Docker、Kubernetes 和 Podman 在系统设计面试中有何区别？

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大家好，如果您正在准备技术面试，那么您必须为 Docker 和 Kubernetes 等容器技术做好准备，因为容器现在用于部署大多数应用程序，包括微服务和整体应用程序。

如今，系统设计和软件开发人员面试中最常见的问题之一是Docker、Kubernetes 和 Podman 之间的区别？ 它们是什么以及何时使用它们。

过去，我曾讨论过系统设计问题，例如API 网关与负载均衡器、水平扩展与垂直扩展、正向代理与反向代理，今天，我将回答 Docker、Kubernetes 和 Podman 之间的区别。

Docker、Kubernetes 和 Podman 都是流行的容器化工具，允许开发人员和 DevOps 以一致且高效的方式打包和部署应用程序。

Docker是一个流行的容器化平台，允许开发人员在容器中创建、部署和运行应用程序。

Docker 提供了一组工具和 API，使开发人员能够构建和管理容器化应用程序，包括 Docker Engine、Docker Hub 和 Docker Compose。

另一方面，Kubernetes是一个开源容器编排平台，可自动执行容器化应用程序的部署、扩展和管理。

Kubernetes 还提供了一组 API 和工具，使开发人员能够跨多个主机和环境大规模部署和管理容器化应用程序。

此外，Podman是一款相对较新的容器化工具，与 Docker 类似，但架构不同。Podman 不需要守护进程来运行容器，并且与 Docker 镜像和镜像仓库兼容。

Podman 提供了一个简单的命令行界面来创建和管理容器，在许多情况下它可以用作 Docker 的替代品。

现在我们已经对它们是什么以及它们的作用有了基本的了解，让我们深入了解它们，了解它们是如何工作的。

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Docker 是什么？它是如何工作的？

正如我所说，Docker 是一个开源平台，使开发人员能够自动部署和管理容器内的应用程序。

它提供了一种将应用程序及其依赖项打包到称为容器的标准化单元中的方法，该单元可以在任何兼容系统上运行，而无需担心操作系统或底层基础设施的差异。

以下是作为开发人员或 DevOps 工程师应该了解的一些重要的 Docker 概念：

1. 容器化
Docker 利用容器化技术创建用于运行应用程序的隔离环境（称为容器）。容器是轻量级的，封装了运行应用程序所需的应用程序代码、运行时、系统工具、库和依赖项。

这使得应用程序能够在不同的环境中一致地运行，确保它们无论底层系统如何都表现相同。

2. Docker 镜像
Docker 镜像是创建容器的模板，它是一个只读快照，包含应用程序代码和所有必要的依赖项。

Docker 镜像是使用 创建的Docker file，它是一个文本文件，其中指定了构建镜像的步骤。 中的每个步骤Dockerfile代表镜像中的一个层，从而可以高效地存储和共享镜像。

3. Docker 引擎
Docker 引擎是 Docker 的核心组件，负责基于 Docker 镜像构建和运行容器。Docker 引擎包含一个管理容器的服务器和一个允许用户与 Docker 交互的命令行界面 (CLI)。

4. Docker 镜像仓库
Docker 镜像可以存储在镜像仓库中，例如 Docker Hub 或私有镜像仓库。镜像仓库是一个集中式Docker镜像存储库，方便在不同系统之间共享和分发镜像。开发者可以从镜像仓库中拉取预先构建的镜像，也可以推送自定义镜像供其他人使用。

5. 容器生命周期：
为了运行应用程序，Docker会从镜像创建一个容器。容器是独立的，拥有自己的文件系统、进程和网络接口。

它们可以根据需要启动、停止、暂停和删除。Docker 提供了一组命令和 API 来管理容器的生命周期，从而可以轻松扩展、更新和监控。

6. 容器编排Docker
本身 不仅提供容器管理功能，还能与 Kubernetes 等容器编排平台无缝协作。

这些平台可以管理大型容器集群，处理负载平衡、扩展和跨多个主机的自动部署等任务。

总的来说，Docker 利用容器技术简化了应用程序的打包、分发和运行过程。它可以帮助开发人员实现应用程序的一致性、可移植性和可扩展性，使其成为现代软件开发和部署工作流程中的热门选择。

这也是ByteByteGo提供的一张精美图表，重点介绍了 Docker 的关键组件及其工作原理：

什么是 Kubernetes？它是如何工作的？

Docker 和 Kubernetes 就像兄弟一样，经常被并列提及，但它们之间却有很大区别。Kubernetes是一个开源容器编排平台，可以自动执行容器化应用程序的部署、扩展和管理。

它提供了一个在机器集群上运行和协调多个容器的框架，使得管理复杂的分布式系统变得更加容易。

以下是我认为每个开发人员或 DevOps 都应该学习和了解的重要 Kubernetes 或 K8 概念：

1. 集群架构
Kubernetes 采用集群架构，由一个主节点和多个工作节点组成，主节点负责管理集群并协调整体操作，工作节点负责运行容器。

2. Pod
Kubernetes 中的基本部署单元是 Pod。Pod 是一个或多个容器的逻辑组，这些容器位于同一位置并共享相同的资源，例如网络命名空间和存储。

Pod 内的容器可以通过 localhost 相互通信。Pod 被视为临时单元，可以轻松创建、更新或终止。

3. 副本集和部署
副本集定义在任何给定时间运行的相同 pod 副本的所需数量。

它们通过自动管理和维护所需数量的 pod 实例来确保高可用性和可扩展性。

部署是一种更高级别的抽象，允许您以声明方式管理和更新副本集，从而实现应用程序版本的无缝滚动更新和回滚。

4. 服务
Kubernetes 服务提供稳定的网络端点来连接一组 Pod。它们支持负载均衡，并将 Pod 内的容器暴露给其他服务或外部客户端。

服务抽象了底层的 pod 实例，允许应用程序与其他组件通信，而不必担心它们的动态特性。

5. 标签和选择器
Kubernetes 使用标签和选择器来实现对象的灵活动态分组和选择。标签是附加到 Pod、部署、服务和其他 Kubernetes 对象的键值对。

选择器用于根据标签过滤和匹配对象，从而允许有针对性的操作和相关资源的分组。

6. 伸缩和自动伸缩
Kubernetes 允许你通过调整 Pod 副本数量来扩展应用程序。水平 Pod 自动伸缩 (HPA) 是一项功能，它可以根据资源利用率指标（例如 CPU 或内存使用情况）自动伸缩 Pod 副本数量。

7. 容器网络
Kubernetes 还管理 Pod 和节点之间的网络。每个 Pod 都有自己的 IP 地址，Pod 内的容器可以使用 相互通信localhost。

Kubernetes 提供了网络插件，以促进容器联网并实现跨 pod 和集群的通信。

8. 集群管理
Kubernetes 还提供广泛的集群管理功能，包括滚动更新、机密管理、配置管理和健康监控。

它提供了一种声明式方法来定义系统的期望状态，从而允许 Kubernetes 持续监控并协调实际状态与期望状态。

9. 容器存储
Kubernetes 支持各种存储选项，包括持久卷和存储类。持久卷提供了一种将存储与 Pod 生命周期分离的方法，从而实现数据持久性，并在 Pod 和容器重启时共享数据。

通过抽象大规模管理容器的复杂性，Kubernetes 使开发人员能够专注于应用程序逻辑而不是基础设施管理。

它为部署和管理容器化应用程序提供了一个强大且可扩展的平台，使其成为构建现代云原生系统的热门选择。

这里有一张很好的图表，展示了 K8 或 Kubernetes 的不同组件以及它们如何协同工作：

什么是 Podman？它是如何工作的？

既然您已经了解了什么是 Docker 和 Kuberntes，那么现在是时候看看另一个流行的工具 Podman 了，它通常被视为 Docker 的替代品。

Podman 是一个开源容器运行时和管理工具，它提供了用于管理容器的命令行界面 (CLI)。

它旨在成为 Docker 的兼容替代方案，提供与 Docker 兼容的 API，并允许熟悉 Docker 的用户轻松过渡*。Podman 旨在提供安全、轻量级的容器体验。

以下是 Podman 的工作原理和您应该了解的重要 Podman 概念的概述：

1. 容器运行时
Podman 是一个容器运行时，这意味着它可以创建和运行容器。它使用与开放容器倡议 (OCI) 兼容的容器格式，这确保了与其他容器运行时的兼容性，并允许 Podman 运行符合 OCI 标准的容器。

2. CLI 兼容性
Podman 的 CLI 旨在让 Docker 用户熟悉。它提供与 Docker CLI 类似的命令，使用户可以轻松管理容器、镜像、卷和网络。

这种兼容性使开发人员和系统管理员可以更轻松地从 Docker 过渡到 Podman，而无需对其工作流程进行重大更改。

3. 无根容器
Podman 的一个显著特点是它支持无根容器，允许非 root 用户运行容器而无需特权访问。

通过将容器与主机系统隔离并降低容器逃逸的风险，这增强了安全性。

4. 容器管理
Podman 提供了一系列管理功能，例如创建、启动、停止和删除容器。它支持网络配置，允许容器彼此之间以及与主机系统进行通信。

Podman 还提供管理容器卷、环境变量和资源限制的选项。

5. 容器镜像
与 Docker 类似，Podman 依赖容器镜像作为创建容器的基础。它可以从各种容器注册中心（包括 Docker Hub）拉取和推送容器镜像。Podman 还可以使用 Dockerfile 在本地构建镜像，或从其他容器运行时导入镜像。

6. Pod 支持
Podman 超越了单个容器，并支持类似于 Kubernetes 的 Pod 概念。Pod 是一组共享相同网络命名空间和资源的容器。

Podman 允许用户创建和管理 pod，从而实现容器之间更复杂的部署和通信模式。

7. 与编排平台集成
Podman 不仅可以用作独立的容器运行时，还可以与 Kubernetes 等容器编排平台集成。它可以充当 Kubernetes Pod 的容器运行时，让用户在 Kubernetes 集群中充分利用 Podman 的功能和兼容性。

8. 安全重点
Podman 非常重视安全性。它支持用户命名空间映射等功能，该功能将容器用户 ID 映射到主机上的非 root 用户 ID，从而增强容器隔离性。

Podman 还集成了 SELinux 和 seccomp 配置文件等安全增强技术，以提供额外的保护层。

Podman 旨在为 Docker 用户提供无缝过渡，同时强调安全性和轻量级容器管理。

它提供兼容性、灵活性和用户友好的 CLI，使其成为寻求替代容器运行时的人们的一个有吸引力的选择。

Docker、Kubernetes 和 Podman 之间有什么区别？

以下是 Docker、Kubernetes 和 Podman 之间的主要区别，我从不同方面对它们进行了比较，主要是这些工具各自提供的特性和功能，例如容器化和容器管理等。

1. 容器引擎
Docker 主要是一个容器运行时和引擎，用于构建、运行和分发容器。而 Kubernetes 是一个编排平台，旨在管理跨机器集群的容器化应用程序。

Podman 是一个容器运行时和管理工具，提供与 Docker 兼容的 CLI 和容器运行时。

2. 容器格式
Docker 使用其自己的容器格式，称为 Docker 容器。Kubernetes可以使用多种容器格式，但 Docker 容器是最常见的选择。

另一方面，Podman 使用与开放容器计划 (OCI) 兼容的容器格式，并且可以运行与 OCI 兼容的容器。

3. 编排
Docker 具有内置的编排工具 Docker Swarm，它允许管理用于运行容器的 Docker 节点群。

另一方面，Kubernetes 为管理容器化应用程序提供了高级编排功能，包括扩展、负载平衡、自动部署和自我修复。

Podman 没有像 Docker Swarm 或 Kubernetes 那样的内置编排功能，但它可以与 Kubernetes 或其他编排平台一起工作。

4. 集群管理
Docker 本身不支持管理容器集群。而 Kubernetes 专为管理容器集群而设计，提供扩展、升级、监控和管理容器化应用程序的功能。

Podman 本身不支持管理容器集群，但可以与 Kubernetes 或其他容器编排框架等外部工具一起使用。

5. 安全性
就安全性而言，Docker 提供了基本的隔离和安全功能，但其主要侧重于运行单个容器。Kubernetes 提供了高级安全功能，例如网络策略、机密管理和 RBAC。

另一方面，Podman专注于安全性，并提供用户命名空间映射、seccomp 配置文件和 SELinux 集成等功能，以增强容器安全性。

6. 用户界面
在比较 UI 时，Docker提供了一个用户友好的 CLI 和一个基于 Web 的图形界面（Docker Desktop）来管理容器。Kubernetes 有一个名为的 CLI 工具"kubectl"和一个基于 Web 的仪表板（Kubernetes Dashboard），用于管理容器和集群。

同时，Podman 提供了类似于 Docker CLI 的 CLI，可以与第三方工具一起使用，例如Cockpit基于 Web 的管理。

如果你喜欢表格，这里有一个很棒的表格，我以表格形式列出了Docker、Kubernetes 和 Podman 之间的所有差异：

这些是Docker、Kubernetes 和 Podman 之间的根本区别，它们在容器化生态系统中各自服务于不同的用途。

系统设计面试资源：

此外，这里还精选了一些最佳系统设计书籍、在线课程和练习网站，您可以参考这些内容，更好地准备系统设计面试。这些课程中的大多数也解答了我在这里分享的问题。

1. DesignGuru 的 Grokking 系统设计课程：一个交互式学习平台，通过实践练习和真实场景来加强您的系统设计技能。

2. Alex Xu 撰写的《系统设计面试》：本书深入探讨了系统设计的概念、策略和面试准备技巧。

3. Martin Kleppmann 撰写的《设计数据密集型应用程序》：一本涵盖设计可扩展且可靠系统的原则和实践的综合指南。

4. LeetCode 系统设计标签：LeetCode 是一个流行的技术面试准备平台。LeetCode 上的系统设计标签包含各种练习题。

5. GitHub 上的“系统设计入门”：精选资源列表，包括文章、书籍和视频，可帮助您准备系统设计面试。

6. Educative 的系统设计课程：一个交互式学习平台，通过实践练习和真实场景来加强您的系统设计技能。

7. 高可扩展性博客：一个以高流量网站和可扩展系统架构的文章和案例研究为特色的博客。

8. YouTube 频道：查看“Gaurav Sen”和“Tech Dummies”等频道，获取有关系统设计概念和面试准备的深刻视频。

9. ByteByteGo：Alex Xu 编写的一本用于系统设计面试准备的在线书籍和课程。它包含《系统设计面试》第一卷和第二卷的所有内容，并将于即将更新第三卷。

10. Exponent：一个专门为亚马逊和谷歌等 FAANG 公司提供面试准备的网站，他们还提供很棒的系统设计课程和许多其他材料，可以帮助您破解 FAAN 面试。

图片来源 - ByteByteGo

这就是Docker、Kubernetes 和 Podman 之间的区别。总而言之，Docker 是一个用于创建和管理容器的流行容器化平台；Kubernetes 是一个用于大规模管理容器化应用程序的容器编排平台；它Podman是一种架构不同的容器化工具，在许多情况下可以作为 Docker 的直接替代品。

这些工具各有不同的用途，它们可以一起使用，为开发人员提供全面的容器化解决方案，但更重要的是每个开发人员和 DevOps 都应该了解这些工具。

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