基于Docker的开发云提高资源利用率的实践

大家好，我是起步科技的史绍虎，负责公司WeX5开发云平台的架构设计，今天跟大家分享的题目是《基于Docker的开发云提高资源利用率的实践》

一般情况下，开发者从无到有开发一个可用于公网访问的HTML5的App应用的流程是这样的：配置开发环境、开发应用、本地调试、租用公网服务器、注册域名、远程部署、远程调试，就算是一个很有经验的开发者，这整个过程还是需要花费不少时间，尤其是面对一个不断更新修改的应用。

WeX5作为HTML5 App的开发工具，很有必要为WeX5开发者提供一个从开发到部署、运维的一体化云平台，实现WeX5之上的DevOps，让开发者更专注于应用开发，而不再关注应用的部署运维。而WeX5也因此由比较纯粹的应用开发工具演变为“开发云”。

对于WeX5开发云来说，在实现DevOps时，其需求场景有两大特点：首先，开发者众多，用于测试演示的应用多，但是访问很少，并发低，资源利用率很低，同时又要求很高的响应速度，另一方面，WeX5开发云还提供在线设计IDE，这类IDE容器非常耗费资源，但是并发占用率不高，用户连续长时间使用的可能性也不大。

这就要求我们的WeX5开发云在有限的成本支撑下能够尽可能地提高资源利用率，并且保障应用的可用性，经过一番努力，我们探索出以下几条途径：

1. 智能路由
2. 自动启停
3. 资源调控
4. 动态应用部署
5. 容器资源池

首先我们来看下WeX5开发云的基础架构层次，主要是让大家对整体架构有个映像，跟今天主题其实关系不大。

其中，Iaas层由阿里云支持，Monitor层采用Open-Falcon、Prometheus实现，Container Cluster采用Rancher+Docker实现，Controller Gateway由AutoStart、Regulator、IDE Pool、Proxy等组件组成。

下面来详细介绍下我们是如何提高资源利用率的：

一、智能路由

实现逻辑：创建应用的时候，会根据LoadBalancer集群的负载情况，选择一个负载较少的LoadBalancer作为该应用的路由网关，提供负载均衡及路由转发功能。控制网关接收到访问请求后，根据请求域名与LoadBalancer的映射关系，将请求转发到该LoadBalancer上。如上图所示，ENV_01与ENV_02的docker网络是隔离的，在同一个环境中，请求域名与LoadBalancer的绑定可以动态调配。

二、自动启停

应对场景：目前WeX5开发云上的应用以开发者测试演示应用为主，这类应用的特点是数量多、访问少，甚至有很多应用创建后访问一两次，就再也没有访问，长此以往，这类应用会逐步占用大量的物理资源，如果按传统方法，直接将这些应用清除，又难以保证不会影响开发者的下一次使用，这就要求我们寻找一个既能为开发者不可预期的访问提供支持，又能保证资源的的最大化利用的解决方案。

实现逻辑：应用创建后系统默认应用是停止状态，控制网关接收到第一次访问的时候，会调用Rancher API启动该应用，并且在redis中为该应用记录一个生存时间，在该时间范围内，认为该应用是健康运行的，再次接收到的请求立即转发并刷新生存时间。若一段时间没接收到访问请求，生存时间结束，触发事件调用Rancher API接口停止该应用，释放物理资源。

三、资源调控

应对场景：为了最大化地利用物理机的资源，WeX5开发云引入了自动启停技术，物理资源会处于超售状态，超售能够降低成本，最大化地利用物理机的资源，但同时也会带来资源争取的情况，甚至会因为节点上运行状态容器的资源消耗量超出系统负荷，导致节点宕机。

实现逻辑：Redis中记录应用最后一次访问的时间，Open-Falcon中监控各个Host主机的物理资源，当某项物理资源指标达到预设阀值的时候，触发事件调用Regulator API，计算该主机上最后一次访问时间最早的若干个应用，并调用Rancher API接口将其停止，释放资源。

四、动态应用部署

应对场景：开发测试过程中的应用往往需要频繁更新调整，对于有依赖关系的应用来说，频繁的中断服务会影响这些应用的可用性，即使是通过灰度滚动升级，也需要不断地调整链接参数。

实现逻辑：采用Rancher中的Sidekick机制，将整个的Wex5应用分为Wex5 app容器（负责运行时环境）、Mysql容器（负责数据存储）与Deployer容器（负责提供用户数据），当应用代码文件等有更新时，提交到Deployer并执行重启，即可完成整个Wex5应用的更新升级并且保证服务的不间断运行。

五、容器资源池

应对场景：WeX5开发云上提供了Wex5应用在线设计IDE，这个在线设计的应用也是跑在容器中的，但是由于设计器本身需要加载大量的资源文件，如果由开发者自行创建一个在线IDE的容器，从创建到正常运行大概需要30秒，时间等待较长，即使加入自动启停功能，第一次访问启动容器的时间也在15-20秒左右，用户体验太差，所以我们需要一个类似于数据库资源池的功能，将IDE容器与开发者资源分离，其中的IDE容器长时间处于运行状态，开发者获取该资源的使用权限后，只需要加载开发者的资源文件即可正常访问，这样就可以大大优化用户体验。

实现逻辑：IDE资源池为了节省物理资源，同样加入了自动启停机制，将资源池分为POOL_ACTIVE与POOL_INACTIVE两块，开发者访问在线设计功能时，控制网关首先接收到请求，从POOL_ACTIVE资源池中获取一个运行状态的IDE容器，与开发者的访问域名绑定，并且在redis中为记录一个生存时间，在该时间范围内，该开发者具有此容器的使用权限，再次接收到的请求立即转发并刷新生存时间，同时，从POOL_INACTIVE中启动一个备用资源补充到POOL_ACTIVE资源池中。若开发者一段时间没有访问该IDE资源，生存时间结束，该资源释放到POOL_INACTIVE，并删除开发者上传的资源文件。

总的来说，智能路由组件可以融合多个小网络形成一个大网络，自动启停组件及时释放无访问的应用所占用的资源，资源调控组件缓解了偶尔出现的峰值访问压力，动态应用部署组件让更新升级不再影响应用的可用性，资源池组件提供更快更稳定的访问体验，通过这些手段，可以做到在保障用户体验良好的前提下，大大提高了物理资源的利用率，有效地降低了运营成本。

对于开发者来说，开发流程简化为：本地开发（或在线开发）、一键部署、公网访问，不再繁琐、便捷高效、随时可用，这就是WeX5开发云实现此DevOps的意义之所在。

Docker使用过程中遇到的问题：

docker的存储驱动，早期我们使用的是docker默认的devicemapper（loop）的存储驱动，存在很大问题，尤其是数据盘的大小不是绝对固定的情况下，很容器导致docker数据丢失，建议采用devicemapper（direct-lvm）、overlayFS、AUFS等作为docker的存储驱动。

docker daemon服务执行重启操作的过程中，会执行docker 容器的启动操作，假如有容器强依赖其他容器的话，这个启动过程就会出现问题，例如我们使用Convoy NFS服务作为外部卷存储的统一提供者，其他docker容器需要挂载的volume由Convoy NFS统一管理，这时候如果Convoy NFS容器没有启动的话，挂载了volume的容器也无法启动，docker daemon的重启进程会不断尝试启动各个容器，直到把Convoy NFS容器启动起来，其他的容器才会慢慢正常启动，这个情况在容器量不大的情况下并不明显，但是如果主机上有几百个容器，这就会耗费很长时间，一度让我们怀疑系统是由于其他原因导致了宕机。Docker1.12中 Docker Daemon 添加了一个 –live-restore 的参数，使得当 Docker Daemon 停止运行时，容器仍然可以保持运行以解决此类问题。