Kubernetes生产化实践之路

Kubernetes生产化实践之路

• 本书剖析Kubernetes设计原理，分享互联网公司构建高可用多租户集群经验，阐述数据面优化，助你从容应对生产挑战。
• 你能获得：
  • Kubernetes架构设计深度理解
  • 高可用多租户集群构建的最佳实践
  • 数据面性能优化的实用技巧
  • Kubernetes生产环境部署避坑指南

核心内容：

1. Kubernetes架构基础：

• 容器技术的优势在于轻量、优雅，并符合微服务时代应用的构建与部署需求。
• Kubernetes将计算、网络、存储等基础设施抽象为统一模型，简化应用开发者工作。
• 云原生应用需构建为微服务，运行在动态利用云计算优势的容器编排平台，实现松耦合、无状态、容错和弹性。

2. 计算节点管理：

• 节点规格应保持一致，方便负载均衡和故障转移。
• 虚拟化可灵活管理节点，但物理机可减少管理成本和性能损失。
• 操作系统选择稳定且维护周期长的内核版本，容器操作系统可有效保证节点一致性。

3. 容器核心技术：

• Namespace实现资源隔离，CGroups进行资源限制。
• 容器运行时负责管理容器生命周期，如Docker、Containerd和CRI-O。
• 多样化存储驱动满足不同需求，Overlay2是推荐选择。

4. 节点资源管理：

• Kubernetes通过监控节点状态，并使用ResourceVersion作为乐观锁避免资源竞争。
• 节点预留资源，如CPU、内存和PID，保证系统服务质量。
• Kubelet驱逐低优先级Pod，避免节点资源耗尽。

5. Kubernetes模型设计：

• 对象设计遵循通用原则：业务模型化、控制器行为幂等、对象互补可组合、API操作复杂度线性比例等。
• TypeMeta定义对象类型，Metadata定义对象标识，Spec定义期望状态，Status定义实际状态。

6. 控制器模式：

• 控制器模式是Kubernetes系统运作的关键，每个控制器监听其所关注的对象的变更。
• 控制器通过Informer监听对象变化，使用Lister查询对象，保证系统最终一致性。

7. 构建高可用Kubernetes集群：

• 管理节点和工作节点分离，控制平面组件高可用部署。
• etcd集群成员需分别在多个节点上运行，并定期备份。
• API Server可横向扩展，借助Haproxy或负载均衡器实现高可用。

8. 构建企业级镜像仓库：

• 解决Metadata管理、镜像的块文件管理及镜像分发问题。
• 采用容器镜像扫描和准入的安全保证方案。
• 可选择Harbor或Quay等开源镜像仓库。

9. 边缘计算：

• 利用KubeEdge项目，构建基于Kubernetes架构的边缘计算。
• 边缘数据中心，边缘网络接入，边缘计算应用。
• 使用蜂房协议，边缘侧实现离线自治。

10. 网络接入方案：

• Ingress定义API网关对象，实现七层转发规则、网关证书等高级路由功能。
• 采用Contour或Istio等替代方案，解决Ingress的设计缺陷。
• 掌握数据面组件Envoy的架构与实现。

11. 集群联邦：

• 基于集群联邦技术构建跨数据中心的高可用应用。
• 阐述V2版本的设计与实现原理。
• 通过集群联邦技术实现集群规模控制、故障域控制和混合云。

12. 应用落地实践：

• 应用需适应容器化，避免性能下降，资源开销大等问题。
• 遵循十二要素原则，将应用程序构建为微服务。
• 采用基于CRD的业务抽象，利用Operator定义新对象，并构建新对象的控制器。

13. DevOps落地：

• 采用 DevOps，实现快速软件迭代，需要采用DevOps所共有的相互协作、敏捷开发、协调发布和自动化工具链。
• 鼓励写书才是推进内部文档质量提高的出路。

14. 监控和自动修复：

• 监控是衡量系统功能是否达到运维标准的重要因素，实施AIOps。
• 监控要素包括指标收集、日志管理，系统运维流程上遵循最佳实践。
• 从虚拟机技术到容器化技术是一个巨大的转变。

问答：

Q: Kubernetes核心竞争力是什么？

A: Kubernetes核心竞争力在于声明式系统、控制器模式、插件化框架和标准化推动。它抽象了对象，打破了不同云平台边界，并通过插件化框架实现了高度定制化和可扩展性。

Q: 生产化落地Kubernetes需要考虑哪些方面？

A: 生产化落地需要考虑集群规模、多租户支持、网络接入、应用改造、监控和日志管理、DevOps流程等。同时要关注高可用、安全性和性能优化。

Q: 如何解决大规模集群中的学习障碍？

A: 部门新人加入的时候都觉得不适应密集型的信息轰炸，我觉得以后我们部门有新人加入时，我会建议他们先读一遍这本书。大家如果经历一两次生产环境的问题，再回来看这本书，估计体会更深。