在Kubernetes宣布弃用对Docker的集成支持后，如何选择一款合适的容器产品进行替代，也成为了一个热门话题。在众多备选产品中，containerd无疑是其中最受欢迎的方案之一。
如果你对containerd还不熟悉，那么本文将带你揭开它的神秘面纱！
一. 产品介绍
containerd是由Docker Inc.开发的容器运行时，最初是作为Docker Daemon的一个功能模块存在，负责对容器进行操作。随着Docker架构的不断演进，为了使其更加层次分明，Docker Inc.将containerd分离出来作为独立的组件运行，并与Docker Daemon集成使用。
在2017年，Docker Inc.将其捐献给了CNCF（云原生计算基金会）成为正式项目，并在此后得到了快速的发展。
目前，containerd已成为一个工业级标准的容器运行时产品，它强调简单性、健壮性和可移植性，可以完成下面这些功能：
- 容器生命周期管理（从创建到销毁容器）
- 拉取/上传容器镜像
- 管理镜像及容器数据的存储
- 启动、停止、重启容器
- 建立和管理容器网络
作为一个轻量级的容器运行时，containerd旨在嵌入到更大的系统中，而不是直接由开发人员或最终用户使用。containerd可以被Docker嵌入使用，也可以与Kubernetes、Swarm等容器编排工具集成使用。
相较于Docker 而言，containerd的设计更加轻便和灵活。它专注于容器运行时的管理，不涉及 Docker 中的高级特性和复杂逻辑。这使得 containerd更加易于扩展和定制，用户可以根据自身需求进行灵活的配置和使用。长远来看，这种设计也更加符合容器生态的健康与可持续发展。
二. 功能架构
containerd可作为 Linux 和 Windows 的守护进程使用，管理其主机系统的完整容器生命周期：镜像传输和存储、容器执行和监督、低级存储和网络附件等。
下图是containerd整体的功能架构，最上层是暴露出来的gRPC API和Metrics API，前者用于客户端工具或第三方产品进行调用管理，后者则是提供监控数据，给到监控系统收集。
往下是核心层部分，这一层由多个功能模块组成，它们以插件的形式集成到containerd，并且插件之间相互依赖。最后，则是负责容器管理的容器运行时(Runtimes）。
containerd提供了一系列的 API 和命令行工具，可以让用户对容器进行操作，例如创建容器、启动容器、停止容器和删除容器等。
containerd支持的命令行工具有三款，分别是ctr、nerdctl和crictl。其中ctr是containerd自带的命令行工具，但支持的功能较少；nerdctl是一款第三方工具，需要单独安装，它出现的目的是为了兼容docker命令，所以在命令使用上和docker完全一样；crictl则是Kubernetes的CRI客户端，由于containerd实现了对CRI（Container Runtime Interface 容器运行时接口）标准的支持，因此可以使用该工具对其进行操作。
限于篇幅原因，本文不对命令行工具的使用进行介绍，留到我们后面的文章进行讲解。
containerd被称为高级容器运时行，它本身并不会处理所有事务，对于某些操作，它会调用另一个名为runc的组件来运行。runc是一个符合OCI（开放容器计划）规范的容器运行时，在2014年由Docker Inc.贡献给了OCI社区。runc可以被认为是低级的容器运行时，因为它只能处理有限功能业务。
当containerd收到创建容器的请求时，它会生成一个名为containerd-shim的进程 ，由这个进程去操作容器。此时，该进程会调用runc来启动容器。在容器启动完成后，runc退出并由containerd-shim来作为容器进程的父进程 ，负责收集容器进程的状态，并上报给containerd。
三. 从Docker到Containerd
作为容器编排系统，Kubernetes需要支持多种容器产品，因此需要制定容器运行时的接口标准来实现标准化。在谷歌和红帽公司的主导下，推出了前面提到的CRI标准，只要符合该标准的产品就可以轻松地接入Kubernetes平台。
而Docker由于出现在Kuberentes之前，因此在接口的设计上无法与CRI标准兼容。鉴于Docker当时强大的影响力，Kubernetes在早期开发了dockershim插件用于调用Docker，并将其集成到kubelet中。
在这种架构下，当Kubernetes需要创建一个Pod时，需要通过kubelet基于CRI接口调用dockershim，然后由dockershim进行格式转换后再转发给Docker Daemon，最终由内嵌的containerd去操作容器。
在这里我们可以看到，这种方式的调用链冗长且没有必要。一方面需要维护dockershim的代码，随着功能的增加相关代码部分会变得越加复杂，增加社区的人力维护成本。另外，较长的调用链也会导致增加故障点的风险，并影响容器的调用效率。
随着Kubernetes在后续的发展中一路狂飙，并打败了Swarm、Mesos等对手成为容器编排领域的绝对领导者。此时，Kuberenetes已经有了足够的实力来实现与Docker的分割。在2020年底时，Kuberentes社区正式宣布将在后续版本中弃用dockershim，这在当时产生了不小的轰动。
如何找到Docker的替代产品，成为了在此之后人们的关注点。此时，作为之前一直藏在背后默默无闻工作的小透明，containerd开始受到越来越多人的注意。
由于containerd和Kubernetes同属于CNCF（云原生计算基金会）组织，在本身的设计上可以很好地遵循CRI（容器运行时接口）标准，因此，可以直接通过kubelet去调用。
从 Kubernetes的角度看，选择 containerd作为容器运行时是更优的方案。相较于Docker而言，它的调用链更短，占用节点资源更少且更加稳定。这也使得containerd成为目前最受欢迎的Docker替代方案之一。
当前，Kubernetes在1.20的版本中已将dockershim标记为维护模式，并在1.24版开始，将这部分功能代码禁用，这标志着Docker与Kubernetes的正式分手。
因此，我相信对Docker的替代会是未来的主要趋势，而containerd将是一个不错的选择。
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