用Harbor实现容器镜像仓库的管理和运维

(本文由8月18日VMware中国研发首席架构师张海宁在Harbor技术群分享内容汇编而成。)

本次分享主要讲述了在开发运维中的管理容器镜像方法。为了便于说明原理，较多地使用Harbor作为例子。

内容主要包括：
1）开发和生产环境中镜像仓库的权限控制
2）镜像远程同步（复制）的原理
3）大规模应用镜像发布方式；
4）镜像删除和空间回收
5）Registry高可用性设计。

首先简单介绍一下Harbor项目。Harbor是由VMware中国研发团队负责开发的开源企业级Registry，可帮助用户迅速搭建企业级的registry 服务。该项目发布5多个月以来，深受用户喜爱，在GitHub 获得了近1000个点赞星星和200多个 forks。有兴趣的朋友可以使用： https://github.com/vmware/harbor

容器应用的使用越来越普遍，容器最大优点就是开发运维一体化，通过容器镜像打包应用，使得开发、测试和发布都具有相同的运行环境，带来极大的便利。那么镜像在实际运维中处于怎样的地位呢？

我们先看看下面这张经典的Docker容器的生命周期图：




从图中可以看到，容器镜像的关联箭头最多，不言而喻，镜像技术就是容器的核心所在。概括地说，容器包含一静一动两部分：静态存放的镜像(images)和动态运行的containers。相应地，容器的开发运维主要涉及镜像管理和运行时(Runtime)管理两部分。本文主要和大家分享的是容器镜像管理的部分。

1）开发和生产环境中镜像仓库的权限控制

在企业中，通常有不同的开发团队来负责不同的应用项目，和源代码分项目管理一样，镜像也需要按照项目来存放和管理。由于团队中有不同的成员，如项目经理、产品经理、开发、测试和运维等人员，每人使用镜像的需求不同，因此可以根据角色分配相应的权限。

例如，测试人员通常只需要镜像的读权限(pull)，开发人员需要读写权限(push/pull)，项目经理除了拥有开发人员的权限之外，还可以增加和删除项目成员，设定他们的角色。
在Harbor Registry中，每个项目可有三种角色：项目管理员(project admin)、开发者(developer)和客人(guest)。某些项目，如放在library中的公共镜像, 可以允许匿名访问，即用户不同docker login也可以访问，这样可以方便使用。在整个系统中，还设有系统管理员，具有维护镜像同步策略、用户增删等权限。

需要指出的是，在不同的环境中，某个成员的角色可以不同。例如，在开发环境的registry中，运维人员一般不需要权限（或需要只读权限）；而在生产环境中的Registry，运维人员就需要有读写权限。下图是Harbor的权限管理界面：



2）镜像远程同步（复制）的原理
很多用户在开发、测试和运维中都使用同一个Registry，这样“简单粗暴”的方式比较适合小团队或简单的项目，其他情况最好使用多个Registry以区分不同的用途。如下图，容器镜像管理的参考流程。





开发环境的Registry: 主要由开发人员使用，镜像变化频繁。当开发完成后，通过CI系统生成稳定镜像，同步到测试Registry;

测试环境的Registry: 主要由测试人员使用，镜像保持不变。当测试通过后，同步到准生产环境的Registry;

准生产环境的Registry: 主要由测试和运维人员使用，镜像保持不变。当准生产环境试运行后，最后再同步生产环境的Registry;

生产环境的Registry: 发布镜像到生产环境运行。

从开发到生产的整个过程中，实现容器镜像的Build-Ship-Run过程。Harbor可以提供Registry之间的镜像自动同步和复制功能，简化了管理。

3）大规模应用镜像发布方式；

在实际生产运维的中，往往需要把镜像发布到几十或上百台集群节点上。这时，单个Registry已经无法满足大量节点的下载需求，因此要配置多个registry实例做负载均衡。手工维护多个registry实例上的镜像，将是十分繁琐的事情。Harbor可以支持一主多从的镜像发布模式，可以解决大规模镜像发布的难题。





只要往一台registry上发布，镜像就像“仙女散花”般地同步到多个registry中，高效可靠。

如果是地域分布较广的集群，还可以采用层次型发布方式，如从集团总部同步到省公司，从省公司再同步到市公司：





在同步过程中，如果源镜像已删除，Harbor会自动同步删除远端的镜像。在镜像同步复制的过程中，Harbor会监控整个复制过程，遇到网络等错误，会自动重试。

这是同步复制的监控画面：





4）镜像删除和空间回收
Docker命令没有提供Registry镜像删除功能，日积月累，将会产生许多无用的镜像，占用大量存储空间。若要删除镜像并回收空间，需要调用docker registry API来完成，比较麻烦。Harbor提供了可视化的镜像删除界面，可以逻辑删除镜像。在维护状态下可以回收垃圾镜像的空间。

5）Registry高可用性设计。
Registry高可用性（HA）是多数生产系统需要关心的问题，基本要求就是没有单点故障。通常需要根据允许服务中断的时间，以及可以承受的成本和损失，来确定采用的技术。下面介绍3种HA的方案：




一种比较标准的方案，就是多个的Registry实例共享同一个后端存储，任何一个实例持久化到存储的镜像，都可被其他实例中读取。通过前置LB进来的请求，可以分流到不同的实例中去处理，实现了负载均衡，也避免了单点故障。

应该指出，实际中需要考虑的问题远比上述模型复杂。例如，共享存储的选取，用户session在不同的实例上共享等等。用户可根据自己业务要求设计出不同的方案。Harbor将会推出基于swift分布式存储，以及共享session的方案（采用redis）来满足用户的需求。

如果没有共享存储，另一种方案就是在两个节点间采用双主复制策略，互相复制镜像。即使有一个实例失效，另一个实例仍然可以提供服务，从而在一定程度上可以满足HA的需求。





第3中方案是利用已有的HA平台，如vSphere HA，配合分布式存储VSAN，可以实现Harbor的HA, 具体架构见下图：




节点出现故障的时候，有vSphere自动切换到好的节点上，镜像数据不丢失。





我们以开源Harbor为例子，总结了Registry的使用场景和要点，希望对大家有帮助。



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