浅谈Kubernetes生产架构

注意
本文,只是笔者针对Kubernetes生产环境运行的一些关于架构设计和实现方案的总结,内容很粗糙,后续会不断完善。

首先,我们来梳理下Kubernetes生产架构,其设计适用于绝大多数环境,如下图所示。
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在该架构中,我们可以将其分为四层,如下:

  • Client层:即Kubernetes集群外部用户、客户端等;
  • 服务访问层:即由Traefik ingress实现服务发现、负载均衡和路由规则定义等;
  • 业务应用层:即基于Kubernetes平台构建和运行企业业务应用,如CI/CD持续集成、微服务项目、监控告警和日志管理、私有镜像仓库等服务;
  • 基础设施层:即由Kubernetes容器管理平台和Ceph/NFS数据持久化存储等系统组成的基础设施服务。

下面,我们分别来谈谈各层的具体实现方案。

基础设施层

Kubernetes平台

  • 部署管理:Kubernetes平台除了直接使用公有云如阿里云、AWS等云服务提供商的K8s服务外,我们还可以自己部署和管理等,如使用Kubespray工具。
  • 网络通信:在容器和容器之间、容器和主机网络方面,可以使用Calico或Flannel等方案。
  • HA高可用:Kubernetes节点分为Master和Node两种类型节点,前者负责运行集群相关的控制管理服务,而后者负责运行Pod容器。在多Node节点模式下,由于Kubernetes Pod具有天然的容灾冗余HA高可用实现,因此,我们并不需要关心Node节点的HA高可用,而只需关心Master节点的HA即可,Master节点的HA高可用,通过多Master节点+HAProxy方案实现即可。从Kubernetes 1.12版本起,kube-proxy服务默认使用ipvs实现,取消了之前的iptables。这有助于提升K8s大规模集群环境下的性能和稳定性。
  • Docker和操作系统优化:在生产环境中,Docker和操作系统版本应当使用较新的release版本。并且,主机操作系统应当做一定程度的优化配置,如关闭swap内存交换分区,预留一定的CPU核数和内存资源给宿主机使用等。

Ceph/NFS数据存储
Kubernetes平台的数据持久化存储,可以使用Ceph、NFS等存储方案。其中,Ceph适用于有其技术背景或大容量存储需求的公司;而NFS适用于存储容量需求相对较小,无专业存储技术背景的公司。

业务应用层

  • 镜像管理:使用Harbor私有镜像仓库服务;
  • 日志管理:使用Elasticsearch、Filebeat 和 Kibana技术栈;
  • 监控告警管理:使用Cadvisor、Prometheus和Grafana技术栈;
  • 微服务架构:使用Service Mesh服务网格中的Istio方案;
  • Devops:使用Gitlab、Jenkins等持续集成工具;
  • 单体应用:无状态类服务使用deployment,有状态类服务则使用Statefulset,如果关联的服务较多且复杂则使用Helm。
  • 规划好Namespace:应当做到每个namespace专属用于某类型的应用,如monitor namespace统一管理诸如监控告警和日志管理方面的pod、service、pvc、ingress等资源。这样,可以较为方便的管理和区分K8s上的各种应用。

服务访问层

外部客户端访问K8s集群内的服务、负载均衡和路由规则定义使用Traefik Ingress实现。此外,应当实现Ingress服务HA高可用,可以想象在K8s集群中,大量的出入口流量都进过Ingress,其负载是非常大的,其重要程度不言而喻,因此实现HA就非常重要。ingress controller节点(无论是基于nginx还是traefik实现)应当至少为2个节点,并在这些节点上,部署Keepalived和HAproxy共同维护一个VIP地址,将其提供给ingress使用。

架构如下图所示。
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在该架构中,Ingress节点一般使用独立的服务器,即只做将集群外部流量接入到集群内部。除了使用external Ip来暴露ingress的Service到集群外部,还可以使用hostNetwork,如果是公有云,还可以使用LoadBalance。这样Ingress Controller将监听节点的80和443端口,通过热备的形式部署多个ingress节点,并在每个节点上部署Keepalived,多个节点共同维护一个VIP,实现Ingress服务的高可用。

如上图所示,部署两个ingress节点172.16.10.11和172.16.10.12。公网ip映射或转发到内网的VIP地址172.16.10.10上(如果VIP本身是公网IP则可以不用转发)。ingress controller的副本数replicaCount为2,将被调度到node1和node2这两个节点上。同时,使用pod反亲和性禁止ingress pod调度在同一个节点上。

原文链接:https://xuchao918.github.io/2019/03/02/浅谈Kubernetes生产架构/#more

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