摘要：平臺上的微服務架構應用再來看一下我眼中的基于當前最流行的微服務架構的設計是什么樣的，即我們平臺上要運行的典型應用是什么樣的。

8月19日的數(shù)人云Container Meetup上，張龍老師做了《基于Kubernetes的PaaS平臺的設計和思考》的精彩分享，分別介紹了PaaS平臺的意義，為什么選擇Kubernetes，PaaS平臺上的微服務架構應用，如何設計和快速構建PaaS平臺，PaaS平臺的功能組件這幾個內(nèi)容。

以下為現(xiàn)場實錄內(nèi)容——

今天跟大家分享下基于Kubernetes的PaaS平臺設計和思考，主要分為五個部分：

PaaS平臺的意義

為什么選擇Kubernetes

PaaS平臺上的微服務架構應用

PaaS平臺架構設計

PaaS平臺功能組件

很多公司技術支持崗位的工作，如配置域名，部署環(huán)境，修改復位配置，服務重啟，擴容縮容，梳理和完善監(jiān)控，根據(jù)開發(fā)的需要查找日志等工作，需要和開發(fā)進行大量的溝通，如什么是外網(wǎng)域名，什么是內(nèi)網(wǎng)域名、A name、C name，防火墻規(guī)則該如何設定，操作系統(tǒng)等基礎環(huán)境需要什么依賴。因為很多研發(fā)不了解運維的術語和知識點，導致溝通困難，效率很低。而且這樣的需求還很多，把運維壓的喘不過氣，占用了幾乎所有的時間，但是開發(fā)的需求可能還是遲遲不能滿足。

這樣的公司可能遇到了以下問題：

系統(tǒng)架構過于陳舊，性能、可靠性無法滿足現(xiàn)有的需求；

原有IT架構不靈活，業(yè)務模塊新增或變更帶來巨大成本壓力；

系統(tǒng)功能繁雜，結構紊亂，定制的代碼與系統(tǒng)耦合性極高；

服務種類繁多，各種技術棧橫行；

人員流動交接不充分，新接手的團隊對部署環(huán)境不了解，只能做周邊的修補，不敢遷移 。

如何才能解決？答案是流程化、標準化、自動化、平臺化。

流程化

即主動梳理運維工作任務，形成標準化的操作流程，尤其是針對需要多人協(xié)作完成的任務，比如應用的發(fā)布部署，把流程固化到流程平臺系統(tǒng)中，保證每個人執(zhí)行都能按照流程嚴格執(zhí)行，不會有哪些環(huán)節(jié)遺漏，而且當前的流程狀態(tài)對所有人都可見，能清晰的看到誰正在處理，處理人也會更主動盡快的完成該任務。

標準化

從架構角度按照應用類別制定應用的部署標準，比如Web類型的應用，服務化的應用（我們內(nèi)部用的JSF），或者是比較新的微服務的應用（Springboot等），部署腳本和工具平臺按照約定好的規(guī)范進行設計開發(fā)，減少了因為應用種類繁多導致工具和平臺的復雜。

自動化

早期寫了非常多的腳本，任務執(zhí)行機到要執(zhí)行任務的服務器之間通過SSH免密鑰認證，再根據(jù)需要批量執(zhí)行命令。隨著服務器規(guī)模和應用數(shù)量的擴張，很快腳本執(zhí)行的方式無法滿足業(yè)務發(fā)展，難以理解，同一個類型的任務多個腳本并存，存在誤操作，缺乏清晰的操作歷史記錄和回滾機制，即使后續(xù)替換了如Puppet，Saltstack，Ansible這樣的配置管理工具，但根本問題并沒有解決。

※ 平臺化

平臺化是這次分享的重點，一定要在前面三條的基礎上進行建設，如果沒有清晰的流程，明確的標準，平臺建設起來也只是自動化工具的集成，解決不了公司核心問題。

以下說的平臺化內(nèi)容主要是PaaS平臺化，即主要從應用和中間件的角度，這里不討論IaaS的內(nèi)容。

PasS平臺化將問題的關注點從基礎資源上升到了應用層面，目標是提供一個幫助開發(fā)人員運行、管理應用的平臺，讓使用者更關注運行的代碼（業(yè)務邏輯）。

PaaS能解決的問題：

應用聚合：如開發(fā)需要一個Redis，直接啟動一個Redis容器即可

服務發(fā)現(xiàn)、快速伸縮、狀態(tài)管理等

服務監(jiān)控、恢復、容災

費用統(tǒng)計：提供計算資源信息匯總，針對不同項目收費

安全管控：不管什么平臺，安全都非常重要，例如A應用可以訪問B,B不允許訪問A以及安全審計等。

快速部署。

隨著Docker容器技術的出現(xiàn)，讓我們有了更合適的工具建設PaaS平臺，具備了基于應用構建服務的能力。

在Docker容器調(diào)度框架上，我們又選擇了Kubernetes平臺。

先列一下目前三大主流的容器調(diào)度框架的功能和特點：

〓 Kubernetes

資源調(diào)度、服務發(fā)現(xiàn)、服務編排、資源邏輯隔離、服務自愈、安全配置管理、Job任務支持、自動回滾、內(nèi)部域名服務、健康檢查、有狀態(tài)支持、運行監(jiān)控/日志、擴容縮容、負載均衡、灰度升級、容災恢復、應用HA。

〓 Mesos

Mesos是一個分布式內(nèi)核，目前的發(fā)展方向是數(shù)據(jù)中心操作系統(tǒng)（DCOS），它同時支持 Marathon、 Kubernetes 和 Swarm 等多種框架，Mesosphere 也是 Kubernetes 生態(tài)的一員。

注意Marathon的技術棧是Scala語言，而Docker和Kubernetes的技術棧都是Go語言。

〓 Swarm

從Docker1.12版本開始，Swarm 隨Docker一起默認安裝發(fā)布，也由于隨Docker引擎一起發(fā)布，無需額外安裝，配置簡單。

支持服務注冊、服務發(fā)現(xiàn)，內(nèi)置Overlay Network以及Load Balancer。

與Docker CLI非常類似的操作命令，對熟悉Docker的人非常容易上手學習。

每一種工具都有自己的核心理念。

Mesos理念是數(shù)據(jù)中心操作系統(tǒng)（DCOS），為了解決IaaS層的網(wǎng)絡、計算和存儲問題，所以Mesos的核心是解決物理資源層的問題。

Kubernetes的核心是如何解決自動部署，擴展和管理容器化（containerized）應用程序。

所以，個人認為Mesos和Kubernetes是兩種維度，對于我們的場景來說，關心應用的狀態(tài)多于物理資源層管理，因此更關心的是容器化應用程序管理，這是我們選擇Kubernetes的主要原因。

另外選擇Kubernetes還考慮了其它優(yōu)勢，如：

出身名門Google，其開發(fā)和設計受到了Google著名的Borg系統(tǒng)的影響；

GitHub上關注Kubernetes項目和提交代碼的開發(fā)者非常多，社區(qū)活躍，如果遇到問題，通過社區(qū)咨詢和解決 問題速度也會比較快。

Kubernetes可以很好的支持有狀態(tài)的服務。

再來看一下我眼中的基于當前最流行的微服務架構的設計是什么樣的，即我們PaaS平臺上要運行的典型應用是什么樣的。

用戶端的請求進來以后，首先進入前端的Nginx服務器，再進入Zuul代理網(wǎng)管上，由Zuul將這些任務下發(fā)到不同的服務上去。Eureka集群作為注冊中心服務，提供服務的發(fā)現(xiàn)和注冊的功能。服務后端再去調(diào)用依賴的其他服務，數(shù)據(jù)庫集群，Redis集群等服務。

微服務架構因為有注冊中心自動解決了服務注冊發(fā)現(xiàn)的問題，所以對內(nèi)部服務來講就不用依賴傳統(tǒng)的負載均衡器等工具，很容易將各個服務Docker化，遷移到PaaS平臺里統(tǒng)一管理。

在建設PaaS平臺之前，參考《高效人士的七個習慣》設定了PaaS平臺建設的原則：

以終為始：做一件事情要知道想達成什么樣的目的，知道這個目的之后，就能夠圍繞這個目標采取一些措施。

知己解彼：作為一個運維人員，需要有一個比較大的知識面。只有如此才能夠去制定一些適合自己的方案和產(chǎn)品。

積極主動：因為要做PaaS所以要把自己的主觀能動性都調(diào)起來。

要事第一：上面說了很多PaaS相關的內(nèi)容，由于時間、人員的限制。如何從眾多的基礎組建中挑選出來最重要的一些事情，著手建設。

雙贏：做出來的系統(tǒng)最好是能夠達到對開發(fā)、運維、公司都有利。

統(tǒng)合綜效：對待同樣的一件事，每個人都會有自己的見解。同時也要問同伴，要把所有的觀點都收集起來做一個綜合分析對比，以收到更好的效果。

持續(xù)更新：時刻提醒自己持續(xù)學習，擁抱變化，這樣才能看到平臺的不足。持續(xù)迭代出更好的產(chǎn)品。

基于以上的原則，我們團隊勾勒了一個最小化的PaaS圖：

最上面的Ingress服務跟傳統(tǒng)的負載均衡器的功能類似，提供請求分發(fā)的功能。

Service相當于后端Pod的一個代理服務器，Service需要通過Ingress服務才能被外部Client訪問。

Pod則相當于我們傳統(tǒng)的一個服務。

最小化PaaS平臺還用到了DNS組件，在內(nèi)部服務運行起來之后，我們會通過DNS組件分配一個內(nèi)部域名供訪問時使用。

Kubernetes對外提供服務，用的是Lvs+Ingress，每次添加一個新的服務之后會調(diào)用一次DNS的API，按照規(guī)則生成一個內(nèi)部域名供訪問使用。

應用持續(xù)部署

平臺實現(xiàn)快速、可視化自動部署功能。支持對應用的快速、可視化部署。用戶僅需在界面中選擇相應的鏡像和組件，并填寫簡單的配置信息，點擊部署按鈕，即可完成整個應用的安裝或者升級。在測試環(huán)境可通過Jenkins，可實現(xiàn)應用的持續(xù)集成和全自動化升級，同時支持一鍵回滾和恢復發(fā)布功能。

應用彈性伸縮

構建具有需求預測和容器按需供給能力的彈性伸縮子系統(tǒng)，具有基于應用的負載和資源情況進行彈性伸縮能力，以應對互聯(lián)網(wǎng)用戶高并發(fā)的特點，應對流量沖擊。其中，包括容器彈性伸縮、物理機彈性伸縮功能。

容器和組件的統(tǒng)一管理

從整體應用的角度出發(fā)，平臺不僅管理鏡像和容器，而是將一個應用涉及的所有組件均做了統(tǒng)一管理，比如對前端的DNS、負載均衡（F5/Nginx），后端數(shù)據(jù)庫等的管理。通過對系統(tǒng)相關組件和容器統(tǒng)一管理，平臺將可以實現(xiàn)系統(tǒng)的全局統(tǒng)一部署、配置、升級/回滾、監(jiān)控、故障處理等功能。

高可靠性

容器的故障恢復，當服務器宕機時，平臺系統(tǒng)會自動在其它服務器上重新啟動容器并為其分配資源，從而達到秒級啟動，恢復業(yè)務。保障業(yè)務不掉線，高可靠運行；鏡像倉庫的可靠性，通過將單機版的鏡像倉庫擴展成鏡像倉庫集群，從而提升性能，實現(xiàn)Registry的無狀態(tài)化，便于實現(xiàn)服務的高可用性。

應用docker化封裝

系統(tǒng)支持如下幾類常見應用：Tomcat、Jboss、Nginx、Redis、Zookeeper等。

具體實施時，主要有幾個基礎組件需要開發(fā)：

〓 鏡像管理

實際運行的應用鏡像由 “基礎中間件鏡像”+“應用包”+“配置” 自動構建，無需開發(fā)人員理解鏡像概念和手動制作鏡像；

〓 DNS管理

定制化公司內(nèi)部使用的DNS管理平臺，對公司的DNS進行統(tǒng)一管理；

〓 服務管理

需要定制化一套Kubernetes的Deployment模板，從Ingress到Service再到RC都定義在這套模板里面，方便對容器進行擴容、縮容、刪除操作；

〓 服務內(nèi)pod管理

屬于Kubernetes自有范疇，查看Service內(nèi)的Pod運行情況、Pod日志輸出等功能；

〓 日志管理

將日志輸出到公司的日志平臺（如ELK平臺），對接研發(fā)人員排查問題、數(shù)據(jù)埋點使用。

〓 監(jiān)控管理

參考方案cadvisor+influxdb+grafana/ heapster+influxdb+grafana/Prometheus/zabbix.

一個中小企業(yè)做成這樣后，日常運維的工作量即可大量減少，兩三個人就能完成日常的應用運維工作，有興趣地話可以去挑戰(zhàn)一下。當然做完這些后，還只是一個小型的PaaS平臺。

如果是再復雜一點的PaaS平臺，應該還有哪些要繼續(xù)做的呢？

環(huán)境管理：即一套平臺管理多套不同的Kubernetes集群。安全管理、流程管理、計費管理等功能模塊。

還有因為規(guī)模增加和更高的可靠性要求，對應的網(wǎng)絡，IO等各種優(yōu)化。

其實還有很多功能就不一一列舉了，可以根據(jù)自己的實際情況添加功能模塊，設計有自己公司特色的PaaS平臺。