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對(duì)于跨云和本地環(huán)境在分布式系統(tǒng)上管理和部署工作負(fù)載，Kubernetes很快變得不可或缺。
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雖然現(xiàn)在大多數(shù)人都熟悉如何使用Kubernetes，但很少有人知道其背后的“為什么”?為什么Kubernetes API看起來是這樣的?為什么Kubernetes組件僅通過Kubernetes API相互交互?當(dāng)您可以輕松地直接從pod引用卷時(shí)，為什么會(huì)有PersistentVolumeClaim對(duì)象?
為了回答這些問題并幫助您對(duì)Kubernetes進(jìn)行更深入的了解，本講座將揭示支撐Kubernetes設(shè)計(jì)的原理。
原則1. Kubernetes APIs是聲明性的而非命令性的
我們從很簡(jiǎn)單的一個(gè)例子開始，要如何在一臺(tái)節(jié)點(diǎn)上啟動(dòng)需要運(yùn)行的任務(wù)。
很簡(jiǎn)單的方式就是發(fā)送一個(gè)命令，啟動(dòng)容器。
但是這樣做的話，如果容器，節(jié)點(diǎn)崩潰，或者節(jié)點(diǎn)臨時(shí)不可訪問的時(shí)候，用戶就必須監(jiān)控和存儲(chǔ)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)和容器的狀態(tài)，捕獲所有的異常，并做異常處理。也就是說把所有的復(fù)雜的異常處理的邏輯交給客戶端來做。
這就引入了Kubernetes的第一個(gè)設(shè)計(jì)原則：
Kubernetes APIs 是聲明性的而非命令性的 ( Kubernetes APIs are declarative rather then imperative )
命令式：
- 用戶：提供一系列的指令來驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到制定狀態(tài)。
- 系統(tǒng)：執(zhí)行指令
- 用戶：監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)，提供進(jìn)一步的指令
聲明式：
- 用戶：定義期望的狀態(tài)
- 系統(tǒng)：向著指定的狀態(tài)工作
下圖是一個(gè)聲明式API的例子：
1、用戶創(chuàng)建一個(gè)API對(duì)象
2、所用的組件并行工作來達(dá)到該狀態(tài)。
聲明式的API支持自動(dòng)恢復(fù)。例如：
1、節(jié)點(diǎn)B掛了
2、系統(tǒng)自主地把Pod移動(dòng)到健康的節(jié)點(diǎn)A上
這里需要注意主節(jié)點(diǎn)只是存儲(chǔ)了Pod的定義聲明，而不會(huì)向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送命令，如果那樣做，主節(jié)點(diǎn)就會(huì)變得和我們之前提到的客戶端一樣，復(fù)雜而脆弱，且難以擴(kuò)展。這就引入了K8s的第二個(gè)設(shè)計(jì)原則：
Kubernetes控制平面是透明的，沒有隱藏的內(nèi)部API ( The Kubernetes control plane is transparent. There are no hidden internal APIs. )
原則2. Kubernetes控制平面是透明的，沒有隱藏的內(nèi)部API
之前：
- 主節(jié)點(diǎn)：提供一系列的指令來驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)達(dá)到制定狀態(tài)。
- 節(jié)點(diǎn)：執(zhí)行主節(jié)點(diǎn)發(fā)來的指令
- 主節(jié)點(diǎn)：監(jiān)控每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，提供進(jìn)一步的指令
現(xiàn)在：
- 主節(jié)點(diǎn)：定義想要達(dá)到的狀態(tài)
- 節(jié)點(diǎn)：獨(dú)立工作以達(dá)到主節(jié)點(diǎn)定義的狀態(tài)
我們來看一個(gè)Pod創(chuàng)建的例子：
如下圖所示，所有的組件都監(jiān)視Kubernetes API，然后決定自己應(yīng)該怎么做。
用戶調(diào)用API聲明要?jiǎng)?chuàng)建的Pod
主節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建Pod的定義
Scheduler通過API觀察到Pod A的定義，通過調(diào)度運(yùn)算，決定要在Node B上創(chuàng)建Pod A，并通過API更新主節(jié)點(diǎn)上的Pod A的定義。
Node B觀察到Pod A的定義是在自己的管轄范圍，啟動(dòng)Pod A
用戶通過API刪除 Pod A
節(jié)點(diǎn)B發(fā)現(xiàn) Pod A被刪除
節(jié)點(diǎn)B刪除Pod A
這樣做的能促成一個(gè)更簡(jiǎn)單，更健壯的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并很容易從故障狀態(tài)中恢復(fù)。系統(tǒng)沒有單點(diǎn)故障，主節(jié)點(diǎn)的職責(zé)非常簡(jiǎn)單。
這樣做的另一個(gè)好處是，系統(tǒng)更容易擴(kuò)展和組合。因?yàn)闆]有內(nèi)部隱藏的API，用戶可以很容易的用自定的組件替代已有組件，或者增加自定義的功能。
K8s還有很對(duì)對(duì)象對(duì)業(yè)務(wù)是很重要的，例如存儲(chǔ)密碼的密匙文件secret，配置configmap，或者下行API提供Pod的基本信息。那么應(yīng)用程序必須修改為調(diào)用KubeAPI來或者這些信息么?
這就引入了Kubernetes的第三個(gè)設(shè)計(jì)原則：
滿足用戶的需求 ( Meet the user where they are )
原則3. 滿足用戶的需求
之前：
- 應(yīng)用程序必須被修改為知道K8s的存在，調(diào)用KubeAPI
現(xiàn)在：
- 應(yīng)用程序可以從環(huán)境變量加載配置文件或者密匙文件，所以不需要修改
我們可以舉一個(gè)例子，是關(guān)于遠(yuǎn)程存儲(chǔ)的。
如上圖所示，Pod可以直接引用一個(gè)遠(yuǎn)程的存儲(chǔ)卷(GCE PD，AWS EBS，NFS等)，kubernetes會(huì)自動(dòng)使得該卷被用于Pod。但是這樣做的話，有一個(gè)問題，如果你要遷移到一個(gè)新的基礎(chǔ)架構(gòu)上，那么它就不工作了。于是這就引入了kubernetes設(shè)計(jì)的第四個(gè)原則：
可移植的工作負(fù)載 ( Workload portability )
原則4. 可移植的工作負(fù)載
持久卷(PersistentVolumn，PV)和持久卷聲明(PersistenVolumnClaim， PVC)就是這樣一個(gè)例子。
如上圖所示，通過PVC的抽象，用戶Pod并不直接引用GCE PD或者EBS，這樣就使得該P(yáng)od可以在不同的基礎(chǔ)架構(gòu)中互相遷移，做到可移植。就像操作系統(tǒng)一樣，該設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)應(yīng)用和底層的硬件或者架構(gòu)實(shí)現(xiàn)分離解耦。
總結(jié)
本文總結(jié)了Kubecon 2018的一場(chǎng)由谷歌高級(jí)軟件工程師、kubernete開發(fā)人員Saad Ali分享的《Kubernetes設(shè)計(jì)原則》。其中的四個(gè)設(shè)計(jì)原則分別是：
- Kubernetes APIs 是聲明性的而非命令性的
- Kubernetes控制平面是透明的，沒有隱藏的內(nèi)部API
- 滿足用戶的需求
- 可移植的工作負(fù)載
通過該分享，我們可以發(fā)現(xiàn)，K8s的背后設(shè)計(jì)原則的原因，其實(shí)它軟件設(shè)計(jì)的一些一般性原則是一致的，雖然面向?qū)ο笠呀?jīng)不在是什么流行的術(shù)語(yǔ)，但是本文中的設(shè)計(jì)原則和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則高度一致。
- 對(duì)象要對(duì)自己負(fù)責(zé)。在設(shè)計(jì)對(duì)象的時(shí)候，對(duì)象應(yīng)該盡可能的封裝內(nèi)部的狀態(tài)，對(duì)自己負(fù)責(zé)，我們?cè)O(shè)計(jì)一輛可行駛的車。一種設(shè)計(jì)是兩個(gè)對(duì)象，driver和car，然后diver.run(car)。而更好的設(shè)計(jì)是 不需要driver，或者把dirver看成Car的一個(gè)屬性，這樣就是Car.run()。第二種設(shè)計(jì)更符合面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則。這正是聲明式API背后的原則，組件對(duì)自己負(fù)責(zé)
- Kube API類似對(duì)象的接口，對(duì)象對(duì)修改封閉，對(duì)擴(kuò)展開放。通過開放的API，用戶可以很容易的實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展，但是你無法修改已有的組件，你可以開發(fā)自定義的組件來替換已有的組件
- 可移植性的設(shè)計(jì)利用了類似面向?qū)ο蟮亩鄳B(tài)，同多定義抽象接口PVC，隱藏具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。
希望本文的分享能幫助你理解K8s背后的設(shè)計(jì)原則。
分享標(biāo)題：Kubernetes設(shè)計(jì)的4個(gè)原則
新聞來源：http://www.5511xx.com/article/dpggpsi.html
