轻量级容器管理工具 Containerd

1. 轻量级容器管理工具 Containerd
2. Containerd的两种安装方式
3. Containerd容器镜像管理
4. Containerd数据持久化和网络管理

1. 前言

早在2016年3月，Docker 1.11的Docker Engine里就包含了containerd，而现在则是把containerd从Docker Engine里彻底剥离出来，作为一个独立的开源项目独立发展，目标是提供一个更加开放、稳定的容器运行基础设施。和原先包含在Docker Engine里containerd相比，独立的containerd将具有更多的功能，可以涵盖整个容器运行时管理的所有需求。
containerd并不是直接面向最终用户的，而是主要用于集成到更上层的系统里，比如Swarm, Kubernetes, Mesos等容器编排系统。
containerd以Daemon的形式运行在系统上，通过暴露底层的gRPC API，上层系统可以通过这些API管理机器上的容器。
每个containerd只负责一台机器，Pull镜像，对容器的操作（启动、停止等），网络，存储都是由containerd完成。具体运行容器由runC负责，实际上只要是符合OCI规范的容器都可以支持。
对于容器编排服务来说，运行时只需要使用containerd+runC，更加轻量，容易管理。
独立之后containerd的特性演进可以和Docker Engine分开，专注容器运行时管理，可以更稳定。

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2. Containerd前世今生

2013年docker公司在推出docker产品后,由于其对全球技术产生了一定的影响力，Google公司明显感觉到自己公司内部所使用的Brog系统江湖地位受到的威胁，希望Docker公司能够与自己联合打造一款开源的容器运行时作为Docker核心依赖，但Docker公司拒绝了；接着Google公司联合RedHat、IBM等公司说服Docker公司把其容器核心技术libcontainer捐给中立社区(OCI,Open Container Intiative)，并更名为runC。
为了进一步遏制Docker在未来技术市场影响力，避免在容器市场上Docker一家独大，Google公司带领导RedHat、IBM等成立了CNCF(Cloud Native Computing Fundation)基金会，即云原生计算基金会。CNCF的目标很明确，既然在容器应用领域无法与Docker相抗衡，那就做Google更有经验的技术市场------大规模容器编排应用场景，Google公司把自己内部使用的Brog系统开源------Kubernetes，也就是我们今天所说的云原生技术生态。

2016年Docker公司推出了Docker Swarm，意在一统Docker生态，让Docker既可以实现容器应用管理，也可以实现大规模容器编排，经过近1年左右时间的市场验证后，发现在容器编排方面无法独立抗衡kubernetes,所以Docker公司于2017年正式宣布原生支持Kubernetes,至此，Docker在大规模容器编排应用市场败下阵来，但是Docker依然不甘心失败，把Docker核心依赖Containerd捐给了CNCF，依此说明Docker依旧是一个PaaS平台。

2020年CNCF基金会宣布Kubernetes 1.20版本将不再仅支持Docker容器管理工具，此事的起因主要也与Docker捐给CNCF基金会的Containerd有关，早期为了实现Kubernetes能够使用Docker实现容器管理，专门在Kubernetes组件中集成一个shim（垫片）技术，用来将Kubernetes容器运行时接口（CRI，Container Runntime Interface）调用翻译成Docker的API,这样就可以很好地使用Docker了，但是随着Kubernetes在全球技术市场的广泛应用，有更多的容器管理工具的出现，它们都想能够借助于Kubernetes被用户所使用，所以就提出标准化容器运行时接口，只要适配了这个接口就可以集成到Kubernetes生态当中，所以Kubernetes取消了对shim的维护，并且由于Containerd技术的成功，可以实现无缝对接Kubernetes，所以接下来Kubernetes容器运行时的主角是Containerd。

3. Containerd架构

3.1 架构图

Containerd设计的目的是为了嵌入到Kubernetes中使用，它是一个工业级的容器运行时，不提供给开发人员和终端用户直接使用，这样就避免了与Docker产生竞争，但事实上，Containerd已经实现大多数容器管理功能，例如：容器生命周期管理、容器镜像传输和管理、容器存储与网络管理等。

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Containerd 采用标准的 C/S 架构
- 服务端通过 GRPC 协议提供稳定的 API
- 客户端通过调用服务端的 API 进行高级的操作
为了实现解耦，Containerd 将不同的职责划分给不同的组件，每个组件就相当于一个子系统（subsystem）。连接不同子系统的组件被称为模块。
Containerd 两大子系统为：
- Bundle : 在 Containerd 中，Bundle 包含了配置、元数据和根文件系统数据，你可以理解为容器的文件系统。而 Bundle 子系统允许用户从镜像中提取和打包 Bundles。
- Runtime : Runtime 子系统用来执行 Bundles，比如创建容器。
其中，每一个子系统的行为都由一个或多个模块协作完成（架构图中的 Core 部分）。每一种类型的模块都以插件的形式集成到 Containerd 中，而且插件之间是相互依赖的。

例如，上图中的每一个长虚线的方框都表示一种类型的插件，包括 Service Plugin、Metadata Plugin、GC Plugin、Runtime Plugin 等，其中 Service Plugin 又会依赖 Metadata Plugin、GC Plugin 和 Runtime Plugin。每一个小方框都表示一个细分的插件，例如 Metadata Plugin 依赖 Containers Plugin、Content Plugin 等。

3.2 常用插件

Content Plugin : 提供对镜像中可寻址内容的访问，所有不可变的内容都被存储在这里。
Snapshot Plugin : 用来管理容器镜像的文件系统快照。镜像中的每一个 layer 都会被解压成文件系统快照，类似于 Docker 中的 graphdriver。
Metrics : 暴露各个组件的监控指标。

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