摘要：月日京東基礎架構部技術總監集群技術部負責人鮑永成受邀出席了舉辦的容器技術大會，并做了題為京東如何打造全球最大集群支撐萬億電商交易的主題演講，本文根據演講內容整理而成。化繁為簡重構有人問，京東做一個這么大的集群，是不是特別復雜特別容易出錯。

在過去一年里，Kubernetes以其架構簡潔性和靈活性，流行度持續快速上升，我們有理由相信在不遠的未來，Kubernetes將成為通用的基礎設施標準。而京東早在2016年年底上線了京東新一代容器引擎平臺JDOS2.0，成功從Openstack切換到JDOS2.0的Kubernetes技術棧，打造了完整高效的PaaS平臺。

6月28日京東基礎架構部技術總監、集群技術部負責人鮑永成受邀出席了Rancher Labs舉辦的Container Day 2018容器技術大會，并做了題為《京東如何打造kubernetes全球最大集群支撐萬億電商交易》的主題演講，本文根據演講內容整理而成。鮑永成，2013年加入京東，負責京東容器平臺JDOS研發工作，帶領團隊完成京東容器大規模落地戰略，全量承載京東全部在線系統、中間件、數據庫以及大數據離線計算任務。目前聚焦在京東JDOS2.0、阿基米德調度平臺（特別搶占式智能數據中心調度系統、京東大幅提升數據中心資源使用率的利器）、“云+端”線下門店生態基礎設施以及新一代數據中心研發工作。

在演講中鮑永成分享了京東在大規模實際生產過程對Kubernetes做深入重構的經驗，以及京東如何圍繞K8s啟動一些內部新項目，服務JDOS2.0大規模生產環境穩定高效運行。

感謝Rancher邀請我們來做京東在容器方面的分享。京東的分享可能跟業內的很多做向外輸出的公司有點不一樣，我們的容器主要是自用。京東的數據中心現在規模已經比較大，實際上我們用Kubernetes或者是以前用Openstack的思路完全是克隆谷歌數據中心管理的理念。

其實數據中心就是圍繞著幾個東西來說：服務器、網絡以及一些基礎軟件，剩下的就是集群的管理。這里要說明一下，我們認為基礎軟件是數據中心非常重要的一個環節，比如，域名解析、負載均衡、時鐘這些東西，雖然Kubernetes管理了整個集群，但是這些東西它依然沒有。也就是說，要是想把它用得非常好的話，這些軟件也要進行一些適當的變革。

京東在使用Kubernetes管理大數據中心的時候，也圍繞著Kubernetes在我們內部的數據中心建了很多生態。首先是適合容器化的DNS，以及適合容器化的負載均衡，還有適合容器化的文件系統、鏡像中心等等。這里面特別要說明一點，就是DNS跟LB，Kubernetes 1.9合入了高性能的負載均衡。如果在大規模生產環境中，高性能的負載均衡是必不可少的，但這個負載均衡又涉及到另外一些問題。首先，要跟現有的數據中心適配，京東自主研發了一套負載均衡以及DNS。雖然社區里有CoreDNS等等，但是這些DNS存在一個問題，就像昨天某廠的一個故障那樣，你把所有的東西這個引導這個，那個引導那個。如果你的DNS不在容器內的話，帶來的后果是很難料想的。因為京東容器已經發展了很多年，數據中心也比較大，我們單個Kubernetes集群能夠做到8000到10000臺。因為我們的機器實在太多，如果不做大集群的話，人力管理的投入上會非常大。后面我會解釋怎么做到這么大規模的集群。
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京東容器化的數據中心建設已經四五年了，已經比較穩定了，雖然我們的Kubernetes還比較老，是1.6版本，但是我們已經有很多改進，我們現在的重點就是往阿基米德，也就是往數據中心的資源調度這個方向發展。去年雙十一的時候阿基米德已經上線了，Kubernetes使用到后期的時候，你會發現Kubernetes并不能解決數據中心資源使用率的問題，它其實僅僅解決了你的發布，或者是管理資源的容器這方面的一些東西。

上圖是我們數據中心的基礎架構，其實比較傳統，我們會把負載均衡、域名，以及我們包的這個Kubernetes的API統一抽象出來，整個就是一套。然后在每個數據中心部署若干套Kubernetes集群，每一個Kubernetes集群，會管理三個物理Pod，大概是一萬臺的規模。

為了配合這個規模，我們做了一些工作。DNS最早的時候，還沒有CoreDNS來適配，大家知道每個數據中心最老的DNS是bind9，適配起來是非常痛苦的，它缺API，缺很多東西。所以我們就自己研發了一套基于Etcd的分布式DNS，當時提供了RestfulAPI，直接對接的Kubernetes的watch，這樣的話我們就能夠做一個非常好的適配。但是后來我們發現一個問題，原來你有可能10萬臺物理機，也就假設就是你的hostname的解析也就10萬個，現在不一樣了，一臺物理機是100多個容器，即你增長了100倍。這時運維解析的請求量會激增，增長之后會帶來一個問題，抖動、延遲都非常大，間接的就影響了你的業務的TP響應。因此我們后來又把我們域名解析的服務，改成了DBTK的服務，現在的性能是bind9的19倍，是CoreOS的60多倍，每秒查詢率能沖到800萬QBS。

有人問，京東做一個這么大的Kubernetes集群，是不是特別復雜特別容易出錯。確實，如果你的集群非常多，假設你有50個集群，那么你誤操作的概率可能就是這50的概率相加。因此京東會把整個Kubernetes的集群做減法，并沒有做加法，當然這是代表京東的一家之言了，因為我們是自用，并不是往外賣，所以我們主要是做減法，以適合我們使用。

為了適用上萬臺Server的這種規模，最大的問題就是API的負載容易崩潰。比如你把config-map存到etcd里面去，這個設計本身就是有問題的。如果你的規模比較大的話，一定要去改，如果不改，你的集群很快就會崩潰。其實我們的做法其實還比較傳統，就是采用一些緩存技術，就比如說config-map我們壓根是不會放在etcd里去的。因為如果你把config-map放到etcd里去的話，首先假設有一個用戶，給你傳一百個20M的配置文件，你就完蛋了。其次，京東對controller也做了很多重構，雖然社區提供了很多controller，但我可以保證，這些controller絕對沒有做嚴格的關聯性測試，也就是說有些controller之間互相是有影響的。建議啟用任何一個controller前都要做嚴格的分析跟測試。想做大集群的Kubernetes，必須得去改，而且是做減法式的改。

還有一點，Kubernetes號稱有各式各類功能，我可能要潑一下冷水。京東很多東西的確是基于Kubernetes建設起來的，Kubernetes對我們的幫助非常大，但是它也不是萬能的。Kubernetes號稱的deployment、金絲雀發布等等一切都非常美好，但是我來自京東基礎架構部門，基礎部門要服務業務，而業務會給你提很多需求，第一次你聽上去可能覺得這需求非常扯，但是你跟他仔細溝通之后，你會發現人家的需求是非常合理的。比如說，他說你金絲雀發布的時候，副本數隨機的挑幾個，升級了50%，但有的業務方會要求就要升級某一個特定IP。他不是對這個IP特別有感情，而是因為他配了很多host，除了有研發還有測試等等，所以你不得不去面臨這個問題，像IP不變等等這樣的一些需求就會蹦出來，我們都要滿足他，才能繼續往下走。?

還有比如說你的節點被物理故障重啟等等，這個時候你要充分的考慮是先拉起新調度過來的容器，還是先拉起原來老的容器，這些策略都要針對你自己的業務去改變。

還有，比如有人說京東大促的時候，我們Kubenetes整個的彈性速度非常快等等。但是我可以向你保證，如果真正是那種流量高峰瞬間來的時候，這個彈性是絕對跟不上的。因為等你還沒彈完，老的已經被打死了，彈幾個死幾個，所以一般來說，你要用更多的實例，用調度的方式來做，而不是說通過scale out這種彈來做，來不及的。

剛才也提到這些策略IP不變，還有我們這有一個很有意思的東西，就是支持容器的rebuild。我們的資源使用率，通過阿基米德調度之后，我們的資源使用率非常緊張，因為少買了很多機器，同時業務又在不斷地增長，這個時候我們資源的限額都會被耗盡，在某些情況下甚至調度器也無能為力。這怎么辦？我們采取了一種古老的方法，跳過調度器，進行本地rebuild。因為你的調度有的在排隊，有的depending，但是有一些業務在發布的時候，他會提出一個問題，我原來有100個容器，我發布完之后只剩80了，另外20個容器的資源被別的業務搶走了，這是不能接受的，所以我們也有了這種所謂的優先rebuild，就是就地rebuild，這會帶來很多好處。?
這么做最明顯的一個好處，就是拉鏡像至少省了一些時間。還有一個明顯的好處是，雖然在數據中心依然很復雜，但當業務部署在某一臺容器機器上之后，調用的依賴、調用數據庫的鏈路都是經過了大量壓測的，已達到相對最優的狀態。如果你今天把這容器從pod1搬到pod2，我說物理pod，從房間1搬到房間2去了，那可能會帶來抖動或者等等情況。當然這并不代表你損失了Kubernetes的很多特性。

補充前面的一點，我們的deployment做了大量定制，原生的deployment其實還是很難滿足這樣的要求。比如說在線上，因為是面向生產環境，但是生產環境不會那么美好。首先業務，可能上100個容器就有兩個容器，它的響應很差，這個時候要去排查或者要去進行其他的操作，這個時候用deployment做不到，因為一升級就沒了。而我們，讓它可以指定把這兩個停掉，或者是其他操作，反正就是能夠指定，就相當于你要改一些東西，改動量不大，只是在它原來基礎之上改。

下面說說我們目前的工作重點。京東整個數據中心規模很大，有老有新，整體的資源使用率會有明顯的波峰波谷。比如上圖黑底圖上藍色的線，1點到6點時中國整個互聯網的流量都比較低，但是到8點以后流量就開始逐漸攀升。那么1點到6點是一個非常浪費的階段，因為我們有大量的計算資源，這時候我們就可以跟大數據產生互補，把在線應用的波谷算力貢獻給大數據做離線計算，剛好大數據也是后半夜，相對來說離線任務更多，因為第二天早上要出報表，于是我們做了一個融合的混合部署的項目，就叫阿基米德，就是把大數據的業務給調到在線業務的平臺上去。這里面就涉及到一個問題，就是隔離性。大家都覺得Docker的隔離性已經很優秀了，其實并非如此，它的隔離性沒有大家想象的那么好，你看到的隔離都是Namespace的隔離，真正的性能隔離其實并沒有完全做到位。例如內存回收，它其實是操作系統統一進行回收的。比如上面10個容器有5個容器狂讀小文件，這時候突然內存已經到一定閥值了，它就要做一次slab回收。一旦slab回收，它就都被block住了，其他的在線業務都會被卡住，雖然只是毫秒級的，但是會有毛刺，業務就會來問你發生了什么。特別是在線大數據進來之后，這個問題就會被無限放大，因此在這塊你要做適當的改動。京東做得比較早，從2013年就開始做容器，在過去幾年我們在這塊已經做了很多工作。?
還有另外一個，大家也都感同身受。業務說我需要100個容器，每個容器八個核，其實之后發現每個容器只跑了不到10%的CPU，這種情況是有可能的。那怎么辦？你不能粗暴地只給業務兩個核，出問題誰負責？那怎么辦？我們就告訴業務我們給了他八個核（其實沒有），只要不出事就行了，出了事解釋也無用。這會帶來一個巨大的收益，就像上圖，綠色的部分是我們給的CPU，紅色是實際使用的，那我們至少給他砍一半。這樣做了之后你就會發現，即使一年不買機器，機器也是夠的。

調度方面的問題，京東整個數據中心都是用Kubenretes來管，我們取名為JDOS，即JD Datacenter OS，封包了Kubernetes然后做了大量的定制。往上層看，JDOS支持京東的在線業務。在線業務在2016年6·18之前全部遷完了。然后2017年雙十一的時候數據庫全部都遷完了，到2018年初的時候，我們基本上像中間件類的也都大部分遷上來了，也就是說現在我們除了單純的存儲圖片，還在用物理機那種存儲型的服務器之外，剩下的全在容器上，現在京東已經看不到物理機了。現在正在做的就是把大數據也往上面導。這會帶來一個非常好的收益。

但是把大數據及很多其他業務放上JDOS之后我們發現，整個調度變得非常復雜，原來的調度器只是考慮哪一臺適合放就可以了，用一句話說，它只負責殺，不負責埋。這會帶來一個問題，容器運行之后，帶來的影響Kubernetes是無能為力的，除非崩潰了，它給你再重新拉副本等等。這看上去會很美好，實際上業務會天天投訴你。為解決這一問題，我們應用上線的時候會要選優先級，如果你的優先級不高的話，有可能會被優先級高的驅逐掉，相當于我們多帶帶對Kubernetes重新做一個東西，即我們的驅逐器。驅逐器會對pod打上很多標簽，比如優先級、容忍度、副本數等等（例如只有一個副本的話，它優先級再低也不能殺）。這很像OM的排序，當宿主機的CPU、內存load達到一定上限的時候，我們就會啟動這種排序，很快地把它排出來，立馬就驅逐，而且驅逐之后，會告訴調度器不要再往這臺上調了。因為有可能資源滿了，它又給調回來了，你又給驅逐，就形成一個死循環了。其實基本的理念也非常簡單，就是保障優先級的系統，大數據是最先優先級，但是在線業務的話，也要往下放，這樣就能在有限資源的情況下發揮最大的作用，特別是大促的時候，如果都是靠買機器來支撐的話，這是非常恐怖的一件事情。因為每次大促我們都要按20倍來估，這要買多少機器啊。

最后我想分享一些經驗與心得體會。京東最早是Openstack，在2016年切換到了Kubernetes，這兩種系統我一直做下來的，我的感受就是， Kubernetes正在往Openstack這條路上走，越做越龐大，這是一個非常大的問題。誠然，它有很多feature要加，這個也可以理解，可它還是得拆，拆成非常小的模塊來做。像現在CNI、CRI、CSI這些模塊的拆離應該是比較好的一個開始。Kubernetes在中小規模集群是沒有問題的，但是它肯定沒有官方號稱的那樣5000臺沒問題，如果是非常大的規模的話，肯定要去改，否則的話會崩潰。我們在早期的時候，上了一些非重要的系統，經歷了非常痛苦的一段時間，它時常崩掉了。?

有時候Etcd跑著跑著就發現版本差異越來越大，那只能把另外兩個干掉，把另外一個副本用來復制另外兩份，這會帶來巨大的問題。Etcd的運維現在應該沒有特別成熟的一些方案，它不像數據庫有很成熟的運維方案，畢竟數據放在里面，如果它崩了，數據就很難找回來，這是非常麻煩的一件事。

還有它的API，因為它是長鏈接，一般的負載均衡要特別注意起API的時候不能一個一個起，起完了它都來連，搞不好都堆到一臺上去了，會導致負載不均衡，所以正常來說要先把API起好，再去起Kubernetes，這樣負載均衡才會起到作用。

另外，大家一定要特別注意Kubernetes對心跳的判斷，因為它發生not ready的概率太高了。一旦發生節點not ready的話，會產生一系列難以預料的狀態，比如網絡抖動，某臺交換機壞了，有可能它就會這樣。所以我們建議心跳檢測這一塊盡量用另外一套系統來做，把你檢測的結果反饋給Kubernetes，這樣可能會更好一些。

這就是我今天演講，謝謝大家。