Kubernetes Containerd 集成进入 GA 阶段

最近更新于 2019 年 12 月 1 日 7 分钟阅读时长

原文：Kubernetes Containerd Integration Goes GA

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在之前的博客（Containerd Brings More Container Runtime Options for Kubernetes）中，我们介绍了 Kubernetes Containerd 集成的 Alpha 版本。经过六个月的开发，Containerd 的集成现在进入了 GA 阶段，现在可以将 Containerd 1.1 作为容器运行时为生产环境的 Kubernetes 提供支撑了。

Containerd 1.1 支持 Kubernetes 1.10 及以上版本，支持 Kubernetes 的所有特性。目前在 Kubernetes 的测试设施中，Containerd 在 Google 云平台上的测试覆盖已经和 Docker 集成持平了。（参见：Test Dashboard）。

很高兴看到 Containerd 快速成长到今天的这一重要里程碑。阿里云从 Containerd 诞生之初就开始积极的采用 Containerd，开发团队对于简单和健壮的重视，使其完美的运行在我们的无服务器 Kubernetes 产品之中，提供了很好的性能和稳定性。Containerd 无疑将会成为容器世界的核心引擎，并持续创新前行。

Xinwei，阿里云工程师。

架构提升

Kubernetes 的 Containerd 集成架构有两次重大改进，每一次都让整个体系更加稳定和高效。

Containerd 1.0 - CRI-Containerd（已终止）

cri-containerd.png

Containerd 1.0 中，需要一个叫做 cri-containerd 的守护进程，他的功能是提供 Kubelet 和 Containerd 之间的互操作支持。Cri-Containerd 处理来自 Kubelet 的 容器运行时接口（CRI）服务请求，并使用 containerd 来管理容器和容器的镜像。对比之前的 Docker CRI 实现（Dockershim），他清理了整个体系中的一些多余部分。

然而 Cri-containerd 和 Containerd 1.0 还是两个不同的守护进程，相互之间使用 gRPC 进行通信。额外进程给用户的理解和部署都造成了麻烦，并引入了不必要的通信开支。

Containerd 1.1 - CRI 插件（目前）

containerd.png

在 Containerd 1.1 中，Cri-containerd 守护进程进行了重构，成为了 Containerd 的 CRI 插件。CRI 插件处于 Containerd 1.1 内部，缺省启用。和 Cri-containerd 不同，CRI 插件和 Containerd 之间通过直接的程序调用来协同工作。新架构让这一产品更加稳定高效，去除了过程中的 gRPC 开销。用户现在可以直接使用 Containerd 1.1 来支撑 Kubernetes，不再需要 Cri-containerd 守护进程。

性能

Containerd 1.1 的一个主要目标就是提高性能。这里的性能主要指的是 Pod 启动延迟以及守护进程的资源使用情况。

下面的结果是 Containerd 1.1 和 Docker 18.03 CE 之间的对比。Containerd 1.1 集成使用了内置其中的 CRI 插件；Docker 18.03 CE 集成使用的是 Dockershim。

下面的结果是使用 Kubernetes 节点性能 Benchmark 生成的，这个 Benchmark 工具是 Kubernetes 节点端到端测试的一部分。绝大多数的 Containerd 测试结果都是可以在 节点性能 Dashboard 上进行公开访问的。

Pod 启动延迟

“105 pod batch startup benchmark” 结果显示，相对 Docker 18.03 CE 的 dochershim 集成来说，Containerd 1.1 的集成的延迟时间更短（越低越好）。

latency

CPU 和内存

在 105 个 Pod 的稳定状态下，Containerd 1.1 集成消耗的 CPU 和内存都比 Docker 18.03 CE 的 Dockershim 集成要少。这个结果和节点上运行的 Pod 数量关系紧密，之所以选择 105 这个数字，是因为这是目前每节点上运行 Pod 的缺省数量上限。

如下图所示，对比 Docker 18.03 CE 的 Dockershim 集成，Containerd 1.1 集成的 Kubelet CPU 占用降低了 30.89%，容器运行时 CPU 消耗降低了 68.13%，Kubelet 实际使用内存（RSS）降低了 11.30%，容器运行时 RSS 降低了 12.78%。

cpu

memory

crictl

容器运行时命令行接口（CLI）对系统和应用的排错来说是个有用的工具。如果用 Docker 作为 Kubernetes 的容器运行时，系统管理员有时候需要登录到 Kubernetes 节点上去运行 Docker 命令，以便收集系统和应用的信息。例如使用 docker ps 和 docker inspect 检查应用的进程情况，docker images 列出节点上的镜像，或者 docker info 来检查容器运行时的配置等。

对 Containerd 和所有其他的 CRI 兼容的容器运行时，尤其是 Dockershim 来说，我们推荐使用 crictl 作为 Docker CRI 的继任者，用于 Kubernetes 节点上 pod、容器以及镜像的除错工具。

crictl 在 Kubernetes 节点除错方面，提供了类似 Docker CLI 的使用体验， 并且 crictl 能够支持所有 CRI 兼容的容器运行时。这一项目存放于 kubernetes-incubator/cri-tools，目前版本是 v1.0.0-beta.1。crictl 的设计目的是理顺 Docker CLI 的功能，为用户提供更好的过渡体验，但是和 Docker CLI 又不尽相同。下面讲讲两者之间的一些重要区别。

适用范围：crictl 是一个排错工具

crictl 的设计目的是排错，并非 Docker 或者 kubectl 的替代品。Docker 的 CLI 提供了大量的命令，使之成为重要的开发工具，但是在 Kubernetes 节点排错方面，就不尽人意了。有些 Docker 命令在 Kubernetes 上没什么用，例如 docker network 和 docker build；有些甚至会损害系统，比如说 docker rename，crictl 提供了刚好够用的命令来进行节点方面的除错工作，对于生产节点来说，明显会有更好的安全性。

Kubernetes 特性

crictl 提供了一个对 Kubernetes 来说更加友好的容器视角。Docker CLI 并不了解 Kubernetes 的概念，例如 pod 和 namespace，所以他无法提供容器和 Pod 的清晰视图。一个例子就是 docker ps 的混乱输出：过长的 Docker 容器名称、Pause 容器和应用容器混杂在一起：

docker ps

Pause 容器是一个 Pod 的实现手段，每个 Pod 都会有一个 Pause 容器，所以列出 Pod 中包含的容器的时候，没必要把 Pause 容器显示出来。

而 crictl 是为 Kubernetes 设计的，他有不同的一组命令来和 Pod 以及容器进行交互。例如 crictl pods 会列出 Pod 信息，而 crictl ps 只会列出应用容器的信息。所有的信息都以表格形式进行展示。

!crictl-pods.png

关于 crictl 在 containerd 方面的细节，可以参看：

Docker 怎么办？

“切换到 Containerd 是不是说我不能再用 Docker Engine 了？”我们经常听到这个问题，简单的答案就是：NO。

Docker Engine 是在 Containerd 之上构建的。下个版本的 Docker CE 就会使用 Containerd 1.1。当然，也就会有内置的缺省激活的 CRI 插件。这样一来，用户可以选择继续使用 Docker Engine 来做一些 Docker 的事情，也可以配置 Kubernetes 来使用其中的 Containerd，同时 Containerd 还会同时给同一节点上的 Docker Engine 提供支撑。下面的架构图就描述了 Docker Engine 和 Kubelet 共用 Containerd 的情况：

docker ce

既然 Containerd 同时能够给 Kubelet 和 Docker Engine 提供支持，选择了使用 Containerd 集成的用户，得到的不仅仅是新的 Kubernetes 特性、性能和稳定性的增强，他们还会得到保留 Docker Engine 以便用于其他用例的选择。

Containerd 的命名空间机制，让 Kubelet 和 Docker Engine 之间无法互相访问对方的容器和镜像。这样就保证了他们无法互相影响，这样的后果：

  • 用 docker ps 命令无法看到 Kubernetes 创建的容器；而应该使用 crictl ps。反之亦然，用 crictl ps 也是无法看到 Docker CLI 创建的容器。crictl create 以及 crictl runp 命令只用于出错。不推荐在生产节点上手动使用 crictl 启动 Pod 或者容器。
  • docker images 不会看到 Kubernetes 拉回的镜像。同样需要使用 crictl images 命令。反过来用 docker pull、docker load 或者 docker build 生成的镜像，Kubernetes 也是无法看到的。可以使用 crictl pull 命令来替代，可以使用 [ctr](https://github.com/containerd/containerd/blob/master/docs/man/ctr.1.md) cri load 来载入镜像。

总结

  • Containerd 1.1 天然支持 CRI，可以直接给 Kubernetes 使用。
  • Containerd 1.1 满足生产要求。
  • Containerd 1.1 在 Pod 启动延迟和系统资源占用方面具有良好的性能表现。
  • crictl 是用于和 Containerd 1.1 以及其他 cri 兼容的容器运行时进行操作和节点除错的 CLI 工具。
  • 下一个 Docker CE 版本会包含 Containerd 1.1。用户有选择继续使用 Docker 来满足 Kubernetes 之外的容器需求，同时让 Kubernetes 使用来自 Docker 的同样的底层容器运行时。

这里要感谢来自 Google、IBM、Docker、ZTE、ZJU 以及很多其他的个人，让这一产品发展至今。

可以阅读 Release Notes，来了解 Containerd 1.1 详细的变更情况。

尝鲜

要使用 Containerd 作为 Kubernetes 的容器运行时来搭建集群：

贡献

Container CRI 插件是一个开源的 Github 项目，在 Containerd 之内：https://github.com/containerd/cri。我们欢迎任何建议、问题、代码方面的贡献。开发者起步指南提供了如何成为贡献者方面的入门知识。

社区

这个项目的开发和维护是由 Kubernetes SIG-Node 社区和 Containerd 社区联合负责的。我们希望能听到用户的反馈，要加入集群：

containerd kubernetes docker
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崔秀龙

简单，是大师的责任；我们凡夫俗子，能做到清楚就很不容易了。

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