基于KubeSphere在生产环境的开发与部署实践是怎样的

基于KubeSphere 在生产环境的开发与部署实践是怎样的，针对这个问题，这篇文章详细介绍了相对应的分析和解答，希望可以帮助更多想解决这个问题的小伙伴找到更简单易行的方法。

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背景

中通物流是国内业务规模较大，第一方阵中发展较快的快递企业。2019年，中通各类系统产生的数据流以亿计，各类物理机和虚拟机成千上万，在线微服务更是数不胜数。如此庞大的管理，使得中通业务发展不可持续，因此着手云化改造。在改造过程中，中通选择了 KubeSphere 来作为中通容器管理平台 ZKE 的建设方案。

业务现状和五大难点

首先，我介绍一下我们中通的业务现状。

上图是我们 2019 年的数据情况，当我们开始改造时，各类系统产生的数据流以亿计，各类物理机和虚拟机更是成千上万，在线微服务更是数不胜数。截止到 2020 年第三季度，中通快递的市场份额已扩大至 20.8%，基本上是行业领先。这么庞大的管理，随着中通业务的发展基本上是不可持续了，所以我们亟需改造。

2019 年我们面临的困难大致有以下五点：

1.同项目多版本多环境需求

我们项目在迭代时，在同一个项目它已经有 N 多个版本在推进。如果仍以虚机的方式来响应资源，已经跟不上需求了。

2.项目迭代速度要求快速初始化环境需求

我们的版本迭代速度非常快，快到甚至是一周一迭代。

3.资源申请麻烦，环境初始化复杂

2019 年时，我们申请资源的方式还比较传统，走工单，搞环境初始化的交付。所以测试人员在测试时非常痛苦，要先申请资源，测试完后还要释放。

4.现有虚机资源利用率低，僵尸机多

有的资源随着人员的变动或者岗位的变动，变成了僵尸机，数量非常多，尤其是在开发测试环境。

5.横向扩展差

我们在“618”或者“双11”的时候，资源是非常稀缺的，特别是关键核心的服务，之前的做法是提前准备好资源，“618”或者“双11”结束之后，我们再把资源回收。这其实是一个非常落后的方式。

如何进行云化改造？

通过调查，我们认为云化改造可以分为三步：云机房、云就绪和云原生。

当时我们的微服务做的比较靠前，用了 Dubbo 框架，微服务改造已经完成，但方式非常传统，是通过虚机的方式发动。而 Salt 在大量并发的时候有很多问题。所以通过评估，我们亟需对 IaaS 和容器进行改造。

因为我们介入的时候，中通整个业务的开发已经非常多、非常庞大了。我们有一个非常成熟的 DevOps 团队，把发布的 CI/CD 的需求做得非常完善。所以我们介入的话只能做 IaaS 和 Kubernetes 的建设。

KubeSphere 开发部署实践

为何选择 KubeSphere

在选型的时候，我们首先接触的就是 KubeSphere。当时我通过检索发现了 KubeSphere，然后进行试用，发现界面和体验等方面都非常棒。试用一周之后，我们就决定，使用 KubeSphere 作为中通容器管理平台 ZKE 的建设方案。我印象中我们当时从 KubeSphere 2.0 版本就开始采用了。同时，在 KubeSphere 的影响之下，我们很快就跟青云达成合作协议，直接使用青云的私有云产品来建设中通物流的 IaaS，而 KubeSphere 作为上层的容器 PaaS 平台承载微服务运行。

建设方向

基于当时的现状，我们梳理了整个建设的方向。如下图所示，我们会以容器管理平台 KubeSphere 为基础来运行无状态服务，以及可视化管理 Kubernetes 和基础设施资源。而 IaaS 这一块会提供一些有状态的服务，比如中间件。

下面这张图相信大家非常熟悉。前面三部分我们应用的效果都非常棒，暂时不作过多介绍，我还是着重讲一下微服务这部分。我们当时试用了 Istio，发现比较重，而且改造的代价比较大。因为我们的微服务本身做的就比较靠前了，所以这块我们暂时没有应用，后续可能会在 Java 的项目上尝试一下。

多租户大集群 or 单租户小集群？

选型完成后，我们开始建设。面临的第一个问题就非常棘手：我们到底是建一个多租户大集群，还是建多个单租户的小集群，把它切分开来。

与 KubeSphere 团队沟通协作，并充分评估了我们公司的需求之后，决定暂时采取多个小集群的方式，以业务场景（比如中台业务、扫描业务）或者资源应用（比如大数据、边缘的）来进行切分。我们会切成多个小集群，以上面的 DevOps 平台做 CI/CD。KubeSphere 的容器管理平台主要是做一个容器的支撑，在终端就能很好地让用户查看日志、部署、重构等等。

当时我们基于多集群设计，以 KubeSphere 2.0 为蓝图作改造。在开发、测试和生产者三个环境中切，我们在每一个集群里都部署一套 KubeSphere，当然有一些公共的组件我们会拆出来，比如监控、日志这些。

我们整合的时候，KubeSphere 团队给了我们非常多的帮助，由于 KubeSphere 2.0 版本只支持 LDAP 对接的方式，而对接 OAuth 的计划放在 3.0 版本里，后来 KubeSphere 团队帮我们整合到 2.0，单独打了一个分支。因为我们公司内部的 OAuth 认证还有自定义的参数，我们开发改造后，通过扫码认证的方式很快就整合进来了。

基于 KubeSphere 二次开发实践

下面介绍一下我们在 2019 年夏天到 2020 年 10 月，我们根据自身的业务场景与 KubeSphere 融合所做的定制化开发。

1.超分设置

我们通过超分比的方式，只要你设置好 Limit，我们很快就能把你的 Requset 算好，给你整合进来。目前生产的话，CPU是 10，内存大概是 1.5。

2.GPU 集群监控

目前我们的使用还是比较初级，只是把使用情况测出来，做 GPU 集群单独的监控数据的展示。

3.HPA（水平伸缩）

我们使用 KubeSphere，其实对水平伸缩的期望是非常高的。KubeSphere 的资源配置里有水平伸缩，所以我们把水平伸缩这一块单独抽出来设置。水平伸缩的设置配合超分设置，就可以很好地把超分比测出来。

很多核心业务已经通过 HPA 的方式，通过 KubeSphere 的界面设置，最终也获得了很好的效果，现在基本不需要运维干预了。特别是有应急场景的需求，比如上游 MQ 消费积压了，需要我们立马扩副本，这样我们可以非常快地响应。

4.批量重启

在极端情况下可能要批量重启大量 Deployments，我们单独把这个抽出来做了一个小模块，通过 KubeSphere 平台一键设置，某个项目（NameSpace）下的 Deployment 或者是集群马上可以重启，可以得到很快的响应。

5.容器亲和性

在容器亲和性这一块，我们主要做了软性的反亲和。因为我们有些应用它的资源使用可能是相斥的，比如都是 CPU 资源使用型的，我们简单改造了一下，加了一些亲和性的设置。

6.调度策略

在调度策略方面，因为涉及到比较敏感的后台数据，我们本来打算通过Yaml的方式来做。但是后面还是决定通过 KubeSphere 的高级设置页面来实现。我们简单加了一些页面的元素，把指定主机、指定主机组、独占主机的功能，通过表行的形式去配置。我们现在用得特别好的是指定主机组和独占主机这两个功能。

简单介绍下独占主机的应用。我们的核心业务在晚上到凌晨六点左右，由于这个时间段服务是比较空闲的，所以用来跑大数据应用非常合适。我们通过独占主机的方式把它空出来，防止它跑满整个集群，所以只是挂了某些点。

7.网关

KubeSphere 是有独立网关的概念的，每一个项目下都有一个单独的网关。独立网关满足了我们的生产需求（因为希望生产走独立网关的方式），但在开发测试有一个泛网关的需求，因为我们希望更快响应服务。所以我们做了一个泛网关，起了一个独立网关，所有开发、测试、域名通过泛域名的方式直接进来。这一块配置好，通过 KubeSphere 界面简单编排一下，基本上我们的服务就直接可以访问。

8.日志收集

我们一开始是采用官方的方式，也就是通过 Fluent-Bit 的方式收集日志。但后来发现随着业务量上线越来越多，Fluent-Bit 也会经常挂掉。出现这种情况的原因，可能是我们在资源优化方面有缺陷，也可能是整个参数没有调好。所以我们决定启用 Sidecar 的方式来进行日志收集。Java 的服务都会单独起一个 Sidecar，通过 Logkit 这种小的 Agent，把它的日志推到 ElasticSearch 这种中心。在开发测试环境，我们还会用 Fluen-agent 的方式来收集日志。另外有一些生产场景，一定要保证日志的完整性，所以我们会将日志进一步进行磁盘的持久化。通过如下图中所示的四个方式，来收集全部的容器日志。

9.事件跟踪

我们直接拿了阿里云开源的 Kube-eventer 进行改造。KubeSphere 这一块我们加了事件跟踪可以配置，可以发到我们的钉钉群。尤其在生产上是比较关注业务的变动的，都可以通过定制化配到钉钉群里面。

未来规划

接下来我们可能批量推生产，我们也提了一些想法，想跟社区交流一下。

1.服务大盘

在 KubeSphere 控制台界面是以表行的形式去看我们的微服务等，但我们不知道它们之间的关系，希望通过这种图形化的方式把它展现出来，把它关键的指标——事件、日志、异常情况等直观地呈现出来，以便于我们可视化的运营。目前我们正在规划，明年应该会单独做。

我们想表达的是，无论任何人，包括运维、开发，只要拿到这张图就能知道我们服务的架构是什么样的，目前依赖于哪些中间件、哪些数据库，以及服务目前的状况，比如哪些服务宕了，或者哪些服务目前会有隐藏性的问题。

2.全域PODS

第二张图我们起的名字叫全域 PODS。在 KubeSphere 官方这边应该叫热力图。我们希望从整个集群的视角上，能够看到目前所有的 PODS 现状，包括它的颜色变化和资源状态。

3.边缘计算

边缘计算这部分的规划，由我的同事王文虎为大家分享。

针对边缘计算与容器的结合，我们通过调研，最终选择了 KubeEdge，中通适合边缘计算落地的场景包括：

中转快件扫描数据上传。各个中转中心快件数据扫描后，首先经过各中转中心部署的服务进行第一次处理，然后把处理过的数据上传到数据中心。各个中转中心部署的服务现在是通过自动化脚本远程发布，目前中通所有中转中心将近 100 个，每次发布需要 5 个人/天。如果通过边缘管理方案，可以大幅度减少人力发布和运维成本，另外可以结合 Kubernetes 社区推荐的 Operator 开发模式来灵活定制发布策略。

操作工暴力分拣自动识别。中通为了降低快件破损率，在各中转中心及其网点流水线安置摄像头扫描操作工日常操作，扫描到的数据会传到本地的 GPU 盒子进行图片处理，处理完的数据传到数据中心。当前 GPU 盒子内的应用发布为手动登录发布，效率非常低；盒子经常还会出现失联，发现该问题时可能已经过了很长时间。通过 KubeEdge 边缘方案也可以解决当前发布与节点监控问题。

各中心智慧园区项目落地。该项目也正在公司落地，后续也会有很多边缘场景可以借助容器技术解决当前痛点。

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