K8s生产架构

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K8s生产架构

Kubernetes的生产架构，如图所示：

• client: Kubernetes集群外部用户、客户端等
• 服务访问层：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：基于K8s平台构建和运行的企业业务应用，如CI/CD持续集成，微服务项目、日志管理、监控告警、私有镜像仓库等服务。
• 基础设置层：K8s容器管理平台和数据是持久化存储等系统组成的基础设施服务。

基础设施层

K8s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。

业务应用层

• 镜像管理：使用Harbor私有镜像仓库服务；
  • Harbor是一个用于存储和分发Docker镜像的企业级Registry服务器。
  • 镜像的存储harbor使用的是官方的docker registry(v2命名是distribution)服务去完成。harbor在docker distribution的基础上增加了一些安全、访问控制、管理的功能以满足企业对于镜像仓库的需求。
  • harbor以docker-compose的规范形式组织各个组件，并通过docker-compose工具进行启停。
  • docker的registry是用本地存储或者s3都是可以的，harbor是在docker的registry的功能之上提供用户权限管理、镜像复制等功能，提高使用的registry的效率。
• 日志管理：使用Elasticsearch、Filebeat 和 Kibana技术栈；
  • Elasticsearch：是一个基于Lucene库的搜索引擎。它提供了一个分布式、支持多租户的全文搜索引擎。可以用于搜索各种文档，提供可扩展的搜索，具有接近实时的搜索，并支持多租户。
  • Filebeat:是一个日志文件托运工具，在你的服务器上安装客户端后，filebeat会监控日志目录或者指定的日志文件，追踪读取这些文件（追踪文件的变化，不停的读），并且转发这些信息到elasticsearch或者logstarsh中存放。
  • Kibana: 作为可视化的展示平台。
• 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；
  • Istio:是一个由 IBM、Google 以及 Lyft 联合推出的开源软件，以无痛方式为运行在 Kubernetes 上的微服务提供流量管理，访问策略管理以及监控等功能。
• 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。

• 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。