容器虚拟化技术是一种有效的将单个操作系统的资源划分到独立的组中的技术，以便更好地在独立的组之间平衡有冲突的资源使用需求。这种技术通过“伪造”操作系统的接口，将函数库层以上的功能置于操作系统上，从而实现应用程序级别的虚拟化。容器提供了将应用程序的代码、运行时、系统工具、系统库和配置打包到一个实例中的标准方法，容器共享一个内核（操作系统），它安装在硬件上。与虚拟机技术相比，容器化技术体积更小，理论上占用资源更少，因为它直接在宿主机操作系统的基础上开启一个进程，各个容器共享宿主机的硬件资源和操作系统，可以实现资源的动态分配，并且启动容器就是启动一个进程，速度很快，应用程序直接在各个容器内运行，互不影响，资源和时间开销都很低。

容器虚拟化技术的主要特点包括：

1、 轻量级：容器虚拟化不需要为每个容器运行完整的操作系统，它们共享主机的操作系统内核，因此容器的启动和停止时间更快，资源占用更少。

2、 高性能：由于容器共享主机的操作系统内核，容器化应用程序直接运行在宿主操作系统上，无需额外的虚拟化层，因此具有较低的性能开销。

3、 可移植性：容器化应用程序打包成容器镜像，镜像包含了应用程序及其所有依赖项，可以在不同的环境中进行部署和迁移，实现了应用程序的可移植性。

4、 灵活性：容器化应用程序可以快速启动、停止和扩展，容器之间的资源隔离程度可根据需求进行调整，从而实现灵活的资源管理。

5、 管理简单：容器虚拟化技术提供了丰富的工具和平台来管理容器，如Docker和Kubernetes等，这些工具可以简化容器的创建、部署、监控和扩展等操作。

容器虚拟化技术在云计算、微服务架构和持续集成/持续交付 (CI/CD) 等场景中得到广泛应用。它提供了一种轻量级、灵活和高效的应用程序部署和管理方式，帮助企业实现快速交付和高可用性的应用程序环境。

容器技术已经引起了业内的广泛关注，有充分的证据表明，容器技术能够大大提升工作效率。

虚拟化技术已经成为一种被大家广泛认可的服务器资源共享方式，它可以在按需构建操作系统实例的过程当中为系统管理员提供极大的灵活性。由于hypervisor虚拟化技术仍然存在一些性能和资源使用效率方面的问题，因此出现了一种称为容器（Container）的新型虚拟化技术来帮助解决这些问题。

起初，大家普遍认为基于hypervisor的方式可以在最大程度上提供灵活性。所有虚拟机实例都能够运行任何其所支持的操作系统，而不受其他实例的影响。然而，越来越多的用户发现hypervisor提供这样一种广泛支持的特性其实是在给自己制造麻烦。对于hypervisor环境来说，每个虚拟机实例都需要运行客户端操作系统的完整副本以及其中包含的大量应用程序。从实际运行的角度来说，由此产生的沉重负载将会影响其工作效率及性能表现。

首先，每种操作系统和应用程序堆栈都需要使用DRAM。对于多个运行简单应用程序的小型虚拟机实例来说，这种方式可能产生很大的系统开销，降低性能表现。加载并卸载这些堆栈镜像需要花费很长时间，并且还会增加容器技术服务器的网络连接数量。对于极端情况来说，如果用户在上午9点同时启动上千台虚拟桌面，还有可能导致网络风暴的发生。

部署虚拟服务器的目的之一在于快速创建新的虚拟机实例。然而从网络存储当中复制镜像需要花费大量时间，这些操作会延长启动过程，无疑会限制系统灵活性。

因此我们可以选择使用容器技术。只需要通过简单的观察我们便能够发现容器技术的出现是为了解决多操作系统/应用程序堆栈的问题：

• 在单台服务器当中为所有虚拟机实例使用相同的操作系统对于大部分数据中心来说都不算是真正的限制。流程管理（Orchestration）可以轻松处理这种变化

• 许多应用程序堆栈都是相同的（如LAMP）

• 对于大规模集群来说，在本地硬盘当中存储操作系统副本将会使得更新过程变得更为复杂

最为重要的是，容器技术可以同时将操作系统镜像和应用程序加载到内存当中。还可以从网络磁盘进行加载，因为同时启动几十台镜像不会对网络和存储带来很大负载。之后的镜像创建过程只需要指向通用镜像，大大减少了所需内存。

容器技术能够在同一台服务器上创建相比于之前两倍的虚拟机实例数量，因此无疑将会降低系统总投入。但是必须认真进行规划，因为双倍的实例数量同样意味着对于运行这些实例的服务器带来了双倍的I/O负载。

我们需要了解除了避免可能发生的启动风暴之外，容器技术是否还有任何其他性能方面的优势。能否改进IOPS？能够提升网络连接效率并且降低容器间的延迟，解决伴随实例数量增加而产生的问题？

美国某传统服务器大厂商的某实验室完成了至今为止大部分权威实验，其研究结果表明容器技术相比于hypervisor，容器技术的许多关键指标都有重大改进。在进行的所有测试当中，容器技术几乎拥有和本地平台一样的运行速度，尽管网络延迟测试还没有完成。

上述厂商的研究表明容器技术在多个领域当中都比hypervisor拥有更好的性能表现。容器技术的运行速度几乎是hypervisor的两倍，在评分当中非常接近于本地操作系统。在和KVM的对比当中，容器技术在硬盘随机读取(84,000 vs 48,000 IOPS)和写入(110,000 vs 60,000 IOPS )方面拥有非常优秀的表现，如果使用本地固态硬盘可以实现更好的SQL性能表现。

高性能计算(HPC)社区也在转而使用虚拟化和容器技术。一项由巴西天主教大学进行的研究已经取得了一定成果。

“如果可以降低基本的系统开销（比如CPU、内存、硬盘和网络），那么HPC无疑会选择使用虚拟化系统，”研究人员表示。“从这个角度来说，我们发现所有基于容器的系统在CPU、内存、硬盘和网络方面都拥有接近于本地操作系统的性能表现。”

为了扩展适用范围，容器技术仍然需要在安全方面不断改进，我们可以看到的是这种方式可以解决hypervisor虚拟化当中的大多数性能问题。再加上更加轻松和快捷的部署方式，容器技术将会在不久的将来占据虚拟化市场。 [1]