AWS ECS 是什么？全面介绍 Elastic Container Service – wiki基地

深入解析 AWS ECS：全面了解弹性容器服务 Elastic Container Service

在当今云计算时代，容器技术以前所未有的速度普及，成为构建、部署和管理现代应用的基石。Docker 等容器技术为应用提供了轻量级、可移植且一致的运行环境，极大地简化了开发和运维流程中的环境差异问题。然而，当应用规模扩大，需要运行数十、数百甚至数千个容器时，手动管理这些容器的生命周期、资源分配、负载均衡、弹性伸缩和故障恢复就变得异常复杂和低效。这时，就需要强大的容器编排和管理平台。

Amazon Web Services (AWS) 作为全球领先的云服务提供商，自然也提供了其原生的容器编排服务——AWS Elastic Container Service (ECS)。ECS 是一项高度可扩展、高性能的容器管理服务，它支持 Docker 容器，让您可以在 AWS 上轻松运行、停止和管理容器。与许多其他容器编排平台不同的是，ECS 与 AWS 生态系统深度集成，为用户提供了简洁易用的体验。

本文将深入探讨 AWS ECS，从其基本概念到高级特性，全面解析这项强大的服务。

第一部分：理解 ECS 的定位与价值

1. 容器编排的必要性

想象一下，您有一个流行的微服务应用，它由十几个不同的服务组成，每个服务都需要运行多个实例来处理用户请求。如果没有容器编排平台，您需要手动完成以下任务：

资源分配： 确定每台服务器上运行哪些容器，分配多少 CPU 和内存。
部署与更新： 逐个停止旧容器、启动新容器，并处理更新过程中的潜在回滚。
负载均衡： 配置负载均衡器将流量分发到健康的容器实例上。
健康检查与恢复： 监控容器的健康状况，如果容器或底层服务器出现问题，需要手动重启或迁移。
弹性伸缩： 根据流量变化手动增加或减少容器实例数量。
日志与监控： 收集分散在各处的容器日志，并监控它们的性能指标。

这些任务不仅耗时耗力，而且容易出错，难以应对快速变化的业务需求。容器编排平台应运而生，其核心目标就是自动化这些繁琐的管理任务，让开发者和运维人员能够专注于应用的构建和优化。

2. ECS 的定位

AWS ECS 正是为解决这些问题而设计的。它是一个完全托管的容器编排服务。这意味着 AWS 负责管理底层编排系统的控制平面（control plane），包括调度器、集群管理等。您无需担心管理 Kubernetes master 节点或 Swarm manager 节点等复杂的集群基础设施。您只需要提供您的容器镜像、定义应用的运行方式，然后 ECS 就会负责在您指定的计算资源上运行和管理这些容器。

ECS 的主要优势在于：

深度集成 AWS 生态系统： ECS 与 Amazon VPC、IAM、CloudWatch、Auto Scaling、Load Balancing (ALB/NLB)、ECR (Elastic Container Registry)、CodePipeline/CodeDeploy 等AWS服务无缝集成，提供了统一的管理、监控、安全和部署体验。
简单易用： 相比于其他一些容器编排平台，ECS 的概念模型相对简单，易于入门和使用，特别适合已经熟悉 AWS 环境的用户。
高性能和可扩展性： ECS 能够管理大规模的容器集群，支持高吞吐量的应用负载。
灵活的计算选项： ECS 支持在 AWS Fargate（无服务器模式）或您自己的 EC2 实例集群上运行容器。

第二部分：ECS 的核心概念与组件

理解 ECS，需要掌握其几个核心概念：

1. 集群 (Cluster)

集群是 ECS 的基本组织单元，它是计算资源的逻辑分组。这些计算资源可以是您自己管理的 Amazon EC2 实例集合，也可以是 AWS Fargate 提供的无服务器计算容量。一个集群可以运行多个不同的应用程序和服务。ECS 使用集群来隔离不同的环境或应用。

2. 任务定义 (Task Definition)

任务定义是 ECS 中应用程序的蓝图。它是一个 JSON 格式的文本文件，描述了组成应用程序的一个或多个容器的详细信息。任务定义中包含了运行容器所需的所有配置信息，例如：

容器镜像： 指定要使用的 Docker 镜像，通常来自 Amazon ECR 或 Docker Hub。
端口映射： 将容器内部端口映射到宿主机或外部可访问的端口。
内存和 CPU 限制： 为容器分配和限制资源。
环境变量： 配置容器运行时的环境变量。
日志配置： 定义如何收集容器的日志（通常发送到 CloudWatch Logs）。
挂载点 (Mount Points) 和卷 (Volumes)： 定义容器如何访问存储。
IAM 角色： 为任务中的容器赋予 AWS 权限（Task Role）。
网络模式： 定义容器的网络模式（如 awsvpc, bridge, host, none）。

任务定义是无状态的，您可以创建同一任务定义的多个版本。当您需要更新应用程序时，通常是创建一个新的任务定义版本，然后在服务中引用这个新版本。

3. 任务 (Task)

任务是任务定义的实际运行实例。当您在 ECS 中启动一个任务时，ECS 会根据您指定的任务定义创建一个或多个容器，并在集群中的某个计算资源（EC2 实例或 Fargate）上启动它们。一个任务包含任务定义中定义的所有容器。任务是 ECS 中最小的部署单元。

4. 服务 (Service)

服务是在 ECS 中用来长期运行和管理特定数量的任务的。如果您需要确保您的应用程序始终有一定数量的实例在运行，并且能够处理负载均衡的流量，您就需要创建一个服务。服务的主要功能包括：

维护期望的任务数量： 如果任务失败、停止或底层计算资源出现问题，服务会自动启动新的任务来替换它们，确保运行的任务数量始终等于您设定的期望值。
弹性伸缩： 可以配置服务的自动伸缩策略，根据 CPU 利用率、内存利用率、请求数量等指标自动调整运行的任务数量。
负载均衡集成： 可以将服务与 Application Load Balancer (ALB) 或 Network Load Balancer (NLB) 集成，将流量均匀地分发到服务中的任务实例上。服务会自动向负载均衡器的目标组注册和注销任务。
部署更新： 当您更新任务定义版本或服务配置时，服务会按照您指定的部署策略（如滚动更新、蓝/绿部署）逐步替换旧的任务实例。

简而言之，任务定义是蓝图，任务是实例，而服务是运维管理者，负责确保应用按照蓝图的要求持续、稳定地运行。

5. ECS 代理 (ECS Agent)

对于使用 EC2 启动类型的 ECS 集群，每个 EC2 实例上都需要运行一个 ECS 代理。ECS 代理是 AWS 提供的开源软件，它负责与 ECS 控制平面进行通信。代理的主要职责包括：

向 ECS 控制平面注册 EC2 实例，使其成为集群的一部分。
从 ECS 控制平面接收任务启动/停止指令。
在 EC2 实例上启动和停止 Docker 容器（即任务）。
向 ECS 控制平面报告任务和容器的状态。
向 CloudWatch 发送容器实例的指标和日志。

如果您使用 Fargate 启动类型，您无需关心 ECS 代理，因为 AWS 会为您管理底层的计算基础设施和代理功能。

6. 注册表 (Registry)

容器注册表用于存储和管理容器镜像。AWS 提供了 Amazon Elastic Container Registry (ECR)，这是一个完全托管的 Docker 容器注册表，易于使用、高度可用且可扩展。ECS 与 ECR 深度集成，可以轻松地从 ECR 拉取镜像来启动任务。您也可以使用 Docker Hub 或其他符合 Docker Registry V2 API 的私有或公共注册表。

第三部分：ECS 的启动类型：EC2 vs. Fargate

ECS 提供了两种主要的计算资源启动类型，这是使用 ECS 时需要做出的最重要决策之一：

1. EC2 启动类型

在使用 EC2 启动类型时，您需要在 VPC 中预置和管理一组 EC2 实例，这些实例将构成 ECS 集群的计算容量。您需要负责：

选择实例类型： 根据您的应用需求选择合适的 EC2 实例类型（CPU、内存、网络、存储）。
配置和管理 EC2 实例： 包括选择 AMI (Amazon Machine Image)，配置安全组、SSH 访问等。通常使用 AWS 提供的优化版 ECS AMI，其中预装了 Docker 和 ECS 代理。
扩展 EC2 实例队列： 根据负载变化手动或使用 Auto Scaling 组来增加或减少 EC2 实例的数量。
实例维护和打补丁： 您需要负责EC2实例的操作系统的安全更新和维护。

EC2 启动类型的优势：

更高的控制粒度： 您可以完全控制底层 EC2 实例的环境，包括操作系统、安装的软件、自定义 AMI、特定的硬件（如 GPU）。
潜在的成本优化： 如果您的容器应用能够高密度地填充 EC2 实例，或者您能够充分利用预留实例 (Reserved Instances) 或 Spot 实例，EC2 类型的单位成本可能更低。
支持特定工作负载： 某些工作负载可能需要特定的 EC2 实例特性，如高性能计算、GPU 加速等，这些通常只能通过 EC2 类型来实现。

EC2 启动类型的劣势：

管理开销： 您需要负责底层 EC2 实例的维护、扩展和管理，这增加了运维复杂性。
资源碎片化： 容器调度器需要找到合适的空间来放置任务，如果实例上的资源碎片化严重，可能会导致资源浪费。
更长的扩展时间： 扩展集群需要启动新的 EC2 实例并加入集群，这通常比 Fargate 扩展任务所需的时间更长。

2. AWS Fargate 启动类型

AWS Fargate 是 ECS 的一种无服务器启动类型。使用 Fargate 时，您无需预置、配置或管理任何 EC2 实例。您只需要指定您的任务定义，ECS 和 Fargate 会自动为您提供恰好满足任务所需 CPU 和内存资源的计算容量。您只需为运行任务所消耗的 vCPU 和内存付费，按秒计费。

Fargate 启动类型的优势：

运维极简： 您完全摆脱了底层基础设施的管理负担，可以专注于应用程序本身。无需考虑服务器选择、集群伸缩、实例修补等问题。
更细粒度的资源分配： Fargate 允许您为每个任务精确指定所需的 CPU 和内存量，避免了 EC2 类型中可能出现的资源分配不均或碎片化问题。
按需付费： 只为您运行的任务消耗的资源付费，无需为闲置的 EC2 实例付费。
更好的安全隔离： 每个 Fargate 任务都在其自己的专用计算环境中运行，与其他 Fargate 任务和 EC2 实例有更好的隔离性。
快速扩展： Fargate 可以相对更快地启动新的任务实例来响应伸缩需求，因为您无需等待 EC2 实例启动。

Fargate 启动类型的劣势：

灵活性较低： 您无法控制底层计算环境，不能安装自定义软件、访问特定的硬件或使用自定义 AMI。
成本可能更高： 对于能够高密度打包到 EC2 实例上的稳定、高利用率工作负载，Fargate 的单位成本可能高于经过优化的 EC2 类型。
启动时间： 虽然比 EC2 扩展快，但单个 Fargate 任务的启动时间可能略长于在已运行的 EC2 实例上启动容器。
不支持所有工作负载： 不支持需要访问底层操作系统、特定文件系统挂载、或者需要 GPU 等特定硬件的工作负载。

何时选择 Fargate？

您希望最大限度地减少运维开销，专注于应用开发。
您的工作负载是突发性的或需求波动大，难以预测所需的 EC2 实例数量。
您对底层计算环境没有特殊需求。
您优先考虑安全隔离和按需付费模型。

何时选择 EC2？

您需要对底层计算环境有完全控制权，例如需要自定义 AMI 或操作系统。
您的工作负载需要特定的硬件加速（如 GPU）。
您能够通过高密度打包或利用预留实例/Spot 实例来显著降低成本。
您已经有现有的 EC2 管理经验，并希望复用。

第四部分：ECS 的关键功能与集成

ECS 不仅仅是运行容器，它提供了丰富的功能和与 AWS 其他服务的深度集成，以构建弹性和高可用的容器化应用。

1. 负载均衡 (Load Balancing)

ECS 与 Application Load Balancer (ALB) 和 Network Load Balancer (NLB) 集成得非常好。当您创建一个 ECS 服务并将其配置为使用负载均衡器时，ECS 会自动将服务中运行的任务注册到负载均衡器的目标组中。ALB 特别适合处理 HTTP/HTTPS 流量，并支持基于路径、主机名等的高级路由；NLB 则提供高性能的传输层负载均衡。ECS 服务会持续监控任务的健康状况（通过负载均衡器的健康检查），并在任务不健康时自动将其替换。

2. 弹性伸缩 (Auto Scaling)

ECS 服务可以与 Application Auto Scaling 集成，根据各种指标自动调整运行的任务数量。您可以基于 CPU 利用率、内存利用率、来自 ALB 的请求数量、SQS 队列长度或自定义 CloudWatch 指标来定义伸缩策略。这确保您的应用能够根据实际流量或负载变化自动扩展和收缩，提高资源利用率和用户体验。

对于 EC2 启动类型，您还可以使用 EC2 Auto Scaling 组来自动管理底层 EC2 实例的数量，并结合 ECS Capacity Providers 更有效地调度任务。

3. 网络模式 (Networking Modes)

ECS 支持多种容器网络模式，其中 awsvpc 模式是当前推荐且功能最丰富的模式，尤其在使用 Fargate 或新版本 ECS 代理时。

awsvpc 模式： 为任务中的每个容器分配一个弹性网络接口 (ENI)。这意味着每个任务在您的 VPC 中拥有一个私有 IP 地址。这使得容器就像 EC2 实例一样成为 VPC 中的一等公民，可以直接分配安全组，与其他 VPC 资源（如数据库、缓存）进行通信，简化了网络配置和安全策略管理。Fargate 只支持 awsvpc 模式。
bridge 模式： 使用 Docker 的内置虚拟网桥。容器通过 NAT 共享宿主机的网络接口。需要进行端口映射才能从外部访问容器。多个任务可能共享同一个宿主机 IP 地址，通过不同的端口区分。
host 模式： 容器直接共享宿主机的网络命名空间，没有隔离。容器可以直接访问宿主机的网络接口和所有端口。通常不推荐，除非有特定需求。
none 模式： 容器没有网络接口，无法进行网络通信。仅用于特殊场景。

awsvpc 模式提供了更好的网络隔离和更简化的安全组配置，是构建现代微服务架构的理想选择。

4. 存储选项 (Storage)

ECS 任务可以访问多种存储类型：

Bind Mounts： 将宿主机（EC2 实例）上的文件或目录挂载到容器内部。在 EC2 启动类型中常用，可以将日志目录、配置文件等持久化到宿主机。
Volumes (Docker Volumes)： Docker 管理的持久化存储卷，可以在任务的不同实例之间或任务重启后保留数据。
Amazon EBS Volumes： 可以将 EBS 卷挂载到 EC2 实例上，并通过 Bind Mount 的方式供容器使用。
Amazon EFS (Elastic File System): 可以将 EFS 文件系统直接挂载到 Fargate 或 EC2 启动类型的任务中。EFS 是一个完全托管、可扩展的共享文件系统，非常适合需要在多个任务实例之间共享数据或需要持久化存储的场景。

5. 日志与监控 (Logging & Monitoring)

ECS 与 Amazon CloudWatch 集成，提供了强大的日志收集和监控能力。

日志： 在任务定义中配置日志驱动（通常是 awslogs），可以将容器的标准输出和标准错误日志直接发送到 CloudWatch Logs。您可以在 CloudWatch Logs 中查看、搜索和分析容器日志。
监控： ECS 会自动向 CloudWatch 发送集群、服务和任务级别的指标，如 CPU 和内存利用率、任务数量、健康检查状态等。您可以使用 CloudWatch 仪表盘创建可视化监控面板，设置告警。Container Insights 提供了更细粒度的容器性能和资源利用率指标。

6. 安全性 (Security)

ECS 提供了多层安全机制：

IAM 角色：
- Task Role： 为任务中的容器提供访问其他 AWS 服务的权限（例如，读写 S3 存储桶、访问 DynamoDB）。这是推荐的安全实践，让应用程序无需在代码中硬编码 AWS 凭证。
- Task Execution Role： 允许 ECS 代理代表您执行操作，例如从 ECR 拉取镜像、将日志发送到 CloudWatch Logs、使用 Secrets Manager/Parameter Store 获取敏感数据等。
VPC 和安全组： 使用 VPC 来隔离您的网络环境。使用安全组来控制 ECS 实例或 Fargate 任务的网络入站和出站流量。结合 awsvpc 模式，可以为每个任务配置精细的安全组规则。
Secrets Manager 和 Parameter Store： 与这些服务集成，安全地管理和注入敏感信息（如数据库密码、API 密钥）到容器中，而不是将它们硬编码到任务定义或镜像中。

7. 部署策略 (Deployment Strategies)

ECS 服务支持不同的部署策略，用于更新应用程序：

滚动更新 (Rolling Update)： 默认策略。逐步停止旧的任务实例，启动新的任务实例。您可以控制在任何时间有多少新旧任务同时运行，以及部署期间允许失败的任务数量。
蓝/绿部署 (Blue/Green Deployment)： 与 AWS CodeDeploy 集成实现。在更新过程中，ECS 会在现有生产环境（蓝色环境）旁边启动一组新的任务实例（绿色环境）。一旦绿色环境的任务通过了健康检查，流量会被转移到绿色环境。如果出现问题，可以快速回滚到蓝色环境。这种策略降低了部署风险。

8. 服务发现 (Service Discovery)

当运行微服务时，服务之间需要相互发现和通信。ECS 可以与 AWS Cloud Map 集成，提供服务发现功能。Cloud Map 允许您为微服务创建自定义名称，并维护其不同实例的网络地址（IP 地址和端口）。服务可以通过名称查找其依赖服务的网络位置，而无需硬编码 IP 地址。

9. ECS Exec

ECS Exec 是一项功能，允许您直接进入正在运行的 Fargate 或 EC2 任务中的容器，执行命令进行故障排除或诊断，而无需通过 SSH 连接到 EC2 实例或暴露任何额外的端口。这极大地提高了安全性和便利性。

第五部分：如何使用 ECS (高层步骤)

在 AWS 上使用 ECS 运行容器化应用的基本流程通常包括以下步骤：

准备容器镜像： 构建您的应用程序的 Docker 镜像，并将其推送到一个容器注册表，通常是 Amazon ECR。
创建 ECS 集群： 选择 EC2 或 Fargate 启动类型，创建一个新的 ECS 集群。如果选择 EC2 类型，您还需要启动 EC2 实例并将其注册到集群中。
创建任务定义： 编写或使用 AWS 管理控制台、AWS CLI 或基础设施即代码工具（如 CloudFormation, CDK, Terraform）来定义您的任务定义 JSON 文件。指定容器镜像、端口映射、资源限制、环境变量、日志配置、IAM 角色等。
创建 ECS 服务或运行独立任务：
- 服务 (Service)： 如果您需要长期运行、维持特定数量、弹性伸缩并集成负载均衡的应用，创建一个 ECS 服务，引用您的任务定义，配置期望的任务数量、负载均衡器集成、自动伸缩策略等。ECS 会负责启动和管理任务。
- 独立任务 (Run Task)： 如果您只需要运行一次性任务、批处理作业或计划任务，可以使用 RunTask API 或命令来启动一个独立的任务。ECS 会在集群中找到合适的资源来运行它。
配置网络和安全组： 确保 ECS 实例/Fargate 任务所在的 VPC、子网和安全组配置正确，允许必要的入站和出站流量。
设置负载均衡器 (可选)： 如果使用服务，创建 Application Load Balancer 或 Network Load Balancer，并将其目标组关联到您的 ECS 服务。
配置自动伸缩 (可选)： 为 ECS 服务配置 Application Auto Scaling 策略。
设置监控和日志： 确保容器日志发送到 CloudWatch Logs，并配置 CloudWatch 仪表盘和告警来监控应用性能。
部署和更新： 当有新的镜像版本或任务定义时，更新服务引用的任务定义版本，ECS 会按照配置的部署策略执行更新。

第六部分：ECS 的使用场景

ECS 是一个通用的容器编排服务，适用于多种场景：

微服务架构： 非常适合部署和管理由多个小型、独立服务组成的微服务应用。服务发现、负载均衡、弹性伸缩等功能提供了强大的支持。
Web 应用程序： 运行可伸缩的 Web 前端和后端服务。可以轻松地与 ALB 集成，处理大量的并发用户请求。
API 服务： 构建和运行 RESTful API、GraphQL API 或其他类型的后端服务。
批处理作业 (Batch Jobs)： 运行一次性、计划性或队列驱动的批处理任务。可以利用 ECS 集成 SQS 或 Lambda 来触发任务。
机器学习推理： 部署训练好的机器学习模型作为服务，处理实时推理请求。可以使用 ECS Task Role 安全地访问模型或其他 AWS 资源。
计划任务 (Scheduled Tasks)： 使用 CloudWatch Events (EventBridge) 或 ECS 的计划任务功能定期运行特定的任务，例如数据清理、报告生成等。
现代化传统应用： 将现有的单体应用容器化，并迁移到 ECS 上运行，逐步解耦或重构。

第七部分：ECS 与 EKS 的比较 (简述)

虽然本文重点介绍 ECS，但经常会被问到它与 AWS Elastic Kubernetes Service (EKS) 的区别。简单来说：

ECS 是 AWS 原生的容器编排服务，设计上更注重与 AWS 生态系统的深度集成和易用性。其核心概念（任务定义、服务、集群）是 AWS 定义的。对于已经深度使用 AWS 并希望快速上手容器的用户来说，ECS 是一个非常好的选择。
EKS 是 AWS 提供的 Kubernetes 集群托管服务。Kubernetes 是一个开源的、事实上的容器编排标准。EKS 允许您在 AWS 上运行标准的 Kubernetes 集群，这意味着您可以利用 Kubernetes 社区的丰富工具和生态系统，并且更容易实现多云或混合云战略。对于已经熟悉 Kubernetes 或有跨云需求的用户来说，EKS 可能是更合适的选择。

两者都可以运行相同的 Docker 容器，提供高可用性和可伸缩性。选择哪个取决于您的团队技能、对 AWS 生态系统的依赖程度、对开源标准的偏好以及特定的技术需求。ECS 通常被认为入门曲线更平缓，特别是与 Fargate 结合使用时。

第八部分：ECS 的高级特性与最佳实践

Capacity Providers： 对于 EC2 启动类型，容量提供者允许您定义关联的 Auto Scaling 组，并配置策略，让 ECS 知道如何使用和扩展这些 Auto Scaling 组中的实例来满足任务的资源需求。这使得 EC2 实例的扩展与任务的调度更加自动化和高效。
ECS Exec： 如前所述，用于安全地进入容器进行调试。
服务发现 (Cloud Map)： 详细配置服务注册与发现。
使用基础设施即代码 (IaC)： 强烈建议使用 CloudFormation、CDK 或 Terraform 等工具来定义和管理 ECS 集群、任务定义、服务等资源。这有助于实现基础设施的版本控制、自动化部署和环境一致性。
安全性： 始终使用 Task Role 和 Task Execution Role 来赋予任务最低必需权限。使用 Secrets Manager 或 Parameter Store 管理敏感数据。使用 VPC 和安全组限制网络访问。定期更新任务定义中的镜像版本，并考虑使用镜像扫描。
成本优化： 仔细评估 Fargate 和 EC2 的成本模型，选择最适合您工作负载的启动类型。对于 EC2 类型，利用 Auto Scaling 和 Capacity Providers 优化实例利用率；对于 Fargate，精确设置任务所需的 CPU 和内存。考虑使用 Savings Plans 或预留实例降低 EC2 成本。
日志和监控： 确保所有容器的日志都发送到 CloudWatch Logs。利用 Container Insights 或第三方监控工具收集和分析性能指标。设置关键指标的告警。
部署策略： 根据应用的可用性和风险承受能力选择合适的部署策略（滚动更新 vs. 蓝/绿部署）。

结论

AWS Elastic Container Service (ECS) 是一项功能强大、高度集成 AWS 生态系统的容器管理服务。它通过提供托管的控制平面，极大地简化了在云中运行、管理和扩展容器化应用程序的复杂性。无论您选择便捷的无服务器 Fargate 还是更具控制力的 EC2 启动类型，ECS 都提供了构建弹性、可靠和可伸缩的现代应用的坚实基础。

通过深入理解 ECS 的核心概念（集群、任务定义、任务、服务）、启动类型、关键功能（负载均衡、伸缩、网络、存储、安全）以及与其他 AWS 服务的集成，您可以更有效地设计、部署和运维您的容器化工作负载，从而加速创新并降低运营成本。对于许多在 AWS 上运行容器的用户来说，ECS 是一个极具吸引力的选择，提供了强大的能力和简洁的管理体验。