Kubernetes 多雲架構下的 CI/CD 流程需要應對跨雲供應商的複雜性，例如不同 API 和基礎設施的整合、網路延遲、資料傳輸成本以及安全性等挑戰。本文介紹的解決方案結合了 KubeFed、虛擬 Kubelet 和 Submariner 等技術，提供跨雲叢集管理、網路互通和佈署一致性。此外，採用 GitOps 策略並整合 Helm 和 Argo CD 等工具，實作自動化佈署和版本控制，簡化多雲環境下的應用程式交付流程，提升效率和可靠性。
多雲環境下的 CI/CD 流程實踐
多雲環境中的 CI/CD 基礎概念
在現代化的應用程式開發流程中，持續整合（Continuous Integration, CI）與持續佈署（Continuous Deployment, CD）已成為不可或缺的一環。隨著 Kubernetes 的興起，多雲環境下的 CI/CD 也隨之演進，以應對日益複雜的架構挑戰。多雲 CI/CD 與傳統 CI/CD 在多個層面上存在顯著差異。
多雲 CI/CD 與傳統 CI/CD 的比較
多雲 CI/CD 著重於跨多個雲端服務供應商進行應用程式的持續整合與佈署，而傳統 CI/CD 通常僅適用於單一雲端或本地佈署環境。主要差異包括：
- 多雲環境因涉及不同雲端服務供應商的 API、服務和基礎設施元件而增加複雜性。
- 網路延遲和資料傳輸成本在多雲 CI/CD 中至關重要，因為應用程式可能跨不同區域和雲端服務供應商佈署。
- 多雲 CI/CD 需要加強安全措施，以保護敏感資料並符合各雲端服務供應商的法規要求。
- 對多雲管理工具和平台的需求增加，需要與 CI/CD 流程無縫整合。
Kubernetes 中的多雲 CI/CD 實作
Kubernetes 提供了一個一致且可擴充套件的平台，用於佈署、擴充套件和管理容器化應用程式。利用 Kubernetes，可以更高效地實作多雲 CI/CD。
Kubernetes 聯邦（KubeFed）
KubeFed 允許您管理多個 Kubernetes 叢集，簡化跨多個雲端服務供應商的應用程式佈署、管理和擴充套件。它能夠在叢集間同步資源，確保您的 CI/CD 流程在多雲環境中順暢執行。
虛擬 Kubelet
虛擬 Kubelet 將 Kubernetes 擴充套件到非 Kubernetes 平台，使得在不原生支援 Kubernetes 的環境中佈署容器成為可能。這使得跨多個雲端服務供應商實施 CI/CD 流程更加容易，因為您可以以相同的方式佈署應用程式，無論底層基礎設施如何。
Submariner
Submariner 是一種 Kubernetes 多叢集網路解決方案，能夠在不同雲端服務供應商的叢集之間建立安全的通訊。它透過為應用程式提供統一的網路層，簡化了 CI/CD 流程，使得跨多個雲端服務供應商一致地佈署和管理應用程式成為可能。
多雲 CI/CD 工具與策略
有多種工具和策略可以幫助您在 Kubernetes 環境中實施多雲 CI/CD：
GitOps
GitOps 是一種 CI/CD 策略，將 Git 用作基礎設施和應用程式佈署的單一真實來源。透過將基礎設施和應用程式碼視為其他程式碼，您可以使用相同的版本控制和 CI/CD 流程，輕鬆管理多雲佈署。
# GitOps 範例組態
apiVersion: argoproj.io/v1alpha1
kind: Application
metadata:
name: my-app
spec:
destination:
server: https://kubernetes.default.svc
source:
repoURL: https://github.com/my-repo.git
path: manifests
內容解密：
此 YAML 組態定義了一個 Argo CD 應用程式，指定了應用程式的目標叢集和來源 Git 儲存函式庫。透過這種方式，可以實作根據 GitOps 的持續交付。
Helm
Helm 是 Kubernetes 的套件管理器，可以幫助您跨多個叢集和雲端服務供應商管理應用程式佈署。Helm 圖表定義、安裝和升級 Kubernetes 應用程式，使得在不同環境中一致地管理和佈署應用程式變得容易。
# 使用 Helm 安裝應用程式
helm install my-app ./my-chart
內容解密：
此命令使用 Helm 安裝名為 my-app 的應用程式，透過本地的 my-chart 圖表進行佈署。這種方式簡化了應用程式在 Kubernetes 叢集中的安裝和管理。
Argo CD
Argo CD 是根據 GitOps 的 Kubernetes 持續交付工具。它幫助您跨多個叢集管理和同步應用程式佈署，使得實施多雲 CI/CD 流程變得簡單。
Crossplane
Crossplane 是一個開源的基礎設施管理平台，允許您使用 Kubernetes API 管理雲資源。它使得跨多個雲端服務供應商提供、管理和佈署應用程式變得容易，簡化了多雲 CI/CD。
多雲 CI/CD 最佳實踐
以下是一些在 Kubernetes 中實施多雲 CI/CD 的最佳實踐：
- 使用集中式版本控制系統（如 Git）管理基礎設施和應用程式碼，確保跨多個雲端服務供應商的版本控制和一致性。
- 使用與 Kubernetes 整合的 CI/CD 流程，確保能夠跨多個叢集和雲端服務供應商一致地佈署應用程式。
- 使用 KubeFed 管理跨不同雲端服務供應商的多個 Kubernetes 叢集，使得能夠一致地佈署和管理應用程式。
- 使用虛擬 Kubelet 將 Kubernetes 擴充套件到非 Kubernetes 平台，使得在不原生支援 Kubernetes 的環境中佈署容器成為可能。
- 使用 Submariner 為應用程式提供統一的網路層，使得跨不同雲端服務供應商的叢集之間能夠建立安全的通訊。
- 使用 Helm、Argo CD 和 Crossplane 等工具管理跨多個叢集和雲端服務供應商的應用程式佈署，簡化多雲 CI/CD 的流程。
- 緊密監控多雲 CI/CD 流程，確保能夠快速有效地識別和修復問題。
使用 Jenkins 建立多雲端 CI/CD 管道
透過 Kubernetes Federation（KubeFed）、Virtual Kubelet 和 Jenkins 建立多雲端持續整合/持續佈署（CI/CD）管道，是簡化跨多個雲端服務供應商佈署應用程式流程的強大方法。這種方法使組織能夠有效地自動化和協調佈署，確保應用程式在多個雲端平台上可供終端使用者使用。藉助 KubeFed 和 Virtual Kubelet，Kubernetes 可以跨多個叢集和雲端服務供應商協調資源，從而簡化佈署流程。此外，Jenkins 可以整合到整個 CI/CD 管道中，以確保應用程式的順暢和高效交付。
設定步驟
1. 設定 Kubernetes 叢集
在設定 CI/CD 管道之前，請確保已在 AWS 和 GCP 上建立了 Kubernetes 叢集。可以使用 kops、Kubespray 或受管理的 Kubernetes 服務（如 EKS 和 GKE）等工具。
2. 安裝 Jenkins
接下來，需要在能夠存取兩個 Kubernetes 叢集的機器上安裝 Jenkins。可以使用任何方法安裝 Jenkins，但建議使用官方的 Jenkins Helm chart 以簡化安裝過程。
helm repo add jenkins https://charts.jenkins.io
helm repo update
helm install jenkins jenkins/jenkins --namespace jenkins --set serviceType=LoadBalancer --set agent.enabled=true
此命令將 Jenkins 安裝在 Kubernetes 叢集的 jenkins 名稱空間中，作為 LoadBalancer 服務。agent.enabled=true 旗標用於啟用 Kubernetes agent pod 以執行 Jenkins 建置。
3. 設定 Jenkins
安裝 Jenkins 後，需要設定它以使用 Kubernetes Federation 和 Virtual Kubelet 跨 AWS 和 GCP 佈署應用程式。
首先，在 Jenkins 上安裝 Kubernetes 外掛程式，以允許 Jenkins 與 Kubernetes 叢集進行通訊。可以從 Jenkins 外掛程式管理器安裝 Kubernetes 外掛程式。
接下來，設定 Kubernetes 外掛程式以使用 AWS 和 GCP 叢集的 kubeconfig 檔案。可以使用以下命令從 Kubernetes 叢集中擷取 kubeconfig 檔案：
kubectl config view --flatten > kubeconfig.yaml
此命令將 Kubernetes 設定擷取到名為 kubeconfig.yaml 的檔案中。需要在 AWS 和 GCP 叢集上執行此命令，並儲存 kubeconfig.yaml 檔案。
獲得 kubeconfig.yaml 檔案後，將它們新增為 Jenkins 中的 Kubernetes 認證。為此，請導航到「Jenkins > 認證 > 系統 > 全域認證（無限制）」並點選「新增認證」。從認證型別下拉式選單中選擇「Kubernetes 設定（kubeconfig）」，並新增 kubeconfig.yaml 檔案的路徑。
4. 建立 Jenkins 管道
最後，建立一個 Jenkins 管道，該管道使用 Kubernetes Federation 和 Virtual Kubelet 跨 AWS 和 GCP 建置和佈署應用程式。
pipeline {
agent {
kubernetes {
label 'virtual-kubelet'
cloud 'virtual-kubelet'
containerTemplate {
name 'virtual-kubelet'
image 'virtual-kubelet:latest'
ttyEnabled true
command 'cat'
}
}
}
stages {
stage('建置') {
steps {
sh 'make build'
}
}
stage('佈署') {
steps {
kubefedctl join cluster aws --cluster-context aws --host-cluster-context host --v=2
kubefedctl join cluster gcp --cluster-context gcp --host-cluster-context host --v=2
kubectl config use-context host
kubectl create ns myapp
kubectl apply -f kubernetes/service.yaml
kubectl apply -f kubernetes/deployment.yaml
kubectl config use-context aws
kubectl create ns myapp
kubectl apply -f kubernetes/service.yaml
kubectl apply -f kubernetes/deployment.yaml
kubectl config use-context gcp
kubectl create ns myapp
kubectl apply -f kubernetes/service.yaml
kubectl apply -f kubernetes/deployment.yaml
kubectl config use-context host
}
}
}
}
#### 內容解密：
上述 Jenkins 管道定義了兩個階段：建置 和 佈署。建置 階段負責建置應用程式，而 佈署 階段則使用 Kubernetes Federation 和 Virtual Kubelet 將應用程式佈署到 AWS 和 GCP 的 Kubernetes 叢集。
在 佈署 階段，首先使用 kubefedctl 將 AWS 和 GCP 叢集加入到 Kubernetes Federation 叢集中。然後，切換到 Kubernetes Federation 上下文，並為應用程式建立名稱空間。接著，將服務和佈署清單佈署到 Kubernetes Federation 叢集，該叢集會透過 Virtual Kubelet 將它們分發到 AWS 和 GCP 叢集。
跨叢集建置和佈署應用程式
成功設定具有 Kubernetes Federation 和 Jenkins 的多雲端 CI/CD 管道後，可以跨多個 Kubernetes 叢集有效地建置和佈署應用程式。使用 Kubernetes Federation 提供了一個集中控制平面，用於管理多個叢集，而 Jenkins 自動化了建置和佈署過程。透過這種方法，可以確保在不同雲端服務供應商上無縫佈署應用程式，從而提高基礎設施的可擴充套件性和彈性。
#### 內容解密：
此部分詳細介紹瞭如何跨多個Kubernetes叢集建置和佈署應用程式。首先，建立應用程式碼並將其封裝為容器映像。然後，將容器映像推播到容器登入檔，如 Docker Hub 或 Amazon ECR。接下來，定義描述應用程式的 Kubernetes 清單，包括 Deployment 物件和 Service 物件。這些清單定義了應用程式的副本數量以及如何存取應用程式。
建立應用程式碼
首先，建立應用程式碼並使用 Dockerfile 將其封裝為容器映像。Dockerfile 應定義執行應用程式所需的依賴項和環境。
將容器映像推播到容器登入檔
接下來，將容器映像推播到容器登入檔，如 Docker Hub 或 Amazon ECR。這將使容器映像可供跨多個 Kubernetes 叢集佈署。
定義 Kubernetes 清單
接下來，定義描述應用程式的 Kubernetes 清單。這些清單應包括定義應用程式副本數量的 Deployment 物件，以及定義如何存取應用程式的 Service 物件。
以下是一個簡單的 Flask 應用程式的範例 Kubernetes 清單：
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: myapp
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: myapp
template:
metadata:
labels:
app: myapp
spec:
containers:
- name: myapp
image: <container-registry>/<image-name>:<tag>
ports:
- containerPort: 5000
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: myapp
spec:
selector:
app: myapp
ports:
- name: http
port: 80
targetPort: 5000
type: LoadBalancer
#### 內容解密：
此範例Kubernetes清單定義了一個Deployment物件和一個Service物件。Deployment物件指定了應用程式的3個副本，而Service物件定義瞭如何存取應用程式。Service物件將流量路由到Deployment物件中的Pod，並公開了一個LoadBalancer型別的服務，用於將外部流量路由到應用程式。
此圖示呈現了跨多個雲端服務供應商建立多雲端 CI/CD 管道的流程：
@startuml
skinparam backgroundColor #FEFEFE
skinparam componentStyle rectangle
title Kubernetes 多雲環境 CI/CD 實踐
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
圖表翻譯： 此圖表顯示了使用Jenkins建立多雲端CI/CD管道的步驟。首先，建立Kubernetes叢集。然後，安裝Jenkins並進行設定。接下來，建立Jenkins管道，該管道負責建置和佈署應用程式。最後，將應用程式跨多個叢集佈署。整個流程實作了自動化和協調，從而簡化了跨多個雲端服務供應商的佈署流程。