBM、Mirantis等廠(chǎng)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(xiàn)。

Kubernetes是云原生時(shí)代新的“操作系統”。k8s集群由Master節點(diǎn)和Node節點(diǎn)構成：Master節點(diǎn)主要負責管理和控制，包括API Server(對外接口)、Scheduler(資管調度)、Controller Manager(管理控制器);Node節點(diǎn)主要是工作負載節點(diǎn)，包含Pod(基本操作單元，內部封裝容器)、Docker(容器引擎)、Kubulet(負責Pod的監視)。在應用容器化部署的云原生時(shí)代，k8s可以實(shí)現對容器集群的自動(dòng)化部署、自動(dòng)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以及云原生時(shí)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CNCF社區，之后數年中CNCF逐漸發(fā)展壯大，而Docker由于現實(shí)問(wèn)題也逐步放棄開(kāi)源社區，在2017年將Containerd捐贈給CNCF，并在Docker企業(yè)版中內置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(gè)項目，按功能分為29個(gè)模塊，分屬與9中不同類(lèi)別(應用定義與開(kāi)發(fā)、編排與管理、運行時(shí)、配置、平臺、可觀(guān)察性與分析、Serverless、會(huì )員和其它)，這1,381個(gè)項目共同構建起了恢宏的“云原生世界”。

虛擬機與容器：當前趨勢仍是結合應用下的共同發(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架構下，在虛擬服務(wù)器上運行單個(gè)應用程序意味著(zhù)需要運行完整操作系統(Guest OS)及依賴(lài)環(huán)境，這為主機增加了大量的系統資源消耗。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(gè)應用程序可通過(guò)容器技術(shù)共享操作系統內核，進(jìn)一步提高了資源利用率;同時(shí)容器在應用遷移、快速拓展以及持續集成和持續部署(CI/CD)實(shí)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(jiǎn)單性：基于Hypervisor的虛擬機可以實(shí)現系統層面的資源隔離，虛擬機之間完全獨立，安全性高，可用于備份、容災;而容器實(shí)際上僅實(shí)現了應用層面的隔離，安全和穩定性相對較低。尤其是在多租戶(hù)的環(huán)節下，由于不同容器共享主機的內核，如果某個(gè)容器應用需要配置內核參數，則會(huì )導致“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。此外，虛擬化技術(shù)經(jīng)過(guò)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(shí)雙層架構也具備運維上更加簡(jiǎn)單的優(yōu)勢。

用戶(hù)可根據自身的偏好來(lái)選擇適合的云資源管理方案。在實(shí)際應用的過(guò)程中，注重于安全性、穩定性的用戶(hù)往往仍會(huì )以Hypervisor作為主要的“云操作系統”以實(shí)現對底層計算資源的管理，比如金融、運營(yíng)商等傳統行業(yè)在大量使用傳統的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的客戶(hù)，Docker/Containerd+k8s的容器方案是更優(yōu)解，事實(shí)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，傳統行業(yè)的應用廠(chǎng)商也在積極的對新一代引用進(jìn)行容器化改造，我們相信容器的普及和滲透只是時(shí)間問(wèn)題。

容器與虛擬機的結合應用仍是當前主流

容器與虛擬機在公有云多租戶(hù)場(chǎng)景中通常是結合應用的。從云計算的概念提出開(kāi)始，虛擬機一直是云平臺的基礎，平臺的本身服務(wù)以及用戶(hù)的使用基本都是從通用虛擬機的創(chuàng )建開(kāi)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點(diǎn)，然后再在基于虛擬機Guest OS創(chuàng )建容器應用，如圖表18左側就是常見(jiàn)的公有云容器服務(wù)的提供形式。

安全容器進(jìn)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(hù)場(chǎng)景中，上述方案面臨的問(wèn)題是相同主機需要運行不同租戶(hù)的應用，而容器的隔離級別依然采用了共內核的機制，導致了其存在著(zhù)廣泛的攻擊面。而所謂的安全容器，則是通過(guò)硬件虛擬化等技術(shù)實(shí)現對各個(gè)容器內核層面的隔離，每一個(gè)容器都是基于一個(gè)獨立的內核實(shí)例來(lái)，形成一個(gè)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(dòng)速度、內存開(kāi)銷(xiāo)等性能指標上也高度接近容器;同時(shí)安全容器通過(guò)引入虛擬機級別的隔離，顯著(zhù)提升了容器的隔離層級和安全性。目前行業(yè)中常見(jiàn)的安全容器實(shí)現方式包括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。

云基礎軟件的演變——歷史變遷與未來(lái)趨勢

云基礎軟件的市場(chǎng)現狀：虛擬化進(jìn)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(chǎng)規模趨于穩定。根據Statista數據，全球虛擬化市場(chǎng)規模將從2018年的57億美元增長(cháng)至2025年的90億美元，2018-2025年CAGR為7%。Spicework的調查顯示，2020年已有92%的企業(yè)使用服務(wù)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(chǎng)增長(cháng)放緩。

容器應用快速普及，市場(chǎng)規模持續增長(cháng)。根據Gartner預測，全球容器編排系統市場(chǎng)國模將從2020年的4.7億美元的增長(cháng)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(cháng)，Gartner預計2022年超過(guò)75%的全球企業(yè)將在運營(yíng)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)應用程序將在容器環(huán)境中運行，這一比例在2020年小于5%。

全球云基礎軟件的主要玩家

虛擬化：全球虛擬化市場(chǎng)的主要參與者可以被劃分為兩派——開(kāi)源和閉源。其中VMWare及微軟是閉源虛擬化軟件廠(chǎng)商中的代表，而剩下大部分的廠(chǎng)商的產(chǎn)品則是基于開(kāi)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(gè)基于x86服務(wù)器提供服務(wù)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，可內嵌于Windows系統中，用戶(hù)可選擇免費發(fā)布版或付費企業(yè)版。

? 開(kāi)源虛擬化的代表是KVM和Xen：KVM是內嵌于Linux內核中的開(kāi)源虛擬化技術(shù)，可將Linux操作系統轉為T(mén)ype I Hypervisor。RedHat、Oracle等廠(chǎng)商是基于KVM虛擬化領(lǐng)域的領(lǐng)導者，同時(shí)AWS、阿里云、華為云等云廠(chǎng)商也主要是提供基于KVM的虛擬化服務(wù)。Xen是一種由劍橋大學(xué)研發(fā)的半虛擬化技術(shù)，2005年，經(jīng)過(guò)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(wù)器虛擬化產(chǎn)品XenServer繼續開(kāi)源。

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

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

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(kāi)源的KVM、Xen，也包括廠(chǎng)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(kāi)放源理念與開(kāi)發(fā)方法，因此KVM目前仍是OpenStack主流的Hypervisor選擇。2020年的OpenStack用戶(hù)調查顯示94%的用戶(hù)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)展成為全球最大的開(kāi)源云計算管理項目之一，截至2020年其生態(tài)系統已囊擴了超過(guò)850家企業(yè)及機構，我們認為OpenStack與VMWare實(shí)際上的服務(wù)器虛擬化時(shí)代的兩大主流“云操作系統”。而OpenStack的興起也帶動(dòng)了KVM的快速發(fā)展，目前KVM已經(jīng)成為全球開(kāi)源虛擬化技術(shù)中的主流，2020年AWS、華為云宣布將物理服務(wù)器的Hypervisor從Xen轉為KVM，我們認為未來(lái)KVM甚至會(huì )進(jìn)一步挑戰VMWare等廠(chǎng)商在企業(yè)級市場(chǎng)的地位。

容器：正如我們在上一章節中的討論，目前Docker/Containerd+k8s已經(jīng)成為了全球容器技術(shù)的事實(shí)標準，由于開(kāi)源的容器引擎基本不進(jìn)行商業(yè)化變現，因此我們對于容器市場(chǎng)的規模和市場(chǎng)份額討論集中于容器編排管理軟件市場(chǎng)層面，根據艾瑞咨詢(xún)發(fā)布的數據顯示，k8s占據了2019年全球Docker容器編排管理工具份額的77%，市場(chǎng)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(zhù)全球容器市場(chǎng)的快速發(fā)展，各廠(chǎng)商積極推動(dòng)收購及合作。目前全球容器基礎軟件市場(chǎng)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。

傳統虛擬化廠(chǎng)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。全球領(lǐng)先的云廠(chǎng)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(chǎng)商們正致力于將容器技術(shù)與虛擬化技術(shù)結合以提供系統化的解決方案。

云操作系統的歷史變遷：從服務(wù)器虛擬化到容器虛擬化

云基礎軟件的發(fā)展歷程實(shí)際上是云操作系統的變遷。傳統操作系統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(shí)代，擔任這一角色的是管理虛擬化硬件資源的Hypervisor、OpenStack或是Kubernetes?；乜礆v史，我們認為在虛擬化時(shí)代，VMWare和OpenStack實(shí)際上扮演的就是“云操作系統”的角色;而在未來(lái)的云原生時(shí)代，Kubernetes有望成為新一代的“云操作系統”。

VMWare與OpenStack是服務(wù)器虛擬化時(shí)代主要的兩大“云操作系統”。VMWare在產(chǎn)品成熟度和穩定性上領(lǐng)先，目前在企業(yè)級市場(chǎng)依舊占據主導地位，是數據中心虛擬化領(lǐng)域的“王者”;但其封閉的軟件系統架構也決定了其并不具有開(kāi)放性，軟件的發(fā)展路線(xiàn)是完全遵循VMware自身的發(fā)展目標。OpenStack作為開(kāi)源的系統，其天生的優(yōu)勢在于其多遠化的發(fā)展路線(xiàn)以及廣闊的發(fā)展潛力，背靠眾多云計算產(chǎn)業(yè)巨頭的支持，其在功能完整性、穩定性、易用性上近年來(lái)也在快速提升，其作為開(kāi)源項目的中立性也使其成為AWS、阿里云等眾多公有云廠(chǎng)商的首選。

Kubernetes是容器虛擬化時(shí)代新的“云操作系統”。隨著(zhù)應用進(jìn)程容器化部署的普及，負責容器調度、編排、監控的Kubernetes自然成為了容器應用時(shí)代重要的“云操作系統”。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(shí)現應用及業(yè)務(wù)架構的變革;OpenStack 面向資源層，實(shí)現資源供給模式的優(yōu)化。短期來(lái)看，我們認為OpenStack仍將是構建云基礎設施的一個(gè)重要工具，與k8s在企業(yè)云及數據中心應用中互補共存。

云操作系統的未來(lái)展望：Kubernetes邁入云原生時(shí)代

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