核心操作系统

核心操作系统（CoreOS）

CoreOS是一款轻量级操作系统，旨在高效、可扩展地支持容器化应用程序在云计算环境中的运行。与有时充斥着大量应用程序和功能的传统操作系统不同，CoreOS专注于精简和极简，以使开发人员能够以最高效率构建、部署和扩展应用程序。非必要组件的剥离使CoreOS成为一个理想的系统，完美适用于现代虚拟化和基于云的环境。

CoreOS是虚拟化和容器化的核心。虚拟化创建的是虚拟机，它们是完整的计算机系统，提供一个带有操作系统（OS）的完整虚拟计算机系统，而不是可以简单添加到硬件上的东西。另一方面，容器是一种轻量级、敏捷的应用程序打包方式；CoreOS在这一领域表现出色。

CoreOS的核心功能

CoreOS轻巧高效。它是当今基于云的基础设施的必备条件。其核心功能包括：

1. 轻量级设计

CoreOS在内存使用和资源利用方面是“精简”的。安装的组件数量最少，仅包含运行容器化应用程序所需的内容。这种方法避免了通常感染传统操作系统、导致未使用功能拖累系统性能的“臃肿软件”。

由于CoreOS保持操作系统精简，资源可以得到优化。这在可扩展性和效率至关重要的云环境中尤为重要。这种极简主义方法不仅减少了开销，还使攻击者更难利用攻击面。

2. RESTful API

该公司提供的RESTful API允许应用程序开发人员以编程方式与核心操作系统进行交互。CoreOS API提供的功能使团队能够以比传统瓶颈更直接的方式构建复杂系统。

在云基础设施中，自动化是关键，CoreOS通过其RESTful API完美地满足了这一需求。这允许与其他工具集成，使CoreOS成为这种云原生环境中的强大参与者。

CoreOS的容器化

CoreOS最著名的功能或许是其与容器技术的深度集成，容器技术彻底改变了现代应用程序的部署和管理方式。

1. Docker集成

CoreOS最初通过采用Docker获得了普及，Docker是一个开源平台，使开发人员能够将应用程序打包到容器中。容器提供了一种将应用程序及其依赖项捆绑到一个单一、可移植单元的方式，使其能够在各种环境（从开发到生产）中一致运行。

在CoreOS上运行Docker容器中的应用程序为开发人员提供了一种快速、高效且可扩展的方式来管理云环境中的应用程序。Docker容器彼此隔离，确保应用程序不会相互干扰，从而提高了系统稳定性。

2. Rocket (rkt) - CoreOS自己的容器运行时

尽管Docker是CoreOS的基础技术，但CoreOS后来开发了自己的容器运行时，名为Rocket (rkt)。此举部分原因是由于有人批评Docker变得臃肿且效率低下。Rocket旨在通过更轻量化和专注于简单性来解决这些问题，这与CoreOS的极简理念相符。

通过Rocket，CoreOS增强了以快速、安全和高效的方式运行容器的能力。CoreOS支持Docker和Rocket，允许开发人员选择最适合其需求的容器技术。

共享的Ubuntu内核

例如，名为Ubuntu的Linux发行版使用了CoreOS的内核。它是最常用的发行版之一，因为在许多情况下，内核指的是任何操作系统的基本部分，它管理系统硬件并允许应用程序与之交互。

通过与Ubuntu共享一个通用内核，CoreOS获得了Ubuntu的可靠性和性能，同时该公司在容器化和虚拟化方面拥有独特的立场。共享内核使得与一系列工具和应用程序的更好集成，开发人员可以利用这些工具和应用程序来采用CoreOS，而无需重复造轮子。

CoreOS如何改进虚拟化

虚拟化是现代IT基础设施的热门词汇之一。CoreOS也实现了虚拟化。与在单个物理机中运行应用程序的传统系统不同，CoreOS鼓励在隔离环境中以容器形式运行单个应用程序。

1. 消除臃肿软件

传统的虚拟化平台通常充满了非严格必要的一切——这会浪费计算资源——因此扩展效率低下。CoreOS移除了所有这些功能，提供了一个只用于运行应用程序的精简环境。

这使得CoreOS在大型环境（例如云数据中心）中尤为有价值，在这些环境中，每一个字节的内存和每一个处理位都至关重要。

2. 可伸缩性

CoreOS旨在实现可扩展性，可以在数千台机器上运行。它非常适合需要跨多个服务器部署和管理大量容器的组织。使用CoreOS进行扩展就像向集群添加更多机器一样简单。

其次，CoreOS非常专注于容器化，因此应用程序可以在不造成不必要停机的情况下部署到多台服务器。因此，它受到需要高可用性和快速部署周期的公司的青睐。

CoreOS的安全功能

CoreOS以安全为前提构建，因为它提供了多项功能，保证系统安全而不牺牲速度和性能。

1. 自动更新
   其突出功能之一是自动更新功能，它可以在不停机的情况下进行安全补丁和性能增强。CoreOS将双分区系统中的非活动分区置于后台进行更新。系统在更新后自动切换到新版本，不会干扰已运行的容器，也无需手动更新。
2. 最小攻击面
   它通过仅包含所需组件来将其攻击面限制到最低限度，从而减少了可能的漏洞。精简的性质限制了攻击者进入系统的可能入口点，从而提高了安全性。此外，由于Linux命名空间和cgroups的存在，容器与主机系统和其他容器也相互隔离，这使得受损容器很难对系统其他部分产生影响。
3. SELinux集成
   CoreOS具有SELinux来强制执行严格的访问控制。它通过控制进程如何与系统交互来提供额外的安全层，以防止在漏洞被利用时造成损害。
4. 只读文件系统
   CoreOS采用只读根文件系统。这使得恶意软件无法修改关键文件。它确保攻击者无法持久地损害系统，增加了一层重要的防御。
5. 容器安全
   CoreOS公司使用命名空间和cgroups来隔离容器，以保护这些容器。此外，CoreOS支持使用经过验证的容器镜像，这只允许在机器上执行受信任的应用程序，否则不会被任何用户更改，从而消除了运行被篡改镜像的可能性。
6. 基于角色的访问控制（RBAC）
   CoreOS的此支持包括启用RBAC的实施，以便为用户提供对用户和服务的更受控访问，因为它旨在防止未经授权的系统操作。

CoreOS与云计算的未来

它不仅仅是一个现在的工具，更是为云计算的未来而设计。随着企业转向容器化应用程序和基于云的基础设施，CoreOS凭借其轻量级、可扩展和安全的设计完美契合了这一需求。

它擅长高效地管理大规模部署，专注于容器化，并强调自动化，这使得CoreOS成为现代DevOps实践和云原生应用程序的基石。

CoreOS的实际应用

1. 高密度托管环境

CoreOS专为高密度托管而设计，这意味着数千个容器可以在一个物理实例上运行。它的资源使用率低，因此与传统虚拟机相比，可以以最少的开销使用尽可能多的硬件。

• 云提供商：CoreOS使云提供商（包括AWS和Google Cloud）能够通过在更少的机器上运行更多应用程序来提供经济高效的解决方案。
• Web托管：它非常适合在一个服务器上安全地在隔离的容器中运行多个网站。

2. 微服务架构

CoreOS适用于管理微服务，其中大型应用程序被分解为更小、可独立部署的服务。

• 可扩展性：它帮助Netflix等组织以更高的效率和最少的停机时间部署服务。
• 故障隔离：CoreOS确保一个微服务的故障不会影响系统的其他部分，从而提高了可靠性。

3. 云数据中心

CoreOS的架构精简但非常高效地利用了云数据中心中的任何资源，这对于数千台机器上的水平扩展至关重要。

• 集群管理：通过使用Kubernetes，CoreOS具有自动化扩展和自我修复系统。
• 成本效益：它通过节省与其操作相关的成本，为客户工作负载节省了更多资源。

4. DevOps和CI/CD

CoreOS与DevOps工作流程良好集成，使持续集成和交付过程更快、更可靠。

• 快速部署：容器使测试和部署变得轻而易举，非常适合需要快速迭代的公司。
• 自动化：CoreOS与Kubernetes一起自动化部署、扩展和回滚，减少了DevOps管道中所需的干预。

5. 物联网（IoT）

CoreOS凭借其提供轻量级、可扩展平台的能力支持物联网环境，该平台非常适合管理庞大的连接设备网络。

• 边缘计算：CoreOS可以在资源受限的环境中运行，例如工业物联网，在这些环境中，设备需要在网络边缘进行数据处理。
• 低开销：其精简设计使其非常适合需要低开销的环境。

6. 高可用性和灾难恢复

CoreOS提供了构建具有自我修复功能的高可用性系统的工具。

• 自动化恢复：如果出现故障，容器可以自动重启，不健康的节点可以被隔离，而不会干扰整个系统。
• 灾难恢复：它通过在服务器之间复制容器来支持快速恢复，确保在发生灾难时停机时间最短。

7. 高性能计算（HPC）

CoreOS非常适合HPC环境，因为它们需要最大限度地利用计算能力。

• 高效资源利用：它使得在更少的硬件上执行更多的计算任务成为可能，而操作系统开销的减少使其特别适用于科学研究和工程领域。

与容器技术的集成

CoreOS的核心和实用性都围绕着容器技术。与CoreOS相关的两个最大运行时是Docker和Rocket（或rkt）。让我们了解它们如何与CoreOS集成以及它们为何对其工作至关重要。

1. Docker与CoreOS：协同关系

Docker是世界上增长最快的容器技术之一，CoreOS是首批完全接受Docker进入其基础设施的操作系统之一。Docker容器可以在隔离环境中运行应用程序，这进一步确保了在许多不同系统上的统一部署。

• 无缝集成：CoreOS专为容器化而设计，与Docker完美集成，从而提供高效且可扩展的环境。开发人员可以将其应用程序打包为Docker容器，然后将其部署到CoreOS网络中，从而实现快速扩展和轻松管理。
• 容器效率：在CoreOS中运行Docker时，组织可以利用最小的操作系统占用空间。这意味着后者对系统资源的占用已减少，这与前者相反。更多的系统资源可用于容器，而不是被操作系统占用。这使其在云环境中效率极高。
• 集群管理：CoreOS与Kubernetes密切合作，后者更进一步，将Docker选为默认容器运行时。它们共同提供了大规模容器集群的自动编排、扩展和管理。这种集成使CoreOS成为云原生应用程序的优秀平台，其中容器以大量部署。

2. Rocket (rkt)：CoreOS的本地容器运行时

虽然容器化一直是CoreOS的核心，但Docker是为响应人们认为不理想的Docker特定设计而构建的。CoreOS需要比现有Docker更好的东西，因此以rkt的形式提供了更安全、更轻量级的容器运行时。

• 设计安全性：创建rkt的主要原因是自下而上设计一个更安全的容器运行时。由于Docker似乎是用于管理容器、镜像和网络的“一体化”解决方案，因此rkt是在模块化的前提下开发的，遵循Unix哲学，即做好一件事。
• 以应用程序为中心的方法：尽管rkt以应用程序为中心，但与Docker依赖长时间运行的守护进程不同，rkt容器更加隔离，依赖项更少，并且不易受到某些安全漏洞的影响。
• 灵活轻量：作为其理念的一部分，CoreOS强调保持事物最小化。rkt完美地契合了这一愿景。它在不增加任何层级复杂性的情况下运行容器。对于优先考虑效率和安全性的组织来说，这将是一个更精简的版本。
• Kubernetes集成：像Docker一样，rkt也与Kubernetes集成。在这里，用户可以选择不同的容器运行时。因此，组织可以利用可能更好地满足其安全、性能或组织需求的运行时。

CoreOS为何开发rkt？

CoreOS开发rkt部分原因是由于它对Docker架构的安全性和有效性问题提出了批评。以下是它认为rkt有必要的一些原因。

• 减少臃肿：它被认为有些臃肿，集容器、镜像、存储、网络等所有功能于一身。rkt完全专注于运行容器。
• 安全性：Docker使用长时间运行的守护进程被认为容易受到攻击面和漏洞的影响。rkt通过采用更简单的模型消除了这一点，在该模型中，每个容器都作为独立的进程启动和管理，而无需中央守护进程，从而减少了潜在的攻击向量。
• Pod支持：rkt采用了Pod机制，Pod是Kubernetes中的一个概念，指共享相同网络和存储的容器组。此功能本身使rkt成为寻求与其容器运行时和编排平台更紧密集成的Kubernetes用户的快速新兴选择。