剑指Kubernetes 揭秘腾讯云的PaaS技术选型策略
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1 前言
Kubernetes 很火，一大批互聯網公司早已領先一步，搭建起專有的 PaaS平臺，傳統企業們看到的 Kubernetes的趨勢，亦不甘落后，在試水的道上一路狂奔……
雖然，Kubernetes很火，并不代表可以“上手即用”，基于 Kubernetes的容器編排也不是簡單的“拿來主義”。在容器圈，除了 Kubernetes，還存在著 Mesos、Swarm等分屬不同陣營的容器集群管理工具，以及基于這些工具的多個容器云提供商。
騰訊云在 2016年底決定開發容器產品，隨后組建容器技術團隊并進行技術選型，通過對不同編排工具的分析對比，最終選擇 Kubernetes 作為容器編排引擎，并且迅速在 2017 年初推出容器解決方案 CCS
隨著業務量的增加，騰訊云容器團隊基于 Kubernetes，不停的增加和完善容器監控、日志處理、容器 Registry 等關鍵特性，來保障用戶業務的平穩運行。在整個 2017 年的運營過程中，管理了數千個集群、數十萬容器，以及業務高峰期的成倍擴容。
那么，在 16年底，Kubernetes并未大熱時，騰訊云為何偏偏在諸多主流的編排引擎當中選擇 Kubernetes？騰訊云 Kubernetes架構和資源調度原理是什么樣的？在用戶托管服務中，又為何采用 Kubernetes來托管用戶 Kubernetes集群的 Master？作為國內最大基于 Kubernetes的容器服務提供商，騰訊云在 Kubernetes上還有哪些應用實踐…… 本文將帶著這些疑問，為你一一揭開騰訊云基于 Kubernetes的 PaaS平臺神秘面紗。
2 為何選用 Kubernetes？
容器技術無疑是近幾年最熱門的技術之一，很多公司或者行業已經把容器作為自己的測試環境以及正式環境，正式上跑一些業務。騰訊緊隨外界技術發展的潮流，在三年之前，騰訊云的基礎平臺部門開始容器方面的技術實踐，經過三年時間的積累，騰訊云目前已經有很多業務跑在容器平臺上。
在最開始的容器產品技術選型階段，騰訊云也曾對比過 Kubernetes、Docker Swarm、 Mesos：
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。它支持資源調度、服務發現、服務編排、資源邏輯隔離、服務自愈、安全配置管理等。
Mesos是一個分布式內核，核心理念是數據中心操作系統（DCOS），為了解決 IaaS層的網絡、計算和存儲問題，所以 Mesos的核心是解決物理資源層的問題。它同時支持 Marathon、 Kubernetes 和 Swarm 等多種框架，Mesosphere 也是 Kubernetes 生態的一員。
Swarm：從 Docker1.12版本開始，Swarm隨 Docker一起默認安裝發布，也由于隨 Docker引擎一起發布，無需額外安裝，配置簡單。它支持服務注冊、服務發現，內置 Overlay Network以及 Load Balancer。Swarm是與 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。
綜上來看，每一種工具都有自己的核心理念。
但是，騰訊云最終選擇了 Kubernetes， 現在看來這個選擇無比正確。 在技術選型上，除了編排引擎自身的核心特性，騰訊云也主要從以下幾個方面進行了評估。
注：表格里的材料是當初選型時調研的情況，上述編排工具現在的特性已經有了新變化。
從整個行業來看，業界的技術架構正在大規模向微服務遷移，容器技術天生就是部署微服務的最佳方式，騰訊云擁有海量的業務架構，而 Kubernetes 的使用讓部署大規模的微服務更加容易，這也是騰訊云選擇 Kubernetes的主要原因，另外騰訊云選擇 Kubernetes還考慮了其它優勢，如：
出身名門 Google，其開發和設計受到了 Google著名的 Borg系統的影響；
GitHub上關注 Kubernetes項目和提交代碼的開發者非常多，社區活躍，如果遇到問題，通過社區咨詢和解決 問題速度也會比較快。
Kubernetes可以很好的支持有狀態的服務。
Kubernetes 是近 3 年來社區熱度最高的項目，Linux 基金會也成立了 CNCF
3 騰訊云目前有哪些容器解決方案？
騰訊云 PaaS平臺發展至今已有了豐富的容器解決方案， 包括但不限于：騰訊云 Kubernetes托管服務、單容器實例服務、TencentHub服務、Flow Engine服務、CCI持續集成服務等，以及基于 Kuberentes 的 TensorFlow 和 Spark 解決方案，幫助用戶在使用容器解決方案的同時進行數據計算和模型訓練。
騰訊云 Kubernetes服務：基于原生 kubernetes 提供以容器為核心的、高度可擴展的高性能容器管理服務。騰訊云容器服務完全兼容原生 kubernetes API ，擴展了騰訊云的 CBS、CLB 等 kubernetes 插件，為容器化的應用提供高效部署、資源調度、服務發現和動態伸縮等一系列完整功能，解決用戶開發、測試及運維過程的環境一致性問題，提高大規模容器集群管理的便捷性，幫助用戶降低成本，提高效率。
單容器實例服務：基于 Clear Linux 技術提供的單容器實例解決方案，通過單容器實例服務享受容器的便捷、虛擬機級別的隔離， 像使用虛擬機一樣如絲般順滑的來使用容器，非常試用于通過容器來進行批量計算、通過容器來快速部署個人站點。不依賴 VM的容器在配置和使用時間上更靈活，提供了一種更低成本的計算資源。目前，但容器實例服務正在內測階段。
TencentHub服務：在云原生應用盛行的今天，僅僅提供 Git 服務或 Container 鏡像存儲的 Hub 已經無法滿足用戶在日常開發和運維過程中的種種需求。構造支持多種文件格式、容器鏡像格式、編排方案的云原生 Hub 能更好的降低用戶的架構向云原生遷移。 TencentHub不僅僅提供一個私有鏡像的存儲，同時提供了 Helm包、二進制文件等文件存儲。
DevOps 產品：DevOps 任務容器化、資源及執行全托管至 Kubernetes、提供給用戶一個全生命周期的 Workflow，完成容器構建、測試和部署等 DevOps 流程，支持用戶通過界面拖拽定義 Workflow ，支持 Workflow 定義文件導入等功能，和騰訊云已有基礎服務和 DevOps 服務打通。核心引擎開源到容器社區，組件庫作為配套功能同時開源。
4 騰訊云是如何基于 K8S做容器集群的管理？
騰訊云容器服務應用編排
Kubernetes原生的方案中，基于服務粒度對系統組件進行管理，支持服務注冊發現和路由管理。對于一個服務提供多種不同的資源描述類型，比較常用的有 Deployment、Job、CronJob、Stateful、Daemonset。
騰訊云容器服務參考社區 Helm的實現形式，在容器服務中實現了完整的應用編排管理功能。騰訊云容器服務編排服務主要分為配置管理，應用模板管理，基于應用的服務組管理幾個主要部分。
配置管理
配置管理是指將應用中常變的值以變量的形式替代，配置項支持多版本，方便用戶進行更新和回滾應用。關于配置管理的實現，騰訊云支持三種實現方式：
Helm的模板文件支持變量渲染
Kubernetes的 ConfigMap中環境變量方式
Kubernetes的 ConfigMap通過 Volume方式進行數據填充
其主要作用包括：
通過提取出多個環境中不同的部分，支持同一套系統在多個環境中部署。
提取出服務中經常變更的部分，實現服務的靈活變更。并且通過配置文件的版本管理，可以很好的對變更進行追溯和回滾。
通過配置項，可以隱含的實現多個服務直接依賴關系的管理。例如：服務 A需要訪問服務 B的，一般情況下依賴于服務 B的名稱。這種情況下，將服務 B的名稱提取成為一個配置項，而將配置項傳遞給服務 A。這樣在不同環境中，服務 B名稱的改變，服務 A能自動感知，不需要單獨修改服務 A的參數。
應用模板
應用模板包括多個服務的定義加一個默認配置，通過應用模板 +配置項的組合，方便用戶部署相同應用的不同環境。主要用于描述一個或多個服務的定義，服務的定義支持原生的 Yaml語法，但可以通過 GoTemplate的方式定義對應的變量。其主要作用為：
實現應用的快速克隆。由于應用的相關信息已經通過對應的 Template文件進行了描述，復制應用的過程只需要針對性的修改應用的配置，其他結構信息不需要進行改變。
應用的多環境部署。在多個環境中，實現應用的部署，也不需要關系每個服務具體的部署信息，只需要在不同環境下修改環境對應的配置，即可以通過應用模板實現在新環境應用的快速部署。
更高階的功能，通過應用市場可以下載通用的模板，快速的部署應用。例如：在 Helm(Charts)的應用市場 https://kubeapps.com/，已經打包好了 100+應用的模板文件。直接下載對應的應用模板就可以實現應用的部署。
應用
應用包括描述多個服務以及這些服務間的相互調用依賴關系 ，方便用戶管理多個服務。應用可以理解為多個服務的組合，多個服務會統一進行展示，服務支持按照應用進行搜索。多個服務的配置項，統一的通過同一個配置進行管理。通過服務組的方式，管理多個服務。可以簡化多個服務管理的復雜度。
應用中的服務支持單獨編輯，部署和更新。同時服務支持差異化比較，方便用戶查看兩次修訂之間的差異。在服務編輯時，自動提取出對應的變量，簡化配置的過程。并支持服務回滾功能，支持服務回滾到上一個版本。
用 K8S托管用戶 K8S集群的 Master
與其他云服務商不同的是，騰訊云為用戶管理 Master 節點，最重要的挑戰是為了保證用戶 Kubernetes 集群的高可用，將用戶 Kubernetes 集群的 Master 節點的進程以容器方式運行，發揮 Kubernetes 的優勢提供穩定保障。
在這個過程中，隨著托管集群數量的增加，Kubernetes 的 Master 節點的負載也越來越高，騰訊云提供的 Kubernetes 托管服務面臨巨大的穩定性挑戰：
多集群共享 ETCD面臨性能瓶頸、運維困難、可用性較難持續保障
大量小集群產生 master服務器成本增加,可用性、性能較難保障
用 agent管理節點，隨集群增加安裝包、證書、配置越發難以維護，更新回滾困難
提供給用戶的監控與后臺使用的監控是完全不同的兩套，監控對象與環境不統一，維護困難
Kubernetes為高效運維而生，為什么運維起來卻這么難？騰訊云為用戶提供了高效的 Kubernetes服務，為什么自己做不到? 通過多次的技術方案碰撞，騰訊云最終選擇用 Kubernetes來管理 Kubernetes的方案，讓自己成為自己的第一個用戶。
如上圖，騰訊云將用戶集群 Master 節點的組件全部使用容器的方式部署在一個 Kubernetes 集群里進行管理，最大限度的利用了容器的優勢和 Kubernetes 本身的能力，通過這樣的部署方案：
用戶集群 Master不再獨占云主機，解決成本問題
健康檢查即可實現基本 HA，多副本可提供更高可用性
單個用戶集群 Master相關數據放在同一個 namespace下
無需額外 db存儲用戶集群版本信息
升級時備份 namespace下數據即可快速回滾
無需開發、維護額外的 agent
騰訊云 Kubernetes高可用托管架構解析
用 K8S管理 K8S方案說起來簡單，但將用戶的所有 Master 節點的組件全部使用容器的方式部署在一個 Kubernetes 集群里，其實現過程也并不容易。具體到落地實踐上，騰訊云是如何做的呢？下圖為騰訊云的 Kubernetes高可用托管架構。
托管服務中將整個平臺分為控制面和數據面兩層。控制面節點中駐留的是用戶 Kubernetes 集群的 Master 相關容器和騰訊云容器服務的服務管理服務節點；數據面的節點是客戶運行業務的節點。
服務管理節點是由一組高可用的 Kubernetes Master 節點組成，同時包括一組高可用的 etcd 集群。服務管理節點外的其它機器都屬于該 Kubernetes 的 Node 節點。當用戶在騰訊云的控制臺申請一個 Kubernetes 集群時，在這些 Node 節點上把 etcd/api-server/controller/scheduler 等 Kuberneter Master 必須組件以 Kubernetes Controller 的方式部署在集群內，并且通過 ingress 暴露到 VPC 。用戶 Node 節點在初始化時指定要加入的 Kubernetes 集群。
采用以上架構方案，當用戶集群負載升高的時候，可以快速啟動更多的容器應對訪問壓力。同時無需開發額外的 agent 管理 Master 節點，減少管理環節有效的降低運維難度。騰訊云可以通過容器的滾動升級，快速為用戶升級到最新的 Kubernetes 版本，享用最新的特性。可以方便的為客戶部署多種版本的 Kubernetes ，甚至是用戶的定制版本。
5 如何用騰訊云容器解決方案部署微服務？
騰訊云 CCS解決方案介紹
微服務架構適用于構建復雜的應用，騰訊云 CCS容器解決方案將單體式應用從不同緯度拆分成多個微服務，每個微服務的內容使用一個 Docker 鏡像管理。在功能不變的情況，應用拆分成了多個可管理的服務，使得每個單體的服務更容易理解、開發和維護。
不同的微服務也可以由不同的團隊來開發，開發團隊可自由選擇開發技術和程序語言等，每個服務又可獨立部署、獨立擴展。例如 Web 應用程序可以分割成一組更簡單的外部服務及多組內部服務。
小紅書基于騰訊云的微服務改造實踐
小紅書是一家發展非常快速的公司，技術團隊在急劇增加的同時技術棧也在不斷變遷。以前小紅書的研發團隊采用的是純 Python 的技術環境，隨著業務的發展，不同的團隊在做 Java、Go、Node等不同方向嘗試 ，同時在每年電商大促時，擴容在現有模式也很耗時耗力。為了為了支撐業務的發展， 小紅書利用騰訊云的 CCS解決方案對業務系統進行微服務化改造。
在微服務改造的過程中，小紅書基于騰訊云容器服務搭配 Jenkins、GitLab、Prometheus 和 Spinnaker等開源組件，以最小的投入，最低的開發量快速的實現容器化微服務架構。
上圖是小紅書之前的應用上線的過程，開發向運維提需求，需要多少臺服務器，運維依據需求去做初始化并交付給開發。現在小紅書有一個運維平臺，所有服務器的部署都是由這個平臺來完成的，平臺調用騰訊云 API 生成服務器，做環境初始化，配置監控和報警，交付給開發的是一個標準化好的服務器。
如上圖，開發者拿到服務器準備線上發布時用 Jenkins 觸發腳本的方式：用 Jenkins 的腳本做測試，執行代碼推送。當需要新加一臺服務器或者下線一臺服務器，要去修改這個發布腳本。 發布流程大概為：Jenkins 腳本先往 beta 環境發，開發者在 beta 環境里做自測，自測環境沒有問題就全量發。
經過架構的系列微服務改造實踐，小紅書的資源利用率提高了 100%， 計算資源減少將近 1倍，穩定支撐了雙 11等大型促銷活動。除了應用于微服務架構改造，CCS解決方案也能夠根據業務運行情況，提供集群和服務兩個層級的彈性伸縮能力，并為持續集成與持續交付提供的高效的 DevOps 環境。
6 未來規劃
在 PaaS平臺的未來規劃上，騰訊云將會提供更多的容器基礎解決方案，支持包括 Docker、OCI、Kata 等容器引擎和鏡像格式。同時推出更多配套的 DevOps 服務，為用戶提供完整的 PaaS + DevOps 開發部署環境。
據悉，騰訊云單容器實例解決方案 CIS
總結
以上是生活随笔為你收集整理的剑指Kubernetes 揭秘腾讯云的PaaS技术选型策略的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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