Kubernetes最佳實踐應用佈署

Kubernetes 已成為容器協調的業界標準，本文彙整了構建和佈署應用程式的最佳實踐，涵蓋開發、佈署、安全和維運等關鍵導向。從設定 Kubernetes 叢集、管理應用程式生命週期到整合服務和處理機器學習工作負載，提供全面的指導。讀者將學習如何利用 Kubernetes 的功能來提高效率、增強可靠性和安全性，並構建可擴充套件的雲原生應用程式。本文也探討了混沌工程、GitOps 和服務網格等進階議題，幫助讀者應對日益複雜的雲原生環境挑戰。

Kubernetes 最佳實踐：開發成功應用的藍圖

Kubernetes 是一個強大的容器協調系統，對於開發和佈署現代化應用至關重要。本文《Kubernetes 最佳實踐》由四位在分散式系統、開源和企業應用開發領域具有深厚經驗的專業人士編寫，旨在指導讀者如何利用 Kubernetes 構建成功的應用。

為何選擇 Kubernetes？

Kubernetes 已經成為容器協調的標準，其強大的功能和靈活性使其成為企業的首選。透過 Kubernetes，開發者可以更高效地佈署、管理和擴充套件應用。

本文的內容與價值

本文涵蓋了從設定到安全、從開發到佈署的整個 Kubernetes 應用開發流程。作者們結合了多年的實踐經驗和具體的程式碼示例，為讀者提供了寶貴的最佳實踐指導。

主要內容

• 設定與開發：如何在 Kubernetes 上設定和開發應用。
• 監控與安全：如何監控系統、確保安全以及管理升級、推出和回復。
• 整合服務：如何整合服務和舊有應用，並在 Kubernetes 上開發更高層級的平台。
• 機器學習工作負載：如何在 Kubernetes 上執行機器學習工作負載。
• Pod 和容器安全：如何確保 Pod 和容器的安全。
• 高階應用模式：如何在 Kubernetes 上構建高階應用模式並實作操作員。
• 混沌工程/測試、GitOps、服務網格、可觀察性和多叢集管理：這些對於成功實施 Kubernetes 越來越重要的議題。

作者簡介

• Brendan Burns：微軟 Azure 的傑出工程師，Kubernetes 開源專案的共同創始人。
• Eddie Villalba：谷歌雲的工程經理和應用平台實踐負責人，專注於雲原生生態系統和 Kubernetes。
• Dave Strebel：主要雲原生架構師，專注於開源雲和 Kubernetes。
• Lachlan Evenson：微軟 Azure 雲原生生態系統的主要專案經理。

業界好評

本文獲得了業界多位專家的高度評價，被認為是管理和擴充套件容器協調的必備。無論是對於熟悉 Kubernetes 的基礎概念但希望瞭解最新最佳實踐的讀者，還是對於希望深入瞭解 Kubernetes 的開發者和維運人員，本文都提供了寶貴的見解和實用的指導。

結語

《Kubernetes 最佳實踐》是一本全面而深入的，旨在幫助讀者構建成功的 Kubernetes 應用。透過本文，讀者可以獲得從設定到佈署、從安全到監控的全面知識和最佳實踐，從而更好地利用 Kubernetes 的強大功能。

Kubernetes 最佳實踐

Kubernetes 作為現代雲原生應用的根本，其強大的容器協調能力已經獲得了廣泛的認可。然而，要充分發揮 Kubernetes 的潛力，不僅需要了解其基本操作，更需要遵循一系列最佳實踐來確保系統的穩定性、安全性和高效性。本文將探討 Kubernetes 的最佳實踐，涵蓋從基礎設定到高階組態的各個方面。

1. 基礎服務設定

設定一個基本的 Kubernetes 服務涉及多個關鍵步驟，包括應用概覽、組態管理、佈署複製服務等。

應用概覽

在開始之前，首先需要對應用程式進行全面瞭解，包括其架構、依賴關係以及預期的流量模式。

組態管理

有效的組態管理是確保應用程式穩定執行的關鍵。Kubernetes 提供了 ConfigMap 和 Secret 來管理組態資料和敏感資訊。

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: example-config
data:
  DATABASE_URL: "postgres://user:password@host:port/dbname"

#### 內容解密：

• apiVersion 和 kind 定義了資源的型別和版本。
• metadata 包含了資源的後設資料，如名稱。
• data 欄位儲存了組態資料，以鍵值對的形式表示。

2. 開發者工作流程

為了提高開發效率，Kubernetes 提供了多種工具和技術來簡化開發流程。

構建開發叢集

為開發團隊建立一個分享的 Kubernetes 叢集，可以提高資源利用率並簡化管理。

使用名稱空間

名稱空間是 Kubernetes 中用於隔離資源的重要機制。透過為不同的團隊或專案建立獨立的名稱空間，可以避免資源衝突並提高安全性。

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: development

#### 內容解密：

• apiVersion 和 kind 指定了資源型別。
• metadata 定義了名稱空間的名稱。

3. 監控與日誌記錄

監控和日誌記錄是確保 Kubernetes 叢集穩定執行的關鍵。

指標與日誌

Kubernetes 提供了多種指標和日誌收集工具，如 Prometheus 和 Loki，用於監控叢集狀態和應用效能。

apiVersion: monitoring.coreos.com/v1
kind: ServiceMonitor
metadata:
  name: example-monitor
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: example-app
  endpoints:
  - port: web

#### 內容解密：

• ServiceMonitor 是 Prometheus Operator 用於監控服務的自定義資源。
• selector 指定了要監控的服務標籤。
• endpoints 定義了要收集指標的端點。

4. 組態、金鑰和 RBAC

有效的組態管理和存取控制是確保 Kubernetes 叢集安全性的基礎。

ConfigMap 和 Secret

ConfigMap 用於儲存非敏感組態資料，而 Secret 用於儲存敏感資訊，如密碼和證書。

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: example-secret
type: Opaque
data:
  password: <base64 encoded password>

#### 內容解密：

• type 指定了 Secret 的型別。
• data 儲存了 base64 編碼的敏感資料。

Kubernetes叢集資源管理與最佳實踐

Kubernetes作為一個強大的容器協調系統，其資源管理能力對於確保叢集穩定性和應用效能至關重要。本篇文章將探討Kubernetes的資源管理機制、相關工具以及最佳實踐。

資源請求與限制

在Kubernetes中，資源請求（Resource Request）和資源限制（Resource Limit）是兩個重要的概念。資源請求是指Pod啟動所需的最低資源量，而資源限制則是Pod可使用的最大資源量。正確設定這兩個引數對於確保Pod的正常運作和避免資源浪費至關重要。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: example-pod
spec:
  containers:
  - name: example-container
    image: example-image
    resources:
      requests:
        cpu: 100m
        memory: 128Mi
      limits:
        cpu: 200m
        memory: 256Mi

內容解密：

1. requests欄位定義了Pod啟動所需的最低資源量，排程器會根據此值決定將Pod排程到哪個節點。
2. limits欄位定義了Pod可使用的最大資源量，超過此限制將被終止或受到限制。
3. 正確設定requests和limits有助於提高叢集資源利用率和應用穩定性。

Pod品質服務（QoS）

Kubernetes根據Pod的資源請求和限制將其分為三個QoS類別：Guaranteed、Burstable和BestEffort。瞭解這些類別有助於更好地管理叢集資源。

1. Guaranteed：Pod的CPU和記憶體資源請求與限制相同，優先順序最高。
2. Burstable：Pod的CPU或記憶體資源請求小於限制，可以在閒置時使用額外資源。
3. BestEffort：Pod沒有設定資源請求和限制，優先順序最低。

ResourceQuota與LimitRange

ResourceQuota用於限制名稱空間內的資源總量，而LimitRange則用於限制Pod和容器的資源範圍。

apiVersion: v1
kind: ResourceQuota
metadata:
  name: example-quota
spec:
  hard:
    cpu: 1000m
    memory: 1Gi

內容解密：

1. ResourceQuota透過設定hard欄位來限制名稱空間內的總資源使用量。
2. LimitRange可以設定容器預設的資源請求和限制，避免因未設定而導致的資源問題。

叢集擴充與應用擴充套件

Kubernetes提供了多種擴充機制，包括Cluster Autoscaler（叢集自動擴充）和Horizontal Pod Autoscaler（HPA，水平Pod自動擴充）。

1. Cluster Autoscaler：根據叢集負載自動調整節點數量。
2. HPA：根據Pod的CPU使用率或其他自定義指標自動調整Pod副本數量。

最佳實踐

1. 合理設定資源請求和限制：避免資源浪費和提高應用穩定性。
2. 使用ResourceQuota和LimitRange：有效管理名稱空間內的資源使用。
3. 實施自動擴充：根據負載變化動態調整叢集和應用規模。

綜上所述，Kubernetes的資源管理是一個複雜但重要的課題。透過合理組態資源請求和限制、使用ResourceQuota和LimitRange，以及實施自動擴充，可以有效提高叢集的穩定性和資源利用率。未來，隨著Kubernetes生態系統的不斷發展，資源管理將變得更加智慧和高效。

Kubernetes 實務：應用程式佈署與管理的最佳實踐

Kubernetes 已成為雲原生開發的實際標準，為應用程式的開發、佈署和運作提供了強大的支援。然而，要充分發揮 Kubernetes 的優勢，需要正確地使用它。本文旨在為那些在 Kubernetes 上佈署實際應用程式的開發者和維運人員提供實用的模式和最佳實踐。

本文的目標讀者

本文假設讀者對 Kubernetes 的基本概念和工具有一定的瞭解，並知道如何建立和與 Kubernetes 叢集互動。如果您是 Kubernetes 的初學者，可以先參考其他資源，如《Kubernetes: Up and Running》，以獲得基礎知識。

本文的結構

本文由多個獨立的章節組成，每個章節都涵蓋了在 Kubernetes 上佈署和管理應用程式的特定任務。雖然您可以從頭到尾閱讀本文，但我們設計本文的初衷是作為一本參考，供您在需要時查閱特定的主題。

主要內容

本文涵蓋了多個主題，包括：

• 開發應用程式的最佳實踐（第 2、5、15 和 16 章）
• 服務維運的最佳實踐（第 1、3、4、6 和 7 章）
• 叢集管理的最佳實踐（第 8、9、10、11、12 和 17 章）
• 獨立主題，如機器學習（第 14 章）和與外部服務整合（第 13 章）

新版新增內容

第二版新增了四個章節，分別涵蓋了 GitOps（第 18 章）、安全性（第 19 章）、混沌測試（第 20 章）和 Operator 的實作（第 21 章）。

本文使用的排版慣例

本文使用以下排版慣例：

• 斜體字：表示新術語、URL、電子郵件地址、檔案名稱和檔案副檔名。

內容解密：

本文的排版慣例旨在提高可讀性，讓讀者更容易理解和區分不同的內容型別。

Kubernetes 安全最佳實踐

工作負載容器安全

在 Kubernetes 中，工作負載容器安全是至關重要的。以下是一些最佳實踐：

• 使用非 root 使用者和精簡容器（distroless containers）來減少攻擊面
• 定期掃描容器漏洞，以確保及時修補安全漏洞
• 使用 Seccomp、AppArmor 和 SELinux 等技術來加強容器的安全性

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: secure-pod
spec:
  containers:
  - name: secure-container
    image: secure-image
    securityContext:
      runAsNonRoot: true
      runAsUser: 1000

內容解密：

上述 YAML 組態定義了一個名為 secure-pod 的 Pod，其中包含一個名為 secure-container 的容器。該容器使用 securityContext 欄位來指定以非 root 使用者身份執行，並將使用者 ID 設定為 1000，以減少潛在的安全風險。

程式碼安全最佳實踐

為了確保程式碼的安全性，請遵循以下最佳實踐：

• 使用安全的編碼實踐，避免常見的安全漏洞，如 SQL 注入和跨站指令碼攻擊（XSS）
• 定期進行程式碼審查和測試，以確保程式碼的品質和安全性
• 使用安全的依賴項管理工具，避免使用具有已知漏洞的依賴項

// 使用安全的編碼實踐
const express = require('express');
const app = express();

// 使用 helmet 中介軟體來加強安全性
const helmet = require('helmet');
app.use(helmet());

// 對使用者輸入進行驗證和清理
const userInput = req.query.userInput;
const sanitizedInput = DOMPurify.sanitize(userInput);

內容解密：

上述 JavaScript 程式碼使用 Express.js 框架建立了一個 Web 應用程式。該程式碼使用了 helmet 中介軟體來加強安全性，並對使用者輸入進行了驗證和清理，以防止 XSS 攻擊。

設定基本服務

本章節將介紹如何在 Kubernetes 中設定一個簡單的多層應用程式。我們將以一個包含兩個層級的範例來說明：一個簡單的網頁應用程式和一個資料函式庫。雖然這不是最複雜的應用程式，但對於學習如何在 Kubernetes 中管理應用程式來說，這是一個很好的起點。

應用程式概述

我們將使用的範例應用程式相當直接。它是一個簡單的日誌服務，具有以下特點：

• 它有一個獨立的靜態檔案伺服器，使用 NGINX。
• 它在 /api 路徑上提供了一個 RESTful 應用程式介面（API），網址為 https://some-host-name.io/api。
• 它在主網址 https://some-host-name.io 上提供了一個檔案伺服器。
• 它使用 Let’s Encrypt 服務來管理安全套接層（SSL）。

圖 1-1 呈現了該應用程式的架構圖

@startuml
skinparam backgroundColor #FEFEFE
skinparam componentStyle rectangle

title Kubernetes最佳實踐應用佈署

package "Kubernetes Cluster" {
    package "Control Plane" {
        component [API Server] as api
        component [Controller Manager] as cm
        component [Scheduler] as sched
        database [etcd] as etcd
    }

    package "Worker Nodes" {
        component [Kubelet] as kubelet
        component [Kube-proxy] as proxy
        package "Pods" {
            component [Container 1] as c1
            component [Container 2] as c2
        }
    }
}

api --> etcd : 儲存狀態
api --> cm : 控制迴圈
api --> sched : 調度決策
api --> kubelet : 指令下達
kubelet --> c1
kubelet --> c2
proxy --> c1 : 網路代理
proxy --> c2

note right of api
  核心 API 入口
  所有操作經由此處
end note

@enduml

此圖示展示了客戶端如何與 NGINX 和 API 伺服器互動，以及後端資料函式庫和靜態檔案伺服器的關係。

詳細解說

1. 客戶端請求：客戶端透過 HTTPS 請求 https://some-host-name.io 或 https://some-host-name.io/api。
2. NGINX 處理靜態檔案：NGINX 負責處理靜態檔案請求，並將其傳回給客戶端。
3. API 伺服器處理請求：API 伺服器負責處理 /api 路徑下的請求，並與資料函式庫互動。
4. 資料函式庫互動：API 伺服器與資料函式庫進行互動，執行必要的 CRUD（建立、讀取、更新、刪除）操作。

使用 YAML 設定檔和 Helm Charts

我們將逐步介紹如何使用 YAML 設定檔和 Helm Charts 來建立這個應用程式。

YAML 設定檔範例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: journal-service
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:latest
    ports:
    - containerPort: 80

內容解密：

• apiVersion 和 kind 定義了 Kubernetes 資源的版本和型別。
• metadata 提供了 Pod 的中繼資料，例如名稱。
• spec 定義了 Pod 的規格，包括容器列表。
• containers 列出了 Pod 中的容器，包括 NGINX 容器。
• image 指定了使用的 Docker 映象。
• ports 定義了容器暴露的埠號。

Helm Charts 範例

helm create journal-service

內容解密：

• helm create 命令用於建立一個新的 Helm Chart。
• journal-service 是 Chart 的名稱。

本章節介紹瞭如何在 Kubernetes 中設定一個簡單的多層應用程式。我們使用了 YAML 設定檔和 Helm Charts 來建立應用程式。接下來的章節將更詳細地介紹如何使用 Kubernetes 管理應用程式。