数人云上海与深圳两地的“容器之mesos/k8s/swarm三国演义”活动第四弹嘉宾分享记录，小数被接连不断的干货搞得头晕目眩，沉浸在技术的海洋中幸福感爆棚！在国内，windows container的应用案例相对较少，携程作为.net应用的大户，率先进行了调研和实际应用，并将成果与大家分享。
罗勇，携程云平台开发经理
负责携程云平台的建设和维护，精通OpenStack、Docker以及Linux/Windows Container等技术领域。
今天的主题是Windows容器。今年下半年，携程开始了对Windows container的调研工作，目前已经取得了一些成果和实际应用案例，现与大家分享，主要内容包括：
携程为何选择使用Windows container？国内对Windows container的了解相对较少，特别是在具体实践方面，本次分享将重点关注Windows container的细节。传统.Net应用的容器化实践、容器的存储、网络和编排。
携程为什么要使用Windows container？
现状：
携程是.Net应用的大户，由技术栈决定，早期的携程应用架构全部基于该平台，线上运行了3000多个核心应用，覆盖了20多个业务部门，这让我们不得不关注这个庞大的系统。平台希望转向Java来分享其红利，但.Net的线上应用无法全部重写；目前90%左右的.Net应用运行在虚拟机上，从虚拟机本身来看，资源使用率并不理想。持续发布和应用上线，从获取机器环境到准备环境再到上线生产，虚拟机模式下的周期较长，扩容速度慢。新一代发布平台的需求是缩短环境准备时间，实现秒级部署，Linux平台的应用很容易实现，但Windows .Net应用在这方面支持较为困难。此外，为了确保生产和测试环境的高度一致性，希望应用发布是单一应用、单一镜像的，最好是一个容器包含尽可能少的系统进程，这样可以将资源隔离的粒度控制在较小范围内，尽量榨取宿主机的资源，同时希望Linux容器和Windows容器的方案尽可能接近，比如网络、存储，不需要两套不同的方案或有大的变化。
一些Windows container的技术细节
最初，携程使用物理机部署应用，为了避免冲突，用户在一个物理机上只部署一个应用。后来认为这种做法太浪费，就部署了多个应用，但这给管理带来了麻烦，应用之间可能产生冲突或相互影响。随后有了虚拟机，虚拟机上可以部署更多应用，且隔离性较好，但虚拟机资源隔离的粒度太粗，于是容器应运而生，能够将一个应用打包，这个包包含了环境配置等，运行起来只是一个进程，又具备一定的隔离性，同时将资源使用的粒度控制得足够细。
Windows container目前支持的系统是Windows Server 2016，该版本于去年10月份正式发布（携程是国内较早一批获得其RTM版本的用户），支持两种Server，一种是Server Core，另一种是Nano Server。Nano Server是微软比较推荐的服务器系统，启动速度非常快，可以大幅缩短计划内维护的宕机时间，通常几秒钟就能启动，不包括硬件检测的时间，几十秒就能启动。目前携程还没有在生产环境中使用Nano Server，目前仅测试了使用Server Core作为容器宿主机系统的情况。需要特别提一下的是，如果宿主机打了补丁或进行了升级，容器也需要进行相应的补丁或升级。当然，不一定立即进行补丁升级，但必须精确找到对应的版本进行升级。
Windows container有两种容器类型，这两种容器都运行在Windows Server 2016上，但还有一种容器方案是在Linux平台上运行.Net Core，这种方案我们也研究过，大家很容易想到它的局限性，只能运行使用.Net技术开发的Windows应用，一些非.Net的应用不支持，因此这个方案被否决了。直接在Windows Server上运行容器的方案更为可靠，该方案有两种类型，Windows Server Container和Hyper-V Container。
有人会问，Hyper-V不就是一个虚拟机技术吗？是的，实际上它有点像虚拟机，但Hyper-V的技术略有不同，速度明显比虚拟机快很多，只是在申请资源或获取资源时，比Windows Server Container稍慢一点，Windows Server Container可能需要3秒，而Hyper-V Container可能需要4到5秒。但资源隔离度较好，类似于虚拟机，微软公有云Azure的容器服务也采用这种容器类型，他们的考虑是公有云上部署的应用不是受信任的，可能会发生“打架”的情况，因此希望隔离得更好一些。
另一个区别是，Windows Server Container的内核是共享的，可以在宿主机上看到每个容器内的进程，这与Linux容器相似，可以直接终止进程。Hyper-V Container宿主机看不见容器内的进程，像一个虚拟机一样。此外，内存资源隔离不同，Windows Server Container的内存可以共享，Hyper-V Container不能共享，Hyper-V Container一旦分配就不能重新修改。对系统应用是信任的，这种比较适合做私有云的一些产品，因为在应用上运行什么东西，这个应用能做什么坏事或相互之间有没有影响，都可以控制，但公有云不能这样做，应用使用率很高，会影响到其他容器。启动速度上也会有差别，一个启动快，一个启动稍慢，当然并不是特别慢。
容器镜像，与Linux容器的镜像类似，可以分层。最下面一层是基础镜像，但基础镜像与Linux有区别。Linux镜像可以自己制作，弄一个系统把它做成镜像，但微软无法自己制作一个Windows container基础镜像。或者说，现在只有Windows Server 2016的镜像，想运行一个2012的系统是不行的。当前系统内核只能支持Win10，可以继续安装想要的东西，比如接着安装Framework，然后在最上面安装应用。
镜像构建也是一样，Windows container与Docker集成较好，可以使用Docker工具的一些命令进行构建，使用Dockerfile来构建一个镜像。registry是镜像可以直接push到一个平台或私有的registry上面，通过Docker pull方式拉下来，Docker run运行起来。
Windows container的镜像，可以在Docker网站上找到关于Windows container的一些基础镜像，拉下来大约有8G左右，在外网上下载可能需要两天。大家可以尝试一下。也可以建立私有的registry，携程采用了VMware开源的Harbor方案，本身没有做太多的修改，直接可以使用。和携程的AD整合后基本上能用了，registry可以将Linux和Windows的镜像都放在一起，两边都能用，都能管理，这部分省掉了很多的内容，不需要做额外的开发，这样Windows和Linux的平台的镜像管理方案是一致的。
传统.Net应用迁移
迁移背景：
之前提到携程有3000多个.Net应用，这些应用每天要不停地发布、测试、编译打包，是一项很大的繁琐工程，有个叫“build”的项目负责这个事情。最初这些运行在虚拟机里，资源使用率很低，白天很忙，晚上使用率很低，有一定的资源浪费，且构建环境也经常不一致。为了积累容器应用使用的经验，我们考虑先把build项目容器化，这意味着.Net应用自己的编译在容器内进行，看能产生什么样的火花。
原来写几千个应用的编译脚本，如果改了一些东西，变更维护的代价是非常大的，尽量这个方案不要使用原来以往用的工具和使用方式，不去动它，最好能够拿过来不怎么修改，就能运行起来。另外，重点看一下像VS2010和VS201这样的工具能不能在容器里运行，实践证明是可以的。然后看MSBuild在容器内是否兼容，支持不同的.Net Framework版本，这些都是比较通用的软件，结果是这些功能都能够支持，另外也包括Python、MVC、GIT等。
迁移收益
首先是环境，编译的环境高度一致，每个环境没有太多的区别，容器拉起来直接运行，提高了编译成功率。其次资源利用率提高了，我们把虚拟机资源砍掉了一半，只需要两台宿主机就能搞定整个携程3000多个.Net应用的编译。编译时长也缩短了，原来用一次构建平均要几分钟，现在90秒左右就能构建完成。
待解决的问题：
图形不支持，这是某些企业想使用Windows container的一个大问题，它本身不支持图形。后台程序没有太大问题，不过有一些依赖图像工具比较难支持。旧应用兼容不是很好。比如遇到MGwin编译出来的包，一旦代码中有调用标准输出的语句程序直接就挂了，遇到这类问题，需要把源码拉下来重新编译，比较有难度。不支持RDP，远程桌面是不能用的，那怎么做到远程访问呢？还好Windows现在支持SSHD安装了，只需要在容器内安装一个SSHD，然后远程SSH去，当然可以使用PowerShell远程的登录方式，两种方案都可以用，SSH方案更统一一些，如果用户当前正在Linux平台上工作，突然想登一个Windows的容器怎么办？当然也可以使用Linux平台的PowerShell工具实现远程登录容器。不支持D盘。携程迁移过来很多老的应用是要安装在D盘的，容器拉起来没有D盘，只有一个C盘。本身Docker有一个volume功能，可以挂一个数据盘，问题是这样会在宿主机上留下一些东西，和宿主机产生耦合，如果容器删除或迁移，宿主机上就留下了脏数据。后来我们为D盘做一个link，相当于D盘可以快捷的方式连到C盘，映射到C盘的某个目录，这样数据都是落地到在容器的磁盘上，如果想在别的地方拉起来这个容器，可以直接push register，就可以在别的地方部署且环境一样。存储&网络&编排
接下来分享Windows container容器的存储、网络、编排方面的技术。
Windows container资源的隔离方式和配置管理API是借用Docker规范，设计理念和Linux Container类似，也支持CPU share的方式去控制资源的分配。内存可以通过quota的方式去分配内存，Disk也能够充分应用到IO的带宽，这一块还没有做非常多严格的测试。关于网络的支持，携程做了很多测试，整体来讲比较不错，问题较少。性能也满足需求，多个容器在一个同一个宿主机上也能尽量用到整个宿主机的带宽。
容器的存储
存储有三种：一种是镜像，镜像本身是一个存储，设计之初定义就不是一个永久的存储，当前容器存储拉掉那个存储就没有了，也不是设计安全的。另外一种存储是volume（卷），可以挂一个数据盘到某一个容器上，在容器里扩展存储空间。同时多个容器也可以挂载宿主机上的一个同一个volume（卷目录），这样大家可以实现NFS一样的效果。最后一类存储是网络存储，比如可以用SMB的方式挂网络盘在容器里面使用，里面如果有万兆的带宽支持还可以玩一下，如果没有万兆带宽的话就不要玩了，它只能放一些冷数据。
容器的网络
相对来讲复杂一些，Windows支持四种网络模型，第一种NAT模式大家比较熟悉，起一个本地或者是数据本地的IP地址，如果你想外网访问的话，把Docker映射出来，这种方式比较适合做一个JOB类型的应用在上面，不需要外边可以访问它，但容器里面可以去下载东西。之前讲的build项目就是用这个网络模型，非常简单，不需要考虑太多网络的模型就可以直接用。
第二种是transparent网络模型，这种模型是现在主要用于生产的模型，首先它是通过mac地址伪装实现数据透传，对网络的性能本身折损也比较少，它也支持把多个工作网卡绑到一个交换机上，然后把这个交换机给容器用。网络模型在容器宿主机以外的机器上看到Windows容器和一台物理机没有什么区别。
还有一种是L2 bridge这种采用OpenStack网络的Flat模式，所用的网络跟宿主机的网络是一样的，和宿主机在同一个网段，这样有很大的局限性，网络和宿主机混在一起没有办法做到多租户隔离，然后网段用光了就完了，适用于比较小的集群。
最后一种是Tunnel mode，没有太多研究这一种，但微软Azure用的这一种网络模型。本身携程为了和虚拟机的很多的品牌网络模型一致，所以这一种没有那么快的推进。
Hyper-V的网络模型
Hyper-V宿主机是2012上面Hyper-V的网络模型，之前要求一台宿主机尽量要4块网卡，为什么要用4块网卡？两块给虚拟机用，另外两块做一些管理，比如对存储用，虚拟机迁移等，可以做宿主机的管理。另一种方式，2016建议的一种网络方式，这里面有一个叫做embed team，内嵌交换机，它的好处是把下面无论是两块还是N块网卡都可以绑在一个bound，然后把这个bound放在一个交换机里面，每个容器port全部放在交换机里面，然后容器给port打相应的vlan tag，这样容器的网就通了。
embed team的好处是不需要要求宿主机一定要有这么多的网卡才可以用，另一个好处是对这些不同的vlan之间做一些流量的控制，携程的container的网络模型也是基于嵌入式交换机上实现的。把宿主机至少两块网卡做了bound，放在一个embed team里面去，另外加一个port给宿主机做管理网卡。容器宿主机相比虚拟机宿主机简单，没有存储和迁移的需求，就不要以额外的划分网络了，如果需要为容器的存储单独挂一个网络的话可以加一个Port做这个事情。不同的网段的这种容器在上面可以再创建不同的Docker，加不同的port，然后容器在里面可以互通，这样的好处就是既实现了多租户、实现了网络隔离，同时和虚拟机包括Linux上面的网络模型是一致的。
容器编排
编排这块通常一个容器部署到多个宿主机上，同时一套应用下来有数据层、业务层、也有web层，这些应用要分开放，它们中间放在哪里需要有一个地方，把整个管起来，也希望这个东西能自动化，本身做编排这些，无论是Swarm、K8S、Mesos都是需要解决的问题。一种方案是用Docker Compose这种方式，适合于单宿主机管理。想编排一下容器，看如何运行，这种方式用Docker Compose就能解决。当然，微软现在对Docker Swarm支持好一些，实现成本比较低，基本上能管，但是性能方面没有做太多的测试，目前一些基本的调度、主机分类等都能用。
为什么携程选择使用Mesos？
因为携程的Linux平台用的也是这套方案做的编排相关的管理，希望有一套方案能够尽量两种容器一致，于是我们的方案采用Mesos加上Marathon对它进行管理，本身它也有一些现成的工具，比如UI等现成的工具都可以用，这部分还在进行测试和研究中。官方下来的包不能直接跑到Windows Server上面，要拿下来重新编译才能用。最终携程是想做到这么简单的一个容器的管理的架构，就是说希望Mesos在里面能够同时管Linux容器和Windows容器，对它进行统一的调度，最大限度的优化这种调度策略，提升使用率，这是最终整体的设计理念。
待解决问题
有一些急迫解决的问题，与大家交流一下。首先Windows container的镜像比较大，在生产环境，如果批量pull base image，网络的带宽会很快被打满，会对业务带宽造成影响。我们需要有一套方案来解决这个问题，如何能够比较“经济”的方式把Based image或者变更的Layer文件下发下去，是后续要解决的问题。
Windows container的监控日志，没有现成的方案，我也有与微软团队交流过，这部分文档非常少，携程之后也会重点解决监控问题。
推行单容器、单应用的发布方式，希望后面能够把各种FAT/UAT/Prod环境之间打通，都可以通过Windows容器方式，秒级发布。
携程有3000多个应用，一旦容器跑起来了，宿主机的规模还是比较可观的，这种情况下，大规模容器如何管理好？这也是后面需要解决的问题。
这是我今天给大家分享的主要内容，谢谢大家！
以上就是.Net大户的选择：Windows Container在携程的应用的详细内容，更多请关注创想鸟其它相关文章！
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