資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：但考慮到該用戶在跨集群模式下的困擾，開始策劃將托管云物理機納入現有集群統一管理的方案，即在混合云架構下僅需部署管理一套集群。
“托管云物理機納入UK8S集群統一管理后，可實現托管云物理機保障平峰時業務正常運行，高峰時期利用UK8S快速擴容公有云資源的理想應用場景，繼而提升混合云的可用性。”
——海豹他趣技術負責人 張嵩
混合云的業務模式廈門海豹他趣信息技術股份有限公司于2012年4月成立，是一家基于 B2C 模式的綜合性兩性健康電商服務平臺企業。目前采用混合云(公有云+托管云)的技術架構模式，在保證存量IT資源合理利用的同時，又能夠與公有云產品內網高速安全互通，實現資源的彈性擴展。
海豹他趣選擇將部分數據敏感的業務部署在UCloud的托管云區域，通過租賃UCloud機房機柜的方式，托管自有設備，并依照自身電商業務特點進行高峰*冗余部署，但該模式下存在平峰時期物理機資源利用率低的現象。
業務容器化改造的過程中，海豹他趣已在公有云場景下實現UK8S的資源統一納管，故想進一步提高托管云的資源利用率，實現托管云物理機保障平峰時業務正常運行，高峰時期利用UK8S快速擴容公有云資源的應用場景。
托管云中自建K8S集群的難題起初，海豹他趣嘗試在托管云中自建K8S集群，但運行后發現，同時在公有云和托管云中使用K8S集群，會存在網絡互通、存儲、負載均衡等方面的問題。與此同時，自行部署K8S集群需投入一支專業團隊的人力成本，包含開發以及部署K8S網絡、存儲和負載均衡等工作，需自行挑選和部署第三方網絡插件、搭建存儲集群并適配K8S存儲類型，以及維護一套負載均衡集群等。此外，集群搭建后的維護工作也費時費力。權衡之下，海豹他趣更希望將集群的管理和運維工作交給云廠商處理，從而自身精力能專注于業務研發之中。
托管云物理機納入UK8S集群UCloud已推出的UK8S能自動化實現公有云場景下的K8S集群部署以及運維工作，有效解決上述自行部署和維護K8S集群的難題。
同時，由于公有云和托管云分屬不同的環境，在網絡、服務器資源管理、控制等各方面完全獨立，彼此之間僅有三層網絡打通，要實現兩者場景下K8S集群的統一略為繁瑣。目前市面上各家云廠商針對混合云下的K8S集群部署，給出的解決方案多是在公有云和托管云下分別部署一套K8S集群，提供支持多集群管理的服務。
但考慮到該用戶在跨集群模式下的困擾，UCloud開始策劃將托管云物理機納入UK8S現有集群統一管理的方案，即在混合云架構下僅需部署管理一套K8S集群。
解決三大技術問題前文也提及，部署K8S集群需解決網絡、存儲以及負載均衡方案，UCloud的UK8S團隊嘗試在三個問題上逐個擊破。
網絡實現
K8S本身并不提供網絡能力，而是將網絡接口開放，由外部插件來實現，其網絡模型需要滿足以下條件：
1、 Node與Node節點之間可通過IP直接通信；
2、 不同節點的Pod之間可通過IP直接通信；
3、Pod與非宿主Node節點之間可通過IP直接通信。
首先，針對Node節點之間的通信。UK8S運行在公有云的VPC網絡下，VPC網絡與托管云雖屬于不同的網段，但彼此間已實現三層互通，因此UK8S公有云中的Node節點與托管云中的物理機之間可通過IP直接通信，該條件滿足。
其次是Pod之間以及Pod與Node節點間的通信問題，可具體描述為（1）公有云中的Pod與托管云中的Pod互通，（2）公有云中的Pod與托管云中的Node互通，或（3）公有云中的Node與托管云中的Pod互通。
下圖是UK8S在公有云場景下的網絡模型，采用Underlay方案，Pod與Node網絡處于同一層面，CNI插件會調用UCloud API為每個Pod分配一個VPC IP。由于VPC IP已默認與托管云中的物理機互通，即代表公有云中的Pod已實現與托管云中的Node互通，此外公有云中Pod與Node網絡同等，上述待解決問題可簡化為公有云中的Pod與托管云中的Pod互通。
圖:公有云下的網絡模型
為實現Pod之間的互通，托管云的網絡模型也同樣采用Underlay模式。如下圖所示，兩者場景下所有的Node節點均采用Underlay模式的CNI插件，公有云中的Node已默認安裝CNI-VPC插件，托管云中的Node可采用二層Bridge或自定義路由的Underlay模式CNI插件。
圖:混合云下的網絡模型
以自定義路由為例，托管云的網段為172.16.0.0/16，安裝kubelet后，將Bridge插件拷貝至/opt/cni/bin下，再配置插件啟動參數即可。CNI插件會在Node上先創建一個網橋，當Pod啟動時，通過veth pair連接該網橋到pause容器的網絡命名空間，即可實現托管云中的Pod互通。由于172.16.0.0/16已在網關上配置完成，最后在交換機側配置自定義路由，可最終完成公有云中的Pod與托管云中的Pod互通。
圖:交換機側配置信息
存儲實現
除去內置的存儲插件，UK8S在公有云中額外集成UDisk、UFS兩種云儲存產品。目前UCloud托管云中物理機尚不支持掛載云存儲產品，因此UK8S中的存儲插件需實現兼容，只支持掛載至公有云中的Node節點上。
實現形式上，給公有云中的Node節點打上類似nodetype: uhost的標簽即可。用戶使用時，若Pod需要掛載單寫模式的存儲卷，在調度Pod時聲明nodeAffinity，就可指定Pod分配至公有云中的Node節點。
負載均衡實現
最后需解決服務如何對外暴露的問題，K8S提供了幾種服務暴露的方案，其中LoadBalancer類型的Service最為通用，同時由于在托管云中維護一個可靠的負載均衡設備成本較高，故使用公有云中的ULB作為K8S的外部負載均衡器。
業務流量入口由公有云的ULB和Node節點承載，通過在K8S集群中定義LoadBalancer類型的Service，業務流量可先通過ULB轉發到公有云Node節點上，再通過公有云節點上kube-proxy配置的iptables規則轉發至整個集群中實際工作的Pod。對于ClusterIP類型的Service，與現有K8S集群無異，通過kube-proxy在集群內部通信。
此外，也可在公有云節點部署Ingress Controller，代理部署在托管云節點的業務流量。
圖:流量轉發鏈路
采用該方案實現的效果1、提高托管云物理機的利用率
托管云物理機納入UK8S集群統一管理后，可實現托管云物理機保障平峰時業務正常運行，高峰時期利用UK8S快速擴容公有云資源的應用場景，無需原先的高峰*冗余部署，有效解決平峰時期資源利用率低的問題，從而節約資源成本。
2、減少公有云主機資源的冗余
實際業務中，遇到大型活動或突增的服務請求時, 采用云主機自動服務擴容的方式處理速度較慢，通常需要五分鐘左右的時間，而利用UK8S可以賺取云主機啟動與容器啟動速度的時差，做到資源的快速擴容，繼而減少云主機日常冗余的數量。
3、無需K8S部署和維護的人力投入
用戶可在UK8S上部署、管理以及擴展容器化應用，而無需關心K8S集群自身的搭建及維護等運維類工作，能夠更加集中于業務實現。
4、加快服務上線速度
一方面，UK8S中通過統一的鏡像，可保證代碼及部分配置在測試環境、預發布環境、正式環境中的一致性, 避免環境不一致引發的異常狀況；另一方面，UK8S有其完善的CI/CD流程，可簡化服務部署步驟, 有效減少服務上線時的人工干預，實現效率的全面提升。
寫在最后隨著K8S使用的逐步增多，運行部署K8S的環境也日趨復雜，對于企業IT人員而言，找到一種兼容現有業務環境的K8S配置、管理方式顯得尤為重要，特別是在多云、IDC與云并存等環境下如何配置K8S。上述提供的針對UCloud混合云場景下的K8S部署方案，其思路同樣適用于非UCloud混合云環境。
歡迎加入UCloud K8S技術交流群，和我們共同探討Kubernetes前沿技術。（由于群人數已超過100人，請添加群主微信zhaoqi628543，備注K8S即可邀請入群。）
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