【51CTO.com快译】根据Gartner的一项预测：到2022年，全球将有超过75%的组织，会在生产环境中运行容器化的应用(如今该比例不到30%)。而到2025年，该比例将会超过85%。由于云原生应用需要基础架构的高度自动化，目前以Docker和Kubernetes为代表的DevOps实现平台，正在以容器编排工具的形式，让更多的公司能够以更快的速度，构建、发布和交付其软件产品。
总的说来，Kubernetes具有支持自动扩展、零停机时间部署、服务发现、自动部署、以及回滚等出色且丰富的功能，非常适合于大规模的容器部署与管理。虽然Kubernetes能够灵活地分配资源和工作负载，但是具有复杂而陡峭的学习曲线。为了省时省力，您当然可以将其外包给KaaS提供商。不过，如果您需要对生产环境中的Kubernetes具有全面的掌控能力，那么就需要花费一些时间，来掌握Kubernetes的可观察性、日志记录、集群监控、以及安全性配置等方面。
与此同时，由于在生产环境中运行容器往往需要大量的计算资源与能力，因此人们纷纷选用各种基于云的编排平台。不过，这其中也潜在着一些安全问题。例如：Kubernetes Pod虽然可以在所有基础架构中快速启动，但是随着其Pod之间内部流量的增加，Kubernetes的攻击面会逐渐增大，安全隐患随之增多。此外，Kubernetes固有的高度动态、且短暂的运行环境，往往无法与传统的安全工具完美融合。我们亟待开发出一种能够满足存储安全性、网络监控与治理、容器生命周期管理、以及平台选择等需求的Kubernetes配置策略。
下面，我将和您讨论在生产环境中，可遵循的Kubernetes各种优秀实践与探索。
使用就绪且存活的探针(Probes)进行健康检查
对于线上业务而言，保证服务的正常稳定是重中之重。而对于故障服务的及时处理，避免影响业务，以及快速恢复一直是DevOps的难点。在管理大型且分布式的系统时，为了确保应用实例的正常运行，我们需要提前设置好Kubernetes的运行状况检查。
您可以根据目标环境与需求，来创建并定制各种运行状况检查项。例如，我们可以用到WeaveWorks。它能够创建一个虚拟的网络，以网络交换机的方式，连接到部署在多台主机上的Docker容器，便于应用无需逐个配置端口映射和链接等信息。具体内容请参见--https://www.weave.works/blog/resilient-apps-with-liveness-and-readiness-probes-in-kubernetes。
值得注意的是，那些就绪(Readiness)的探针可以让Kubernetes知晓应用是否已准备好了为流量提供对应的服务。也就是说，在分配服务并将流量发送给Pod之前，Kubernetes需要始终确保拥有正常的就绪探针。
那么，我们又该如何获悉应用的有效性呢?在此，我们需要通过存活(Liveliness)探针，以确保应用一旦失效，Kubernetes会立即删除旧的Pod，并将其替换为新的Pod。
通过上述对于Kubernetes的健康检查，我们可以及时对于检测到的故障服务，采取自动下线，或重启服务的方式，使其自行恢复。
资源管理
通常，我们需要为单个容器指定或限制资源的请求数，将Kubernetes所处的环境分为不同的命名空间(namespace)，以供不同的团队、部门、应用、以及客户来使用。具体请参见--http://blog.kubecost.com/blog/requests-and-limits/。
值得一提的是，此处的Kubernetes资源使用情况是指在生产环境中，容器与Kubernetes Pod的资源被使用的数量。据此，我们可以合理地控制好在转化时所需的成本。此外，通常运营团队还需要获悉容器的CPU平均使用率，以及Pod所消耗的资源百分比，进而判定目前的Kubernetes生产环境是否处于已被优化的最佳状态。
启用RBAC
RBAC(基于角色的访问控制)是一种许可或限制用户和应用，对于系统和网络访问的方法。Kubernetes从1.8版开始便引入了RBAC。我们可以通过rbac.authorization.k8s.io API组，来创建各种授权策略，限制能够访问目标生产环境和群集的用户与进程。
可以说，RBAC为Kubernetes集群增加了一个额外的安全层。您可以在Kubernetes中对某些帐户的权限进行添加或删除，以及设置具体的访问规则。具体内容请参见--https://medium.com/@danielckv/what-is-rbac-in-kubernetes-c54457eff2dc
群集配置和负载平衡
要满足生产环境级别，Kubernetes架构需要具备高可用性、multi-master、以及multi-etcd群集等特性。在实际应用中，我们往往会使用诸如Terraform、Ansible之类的工具，来配置群集。
一旦我们设置好了所有的集群，并为正在运行的应用创建了Pod，那么我们就该考虑为这些Pod配备负载平衡器，以便将各种网络流量路由到对应的服务处。不过，开源的Kubernetes项目并不会默认提供负载均衡器。因此，我们需要与诸如NGINX Ingress controller、HAProxy或ELB之类的工具，或是针对Kubernetes的插件，来实现负载平衡的功能。具体内容请参见--https://medium.com/avmconsulting-blog/external-ip-service-type-for-kubernetes-ec2073ef5442。
将标签附加到Kubernetes对象
我们可以将诸如键/值对(key/value pairs)之类的标签，作为某种属性附加到Pod等对象上。在生产环境中，我们可以通过标签，对Kubernetes对象进行识别，分组，批量查询，以及其他操作。例如：我们可以根据容器所属的应用，对容器进行分组。当然，团队可以事先建立好任意数量的标签约定。具体内容请参见--https://theithollow.com/2019/01/31/kubernetes-services-and-labels/。
设置网络策略
网络策略能够方便我们通过明确的声明，来决定哪些流量适合通过，进而让Kubernetes能够阻止所有不合格(non-conforming)或不需要的流量。例如，作为基本的安全措施，我们可以在群集中定义和限制某些网络流量。
实际上，Kubernetes中的每个网络策略都可以被定义为一个授权连接的列表。根据已创建的网络策略，只有满足条件的Pod才有资格接受既定的连接。简而言之，网络策略会根据白名单，来授权和允许“从”或“向”Pod建立的连接。具体内容请参见--https://theithollow.com/2019/10/21/kubernetes-network-policies/。
集群监控和日志记录
集群监控，对于确保生产环境中Kubernetes的配置、性能和流量等方面的安全性，都是至关重要的。同时，我们有必要在系统架构的每一层上设置日志功能。这些生成的日志将有助于我们通过安全工具，来执行分析和审计功能。可以说，没有日志和监控，我们就不可能诊断出发生的问题，也就无法确保合规性。具体内容请参见--https://dzone.com/articles/logging-amp-monitoring-of-kubernetes-applications。
从无状态的应用开始
由于运行无状态应用要比有状态的应用容易得多，因此对于刚上手Kubernetes的团队而言，他们可以使用无状态的后端，通过避免建立长期运行(long-running)的连接，轻松地根据业务的需求，按需进行灵活的迁移和扩展。此外，通过使用无状态，开发人员还可以在零停机时间状态下，更有效地部署应用程序。
启用自动扩展插件(Auto Scaler)
Kubernetes提供三种用于部署的自动扩展功能，即：水平Pod自动扩展插件(HPA)、垂直Pod自动扩展插件(VPA)、以及群集自动扩展。其中：
- 水平Pod自动扩展插件，会根据感知到的CPU利用率，自动扩展部署、复制控制器、副本(replica)集、以及状态集的数量。
- 垂直Pod自动扩展插件，会为CPU和内存的请求数和限定数设置合适的值，并且可以自动更新这些值。
- 群集自动扩展，可以扩展和收缩Worker节点池的大小，并能够根据当前的利用率，来调整Kubernetes集群的大小。
控制运行时(run times)的各种源头
如果您只允许Pod从公共资源中提取镜像，那么您可能对运行时一无所知。因此，我们需要对群集中的所有容器进行源头控制。通过在注册表上应用策略，我们就可以从受信任的注册表中提取安全、且经过认证的镜像。
持续评估
我们需要不断评估目标应用的状态，以及设置的合理性。例如，我们可以通过查看某个容器的历史内存使用情况，从长远的角度来分配更少、却又更加合理的内存数量，以节省成本。
保护那些重要的服务
通过使用Pod优先级，您可以对不同服务的重要程度进行设置。例如，为了获得更好的稳定性，您可以将RabbitMQ Pod设置得比其他应用Pod更为重要;或者通过把Ingress Controller Pod的重要性设置得优先于数据处理Pod，进而保持那些面对用户的服务的可用性。
零停机时间
说到可用性，我们还可以通过设置群集和服务的HA(高可用性)，来确保零宕机时间。例如，使用Pod的反亲和性(Pod anti affinity)，我们可以确保在不同节点上，分配一个Pod的多个副本，并通过计划内和计划外的群集节点中断，来确保服务的可用性。
此外，通过使用Pod的中断预算(Pod disruption budgets)，我们也能够确保副本数量最少。
小结
综上所述，为了交付出平稳可靠的应用服务，我们从可用性、可扩展性、安全性、负载平衡、资源管理、以及监控等方面，深入讨论了在生产环境中，可以遵循的Kubernetes各种优秀实践。
原文标题：Kubernetes in Production: Best Practices to Follow，作者: Pavan Belagatti
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