Kubernetes：构建跨云冗余与供应商中立的开发平台

### Kubernetes：构建供应商中立的云原生平台 #### 1. 冗余架构与Kubernetes平台 在云计算环境中，冗余是保障关键系统稳定运行的重要原则。Netflix在应对亚马逊AWS服务中断时，凭借自身内部冗余架构，无需等待AWS恢复其US - EAST - 1区域，展现了自主控制冗余架构的优势。 虽然亚马逊AWS有较高的可用性（99.95%正常运行时间服务级别协议），推测其有大量冗余组件，但真正的冗余应是开发者能自主控制的，而非单纯依赖第三方。若AWS故障影响到其他区域，基于Kubernetes的平台能够在几乎任何云提供商上运行和操作，可提供大规模跨云的冗余能力，成为最终的应急方案。 Kubernetes平台利用了云的按需计算实例这一基本价值，并且在适当考虑下，可以保持供应商中立。 #### 2. 便携式平台与供应商中立 许多组织因成本和维护难度等原因，倾向于使用云计算来灵活且经济高效地运行复杂工作负载。云原生概念强调利用临时计算实例、存储和网络，将关注点从实现过程转移到描述期望状态。 以沃尔玛为例，2017年亚马逊宣布收购全食超市后，沃尔玛出于战略业务考虑，不希望其敏感数据存于竞争对手亚马逊的平台上。这表明与特定云供应商深度绑定的解决方案可能会错失与某些企业合作的机会。 Kubernetes及其不断发展的应用、框架和概念生态系统，正在开发既云原生又供应商中立的应用程序。如果一个应用程序能在通用的Kubernetes安装上运行，那么它很可能在任何地方运行，通常只需对自定义网络和存储接口的配置进行最小更改。如今，不仅Kubernetes能在各大云平台上安装和运行，传统云提供商也纷纷将Kubernetes作为服务提供。 以下是各大云提供商提供的Kubernetes服务： | 云提供商 | Kubernetes服务名称 | | ---- | ---- | | 亚马逊 | Amazon Elastic Container Service for Kubernetes (Amazon EKS) | | 微软Azure | Azure Kubernetes Service (AKS) | | IBM | IBM Cloud Kubernetes Service | | 谷歌 | Google Kubernetes Engine (GKE) | #### 3. 开启供应商中立之旅 尽管Kubernetes本身是供应商中立的，但谷歌、微软和亚马逊等供应商提供的托管Kubernetes服务通常包含特定于供应商的要求，尤其是在身份和访问管理方面。 如果构建一个便携式、供应商中立的平台是目标或业务需求，使用主要云提供商的通用计算实例安装自定义/原生Kubernetes集群可能是有益的。或者，明确记录特定供应商使用的非标准配置，为未来的可移植性或多云支持提供供应商中立的路线图。 开发基于Kubernetes的平台意味着它应能在本地工作站、私有云、具有通用计算实例的公共云或公共云Kubernetes服务上运行。有大量的书籍和在线教程可用于为各种环境和供应商设置和配置Kubernetes。 #### 4. DevOps工具链 应用平台旨在提高开发过程的生产力。成熟的应用平台会建立约定、提供可观测性方法并推广特定的架构设计模式。Kubernetes作为一个强大的容器编排系统，是开发大型企业平台的理想环境，它让开发者只需关注应用配置。 在Kubernetes开发中，kubectl是用于配置、管理和开发的核心工具，为引入更复杂的工具建立了单一标准。 在开发环境中，仓库、注册表和CI/CD是组织、配置和维护支持平台开发的清单、代码和容器映像的重要组件。 - **仓库**：用于存储、分发和管理源代码，特别是本书中开发平台所涉及的YAML文件。Git已成为源代码管理和版本控制的行业标准，Git仓库具有分布式和可移植性，符合供应商中立标准。GitHub是开源项目最受欢迎的托管仓库，但它本身并非开源，为避免供应商锁定，可将其作为开源组件的公共访问镜像。而GitLab可用于持续集成和持续部署，它是开源的，能在自主控制的基础设施上安装和运行。 - **注册表**：Kubernetes运行和管理容器，容器映像注册表负责维护容器映像的版本控制和分发。本书中的平台从多个注册表拉取容器，包括公共的Docker Hub。公共容器使用Docker Hub，私有容器使用GitLab的内置Docker注册表。为增加控制和安全性，可将平台使用的所有容器镜像到私有注册表。同时，可集成如CoreOS的Clair等工具来检测常见漏洞和暴露（CVEs）等安全风险。 - **CI/CD**：持续集成和部署到Kubernetes对于高效的平台开发和稳定的生产发布至关重要。GitLab具有稳定成熟的CI/CD组件，能直接在Kubernetes集群中执行构建操作和测试，可在集群内对代码进行测试，相比其他服务具有巨大优势。 ```mermaid graph LR A[仓库] --> B[注册表] B --> C[CI/CD] C --> D[Kubernetes集群] ``` #### 5. GitLab与k3s结合 GitLab是一个开源的端到端软件开发平台，具有内置的版本控制、问题跟踪、代码审查、CI/CD等功能。它可以在独立实例或Kubernetes集群中运行，并可通过设置远程运行器利用现有的Kubernetes集群进行测试和部署活动。 k3s是一个40MB的二进制文件，运行“完全兼容的生产级Kubernetes发行版”，仅需512MB的RAM。使用k3s托管GitLab是熟悉单节点集群的好方法，并且能在Kubernetes API下实现统一的管理平面。 以下是在Vultr上设置运行在单节点自定义Kubernetes (k3s) 集群中的GitLab应用程序的步骤： ##### 5.1 服务器设置 - 注册Vultr账户或选择等效替代方案。本练习需要一个至少有两个CPU核心和4096MB内存的Ubuntu 18.04服务器。 1. 选择服务器位置：选择地理上靠近团队大多数成员的位置，以减少开发操作的网络延迟。 2. 选择服务器类型：选择Ubuntu 18.04，它是基于Debian的免费开源Linux发行版，由Canonical Ltd支持，是长期支持版本，支持到2028年。 3. 选择服务器大小：GitLab在k3s上运行至少需要两个CPU核心和4086MB的内存以支持小团队。 4. 为新实例提供一个带有自己域名的主机名，Vultr会在配置中预配置主机名。 ##### 5.2 配置DNS 使用自己的域名替换示例中的“apk8s.dev”。为域名添加至少两条指向新服务器公共IP地址的DNS A记录，具体操作可咨询域名/DNS提供商。 ##### 5.3 安装k3s 1. 打开Vultr上的服务器信息页面，找到root密码。 2. 登录新服务器并升级任何过时的软件包： ```bash ssh [email protected] apt update && apt upgrade -y ``` 3. 使用curl下载k3s安装程序并通过管道传递给shell执行： ```bash curl -sfL https://get.k3s.io | sh - ``` 4. 使用kubectl测试新的k3s (Kubernetes) 安装： ```bash kubectl get Nodes ``` ##### 5.4 远程访问 k3s安装完成后，Kubernetes API在端口6443上监听连接。远程访问集群的凭证位于`/etc/rancher/k3s/k3s.yaml`。 如果本地工作站安装了kubectl，可将k3s节点上的`/etc/rancher/k3s/k3s.yaml`文件中的集群、用户和上下文条目添加到本地的`~/.kube/config`文件中，将“default”替换为有意义的名称（如“gitlab”），并将集群部分中的“localhost”替换为服务器的公共IP地址。 通过以上步骤，我们可以构建一个基于Kubernetes的供应商中立的开发平台，利用GitLab和k3s等工具实现高效的开发和部署流程。 ### Kubernetes：构建供应商中立的云原生平台 #### 6. 深入理解各组件的协同作用 在构建基于Kubernetes的供应商中立平台过程中，各个组件之间的协同作用至关重要。仓库、注册表和CI/CD构成了一个完整的开发流程闭环。 仓库作为代码和配置文件的存储中心，为整个开发过程提供了基础。通过Git进行版本控制，团队成员可以方便地进行代码的提交、合并和回滚操作。例如，开发人员在本地完成代码修改后，使用`git add`和`git commit`将代码提交到本地仓库，再使用`git push`将代码推送到远程仓库。 注册表则负责容器镜像的管理。当开发人员完成代码开发和测试后，使用Docker将应用程序打包成容器镜像，并推送到注册表中。例如，使用以下命令构建并推送容器镜像： ```bash docker build -t myapp:1.0 . docker push myapp:1.0 ``` CI/CD流程则将仓库和注册表连接起来，实现自动化的构建、测试和部署。GitLab的CI/CD组件可以根据配置文件（如`.gitlab-ci.yml`）自动触发构建和测试任务。以下是一个简单的`.gitlab-ci.yml`示例： ```yaml stages: - build - test - deploy build: stage: build script: - docker build -t myapp:1.0 . test: stage: test script: - docker run myapp:1.0 pytest deploy: stage: deploy script: - kubectl apply -f deployment.yaml ``` 在这个示例中，当代码推送到GitLab仓库时，会依次执行构建、测试和部署任务。 #### 7. 供应商中立的优势与挑战 供应商中立的平台具有诸多优势。首先，它避免了对单一云供应商的依赖，降低了供应商锁定的风险。例如，当某个云供应商出现服务中断或价格上涨等问题时，企业可以轻松地将应用程序迁移到其他云供应商。其次，供应商中立的平台可以提高企业的灵活性和竞争力，企业可以根据自身需求选择最合适的云供应商和服务。 然而，实现供应商中立也面临一些挑战。不同云供应商的Kubernetes服务可能存在细微差异，这需要开发人员进行额外的配置和调试。例如，在使用不同云供应商的托管Kubernetes服务时，身份和访问管理的配置可能会有所不同。此外，跨云部署和管理也需要一定的技术和经验，以确保应用程序在不同云环境中的稳定性和性能。 #### 8. 未来发展趋势 随着云计算和容器技术的不断发展，Kubernetes作为容器编排的事实标准，将在未来发挥更加重要的作用。以下是一些未来可能的发展趋势： - **多云和混合云的普及**：越来越多的企业将采用多云和混合云架构，以实现资源的优化配置和风险的分散。Kubernetes作为跨云管理的核心技术，将得到更广泛的应用。 - **人工智能和机器学习的集成**：随着人工智能和机器学习的发展，将这些技术与Kubernetes集成，实现自动化的资源调度和优化，将成为未来的一个重要方向。 - **安全和合规性的加强**：随着云计算的普及，安全和合规性问题日益突出。Kubernetes将不断加强安全功能，如身份验证、授权和加密等，以满足企业的安全需求。 #### 9. 总结与建议 通过本文的介绍，我们了解了如何构建一个基于Kubernetes的供应商中立的云原生平台。在构建过程中，我们需要关注冗余架构、便携式平台、DevOps工具链等关键要素。 为了实现供应商中立，建议企业使用通用的计算实例安装自定义/原生Kubernetes集群，并明确记录特定供应商使用的非标准配置。在选择工具时，应优先考虑开源和可移植的工具，如GitLab和k3s。 同时，企业应不断关注云计算和容器技术的发展趋势，积极探索新的应用场景和技术，以提高自身的竞争力和创新能力。 以下是一个总结表格： | 关键要素 | 说明 | | ---- | ---- | | 冗余架构 | 确保关键系统的稳定性，避免依赖单一云供应商 | | 便携式平台 | 支持在不同云环境和本地环境中运行 | | DevOps工具链 | 提高开发效率和质量，实现自动化的构建、测试和部署 | | 供应商中立 | 降低供应商锁定风险，提高灵活性和竞争力 | ```mermaid graph LR A[仓库] --> B[注册表] B --> C[CI/CD] C --> D[Kubernetes集群] D --> E[应用程序] E --> F[用户] ``` 通过以上步骤和方法，企业可以构建一个高效、稳定、安全的供应商中立的云原生平台，为业务的发展提供有力支持。