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特别放送 | 基于 Kubernetes 的云原生应用管理，到底应该怎么做？

特别放送 | 基于 Kubernetes 的云原生应用管理，到底应该怎么做？-极客时间

特别放送 | 基于 Kubernetes 的云原生应用管理，到底应该怎么做？

2019-08-07 张磊 来自北京
《深入剖析Kubernetes》
课程介绍

讲述：张磊

时长10:28大小9.59M

你好，我是张磊。
虽然《深入剖析 Kubernetes》专栏已经完结了一段时间了，但是在留言中，很多同学依然在不时地推敲与消化专栏里的知识和案例。对此我非常开心，同时也看到大家在实践 Kubernetes 的过程中存在的很多问题。所以在接下来的一段时间里，我会以 Kubernetes 最为重要的一个主线能力作为专题，对专栏内容从广度和深度两个方向上进行一系列延伸与拓展。希望这些内容，能够帮助你在探索这个全世界最受欢迎的开源生态的过程中，更加深刻地理解到 Kubernetes 项目的内涵与本质。
随着 Kubernetes 项目的日趋成熟与稳定，越来越多的人都在问我这样一个问题：现在的 Kubernetes 项目里，最有价值的部分到底是哪些呢？
为了回答这个问题，我们不妨一起回到第 13 篇文章《为什么我们需要 Pod？》中，来看一下几个非常典型的用户提问。
用户一：关于升级 War 和 Tomcat 那块，也是先修改 yaml，然后 Kubenertes 执行升级命令，pod 会重新启动，生产也是按照这种方式吗？所以这种情况下，如果只是升级个 War 包，或者加一个新的 War 包，Tomcat 也要重新启动？这就不是完全松耦合了？
用户二：WAR 包的例子并没有解决频发打包的问题吧? WAR 包变动后, geektime/sample:v2 包仍然需要重新打包。这和东西一股脑装在 tomcat 中后, 重新打 tomcat 并没有差太多吧?
用户三：关于部署 war 包和 tomcat，在升级 war 的时候，先修改 yaml，然后 Kubernetes 会重启整个 pod，然后按照定义好的容器启动顺序流程走下去？正常生产是按照这种方式进行升级的吗？
在《为什么我们需要 Pod？》这篇文章中，为了讲解 Pod 里容器间关系（即：容器设计模式）的典型场景，我举了一个“WAR 包与 Web 服务器解耦”的例子。在这个例子中，我既没有让你通过 Volume 的方式将 WAR 包挂载到 Tomcat 容器中，也没有建议你把 WAR 包和 Tomcat 打包在一个镜像里，而是用了一个 InitContainer 将 WAR 包“注入”给了 Tomcat 容器。
不过，不同用户面对的场景不同，对问题的思考角度也不一样。所以在这一节里，大家提出了很多不同维度的问题。这些问题总结起来，其实无外乎有两个疑惑：
如果 WAR 包更新了，那不是也得重新制作 WAR 包容器的镜像么？这和重新打 Tomcat 镜像有很大区别吗？
当用户通过 YAML 文件将 WAR 包镜像更新后，整个 Pod 不会重建么？Tomcat 需要重启么？
这里的两个问题，实际上都聚焦在了这样一个对于 Kubernetes 项目至关重要的核心问题之上：基于 Kubernetes 的应用管理，到底应该怎么做？
比如，对于第一个问题，在不同规模、不同架构的组织中，可能有着不同的看法。一般来说，如果组织的规模不大、发布和迭代次数不多的话，将 WAR 包（应用代码）的发布流程和 Tomcat （Web 服务器）的发布流程解耦，实际上很难有较强的体感。在这些团队中，Tomcat 本身很可能就是开发人员自己负责管理的，甚至被认为是应用的一部分，无需进行很明确的分离。
而对于更多的组织来说，Tomcat 作为全公司通用的 Web 服务器，往往有一个专门的小团队兼职甚至全职负责维护。这不仅包括了版本管理、统一升级和安全补丁等工作，还会包括全公司通用的性能优化甚至定制化内容。
在这种场景下，WAR 包的发布流水线（制作 WAR 包镜像的流水线），和 Tomcat 的发布流水线（制作 Tomcat 镜像的流水线）其实是通过两个完全独立的团队在负责维护，彼此之间可能都不知晓。
这时候，在 Pod 的定义中直接将两个容器解耦，相比于每次发布前都必须先将两个镜像“融合”成一个镜像然后再发布，就要自动化得多了。这个原因是显而易见的：开发人员不需要额外维护一个“重新打包”应用的脚本、甚至手动地去做这个步骤了。
这正是上述设计模式带来的第一个好处：自动化。
当然，正如另外一些用户指出的那样，这个“解耦”的工作，貌似也可以通过把 WAR 包以 Volume 的方式挂载进 Tomcat 容器来完成，对吧？
然而，相比于 Volume 挂载的方式，通过在 Pod 定义中解耦上述两个容器，其实还会带来另一个更重要的好处，叫作：自描述。
为了解释这个好处，我们不妨来重新看一下这个 Pod 的定义：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: javaweb-2
spec:
initContainers:
- image: geektime/sample:v2
name: war
command: ["cp", "/sample.war", "/app"]
volumeMounts:
- mountPath: /app
name: app-volume
containers:
- image: geektime/tomcat:7.0
name: tomcat
command: ["sh","-c","/root/apache-tomcat-7.0.42-v2/bin/start.sh"]
volumeMounts:
- mountPath: /root/apache-tomcat-7.0.42-v2/webapps
name: app-volume
ports:
- containerPort: 8080
hostPort: 8001
volumes:
- name: app-volume
emptyDir: {}
现在，我来问你这样一个问题：这个 Pod 里，应用的版本是多少？Tomcat 的版本又是多少？
相信你一眼就能看出来：应用版本是 v2，Tomcat 的版本是 7.0.42-v2。
没错！所以我们说，一个良好编写的 Pod 的 YAML 文件应该是“自描述”的，它直接描述了这个应用本身的所有信息。
但是，如果我们改用 Volume 挂载的方式来解耦 WAR 包和 Tomcat 服务器，这个 Pod 的 YAML 文件会变成什么样子呢？如下所示：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: javaweb-2
spec:
containers:
- image: geektime/tomcat:7.0
name: tomcat
command: ["sh","-c","/root/apache-tomcat-7.0.42-v2/bin/start.sh"]
volumeMounts:
- mountPath: /root/apache-tomcat-7.0.42-v2/webapps
name: app-volume
ports:
- containerPort: 8080
hostPort: 8001
volumes:
- name: app-volume
flexVolume:
driver: "alicloud/disk"
fsType: "ext4"
options:
volumeId: "d-bp1j17ifxfasvts3tf40"
在上面这个例子中，我们就通过了一个名叫“app-volume”的数据卷（Volume），来为我们的 Tomcat 容器提供 WAR 包文件。需要注意的是，这个 Volume 必须是持久化类型的数据卷（比如本例中的阿里云盘），绝不可以是 emptyDir 或者 hostPath 这种临时的宿主机目录，否则一旦 Pod 重调度你的 WAR 包就找不回来了。
然而，如果这时候我再问你：这个 Pod 里，应用的版本是多少？Tomcat 的版本又是多少？
这时候，你可能要傻眼了：在这个 Pod YAML 文件里，根本看不到应用的版本啊，它是通过 Volume 挂载而来的！
也就是说，这个 YAML 文件再也没有“自描述”的能力了。
更为棘手的是，在这样的一个系统中，你肯定是不可能手工地往这个云盘里拷贝 WAR 包的。所以，上面这个 Pod 要想真正工作起来，你还必须在外部再维护一个系统，专门负责在云盘里拷贝指定版本的 WAR 包，或者直接在制作这个云盘的过程中把指定 WAR 包打进去。然而，无论怎么做，这个工作都是非常不舒服并且自动化程度极低的，我强烈不推荐。
要想 “Volume 挂载”的方式真正能工作，可行方法只有一种：那就是写一个专门的 Kubernetes Volume 插件（比如，Flexvolume 或者 CSI 插件） 。这个插件的特殊之处，在于它在执行完 “Mount 阶段”后，会自动执行一条从远端下载指定 WAR 包文件的命令，从而将 WAR 包正确放置在这个 Volume 里。这个 WAR 包文件的名字和路径，可以通过 Volume 的自定义参数传递，比如：
...
volumes:
- name: app-volume
flexVolume:
driver: "geektime/war-vol"
fsType: "ext4"
options:
downloadURL: "https://github.com/geektime/sample/releases/download/v2/sample.war"
在这个例子中， 我就定义了 app-volume 的类型是 geektime/war-vol，在挂载的时候，它会自动从 downloadURL 指定的地址下载指定的 WAR 包，问题解决。
可以看到，这个 YAML 文件也是“自描述”的：因为你可以通过 downloadURL 等参数知道这个应用到底是什么版本。看到这里，你是不是已经感受到 “Volume 挂载的方式” 实际上一点都不简单呢？
在明白了我们在 Pod 定义中解耦 WAR 包容器和 Tomcat 容器能够得到的两个好处之后，第一个问题也就回答得差不多了。这个问题的本质，其实是一个关于“ Kubernetes 应用究竟应该如何描述”的问题。
而这里的原则，最重要的就是“自描述”。
我们之前已经反复讲解过，Kubernetes 项目最强大的能力，就是“声明式”的应用定义方式。这个“声明式”背后的设计思想，是在 YAML 文件（Kubernetes API 对象）中描述应用的“终态”。然后 Kubernetes 负责通过“控制器模式”不断地将整个系统的实际状态向这个“终态”逼近并且达成一致。
而“声明式”最大的好处是什么呢？
“声明式”带来最大的好处，其实正是“自动化”。作为一个 Kubernetes 用户，你只需要在 YAML 里描述清楚这个应用长什么样子，那么剩下的所有事情，就都可以放心地交给 Kubernetes 自动完成了：它会通过控制器模式确保这个系统里的应用状态，最终并且始终跟你在 YAML 文件里的描述完全一致。
这种“把简单交给用户，把复杂留给自己”的精神，正是一个“声明式”项目的精髓所在了。
这也就意味着，如果你的 YAML 文件不是“自描述”的，那么 Kubernetes 就不能“完全”理解你的应用的“终态”到底是什么样子的，它也就没办法把所有的“复杂”都留给自己。这不，你就得自己去写一个额外 Volume 插件去了。
回到之前用户提到的第二个问题：当通过 YAML 文件将 WAR 包镜像更新后，整个 Pod 不会重建么？Tomcat 需要重启么？
实际上，当一个 Pod 里的容器镜像被更新后，kubelet 本身就能够判断究竟是哪个容器需要更新，而不会“无脑”地重建整个 Pod。当然，你的 Tomcat 需要配置好 reloadable=“true”，这样就不需要重启 Tomcat 服务器了，这是一个非常常见的做法。
但是，这里还有一个细节需要注意。即使 kubelet 本身能够“智能”地单独重建被更新的容器，但如果你的 Pod 是用 Deployment 管理的话，它会按照自己的发布策略（RolloutStrategy） 来通过重建的方式更新 Pod。
这时候，如果这个 Pod 被重新调度到其他机器上，那么 kubelet “单独重建被更新的容器”的能力就没办法发挥作用了。所以说，要让这个案例中的“解耦”能力发挥到最佳程度，你还需要一个“原地升级”的功能，即：允许 Kubernetes 在原地进行 Pod 的更新，避免重调度带来的各种麻烦。
原地升级能力，在 Kubernetes 的默认控制器中都是不支持的。但，这是社区开源控制器项目 https://github.com/openkruise/kruise 的重要功能之一，如果你感兴趣的话可以研究一下。

总结

说到这里，再让我们回头看一下文章最开始大家提出的共性问题：现在的 Kubernetes 项目里，最有价值的部分到底是哪些？这个项目的本质到底在哪部分呢？
实际上，通过深入地讲解 “Tomcat 与 WAR 包解耦”这个案例，你可以看到 Kubernetes 的“声明式 API”“容器设计模式”“控制器原理”，以及 kubelet 的工作机制等很多核心知识点，实际上是可以通过一条主线贯穿起来的。这条主线，从“应用如何描述”开始，到“容器如何运行”结束。
这条主线，正是 Kubernetes 项目中最具价值的那个部分，即：云原生应用管理（Cloud Native Application Management）。它是一条连接 Kubernetes 项目绝大多数核心特性的关键线索，也是 Kubernetes 项目乃至整个云原生社区这五年来飞速发展背后唯一不变的精髓。
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精选留言(66)

  • 平常心
    2019-08-07
    购买所有课程里面最好的，没有之一
    共 6 条评论
    62
  • arthur
    2019-08-08
    磊神，开个实战新课吧，肯定火！
    34
  • 茶客ぶる声
    2020-03-17
    大佬，继续开课吧，开个新课，大伙再买

    作者回复: 😉考虑下

    共 5 条评论
    20
  • Ma.LW
    2019-09-01
    磊哥，根据Kubernetes的动态给我们一直讲下去吧，技术更新不断，我们也想继续前行！
    13
  • ch_ort
    2021-01-13
    Kubernetes最大价值： 声明式API和控制器模式 Servless三个特征： 按使用计费、工作流驱动、高可扩展性 云原生本质： 敏捷、可扩展、可复制，充分利用“云”能力，发挥“云”价值的最佳上云路径 对于应用如何部署到kuberentes的问题里，有一个例子是Tomcat里运行一个WAR包。有两个问题： 1、为什么不把Tomcat和WAR包打包在一个镜像里 放在一个镜像里，耦合太重。任何一方的发布都要修改整个镜像 2、为什么不把WAR包放到一个持久化的Volume里，Tomcat容器启动的时候去挂载？ 通过Volume挂载，缺少自描述字段（比如版本）。只能知道这里面是一个必要的文件。 当然可以通过自定义开发一个Volume插件，来从指定的描述字段中拉取一个WAR包来实现，但方案较为复杂
    展开
    12
  • kakj
    2019-12-13
    老师您好，目前看了很多k8s相关的书籍，想继续深入研究是不是要研究源码了，最后能不能出一期关于如何研究k8s源码
    7
  • 陆培尔
    2019-08-10
    应该后面会讲到helm和kustomize吧，讲真老师觉得这俩哪个是后续的发展方向？
    共 2 条评论
    7
  • 俊釆
    2019-09-18
    有些课程，读着读着就没有兴趣了，这个课我看了很多遍了，依然还想看。这就是功底啊。
    6
  • kevin
    2019-08-11
    这课买的太值了，还可以持续更新！磊哥良心啊
    6
  • Geek_df0ab0
    2019-11-01
    磊哥，开新课讲一下k8s的生态吧。生产落地实践也非常重要
    3
  • yujiechenglun
    2019-08-21
    购买的课程中最好的，没有之一，课程脉络清晰，每节课都条理分明，重点明了，写作水平很高，听语音也有类似的感觉，思路很清晰，感觉老师不仅
    3
  • Aspirin
    2020-08-24
    磊神，出一个K8s实战的专栏吧，讲讲实际中如何把各种项目应用部署到云上。
    2
  • 叶昊
    2020-03-21
    因为张老师开的这门课，我要下定决心学好go，要更深入学习剖析kubernetes。
    2
  • rain
    2019-12-21
    这么久了还更新，点赞一个，希望看的新的文章
    2
  • 水牛
    2019-11-17
    磊哥讲的太好了！这已经是第三遍学习了，每一次都有新的体会。这里对于 kubernetes 精髓的总结太到位了！
    2
  • 龙
    2019-08-26
    都看玩了，这是第一个看完的教程！
    2
  • Alex
    2021-02-02
    真乃业界良心
    1
  • 凌
    2020-06-17
    大佬再开个serverless.，kubeflow的课吧
    1
  • 辣椒
    2020-02-01
    高屋建瓴，值得读三遍以上
    1
  • AliFYB
    2019-10-15
    看了你的课程非常有收获，可否请老师聊聊对FaaS的理解？云原生下FaaS如何与以K8S为代表的容器服务共存，是否会替代微服务，以及应该如何划分各自的作用域？十分感谢！
    共 1 条评论
    2