作者 | 元毅（阿里云容器平臺(tái)高級(jí)開發(fā)工程師）
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Kubernetes 作為當(dāng)今云原生業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，具備良好的生態(tài)以及跨云廠商能力。Kubernetes 很好的抽象了 IaaS 資源交付標(biāo)準(zhǔn)，使得云資源交付變的更簡(jiǎn)單，與此同時(shí)越來越多的用戶期望能夠聚焦于業(yè)務(wù)自身，做到面向應(yīng)用交付，Serverless 理念也因此而生。那么如何通過原生 Kubernetes 提供 Serverless 能力？如何借力豐富的云原生社區(qū)生態(tài)？本文給大家介紹一下我們?cè)?Serverless Kubernetes 上的落地實(shí)踐。本文將從以下 3 個(gè)方面展開介紹：
- 為什么要做Serverless Kubernetes
- 如何實(shí)現(xiàn)Serverless Kubernetes
- Serverless Kubernetes 落地實(shí)踐
?Serverless Kubernetes 初衷
1、?Kubernetes
眾所周知，Kubernetes 是一款開源容器化編排系統(tǒng)，用戶使用 Kubernetes 可以做到降低運(yùn)維成本、提高運(yùn)維效率，并且提供標(biāo)準(zhǔn)化 API，某種意義就是避免被云廠商綁定，進(jìn)而形成了以 Kubernetes 為核心的云原生生態(tài)?？梢哉f Kubernetes 已然成為了云原生業(yè)界事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。
2、Serverless 與 Kubernetes
那么我們回到 Serverless 上面來，Serverless 的核心理念在于讓開發(fā)者更聚焦業(yè)務(wù)邏輯，減少對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)注。那么我們?nèi)绾卧谠圃鷺I(yè)界標(biāo)準(zhǔn)之上做 Serverless，Kubernetes 是否也能做到更專注于應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯。
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3、Kubernetes 做 Serverless 的優(yōu)勢(shì)在看一下 Kubernetes 做 Serverless 有什么優(yōu)勢(shì)前，我們先來看一下 Kubernetes 特性包括哪些：
容器化
統(tǒng)一 IaaS 資源交付
CI/CD 持續(xù)集成部署
跨云廠商
豐富的生態(tài)
面向應(yīng)用管理
對(duì)應(yīng)于 Serverless 來說：
事件驅(qū)動(dòng)：Kubernetes 支持 job 類型、并圍繞 Kubernetes 提供豐富的事件源
按需使用：Kubernetes 本身支持 hpa 彈性能力
免運(yùn)維、高可用：Kubernetes 可以通過容器化、統(tǒng)一資源交付很好的支持。
結(jié)合這些來看 Kubernetes 實(shí)現(xiàn) serverless，具備天然優(yōu)勢(shì)。
如何實(shí)現(xiàn) Serverless Kubernetes
在 Kubernetes 上實(shí)現(xiàn) Serverless 主要做到一下兩點(diǎn)：
- 向下如何讓用戶減少對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)注；
- 向上如何更聚焦業(yè)務(wù)應(yīng)用。
這里我們通過 Serverless Framework ，聚焦業(yè)務(wù)應(yīng)用，進(jìn)一步抽象 Kubernetes 資源，提供按需使用自動(dòng)彈性的能力。通過 IaaS 資源免運(yùn)維，減少對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)注，做到節(jié)點(diǎn)免運(yùn)維。那么 IaaS 資源免運(yùn)維，我們又是如何做的呢？
1、減少對(duì)基礎(chǔ)設(shè)置的關(guān)注：IaaS 免運(yùn)維
原生的 Kubernetes 節(jié)點(diǎn)資源需要用戶自行維護(hù)，為了降低用戶維護(hù)節(jié)點(diǎn)成本，我們提供了托管節(jié)點(diǎn)池，幫助用戶維護(hù)節(jié)點(diǎn)的生命周期，但用戶還是需要對(duì)托管節(jié)點(diǎn)池策略進(jìn)行維護(hù)，更近一步在 Serverless Kubernetes 中通過虛擬節(jié)點(diǎn)結(jié)合彈性容器實(shí)例 ECI，讓用戶徹底擺脫對(duì) IaaS 的運(yùn)維。
Serverless Kubernetes IaaS 資源免運(yùn)維包括：
向下我們通過虛擬節(jié)點(diǎn)結(jié)合 ECI 實(shí)現(xiàn)了 IaaS 資源免運(yùn)維，那么向上如何聚焦業(yè)務(wù)邏輯呢？其實(shí)就是以應(yīng)用為核心。
2、聚焦業(yè)務(wù)邏輯：以應(yīng)用為核心
那么有開箱即用的方案去解嗎？答案是 Knative。
Knative 是基于 Kubernetes 之上提供的一款開源 Serverless 應(yīng)用框架，幫助用戶部署和管理現(xiàn)代化的 Serverless 工作負(fù)載，打造企業(yè)級(jí) Serverless 平臺(tái)。Knative 具備如下優(yōu)勢(shì)：- 在幾秒鐘內(nèi)建立可擴(kuò)展、安全、無狀態(tài)的服務(wù)。
- 具有更高級(jí)別 Kubernetes 應(yīng)用抽象的 API。
- 可插拔組件，讓您可以使用自己的日志記錄和監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)網(wǎng)格。
- 在 Kubernetes 運(yùn)行的任何地方都可以運(yùn)行 Knative，無需擔(dān)心供應(yīng)商鎖定。
- 開發(fā)者無縫體驗(yàn)，支持 GitOps、DockerOps、ManualOps 等。
- 支持常用工具和框架，例如 Django、Ruby on Rails、Spring 等。
Knative 主要包括 2 大核心模塊：Serving 和 EventingServing 提供了 Service 應(yīng)用模型，支持基于流量的灰度發(fā)布、版本管理、縮容到 0 以及自動(dòng)彈性。Eventing 提供事件驅(qū)動(dòng)能力。支持豐富的事件源，以及用于事件流轉(zhuǎn)、過濾的 Broker/Trigger 模型。那么我們?yōu)槭裁催x擇 Knative 呢？根據(jù) CNCF 2020 中國(guó)云原生調(diào)查報(bào)告，Knative 已經(jīng)成為 Kubernetes 上最廣泛安裝的無服務(wù)器。另外 Knative 社區(qū)近期也發(fā)起了一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)：當(dāng)前哪些云廠商或企業(yè)在提供或者使用 Knative。我們可以看到，幾乎所有的大廠都支持或者集成 Knative, 如阿里云、谷歌云、IBM、Red Hat 等，并且大部分都提供了生產(chǎn)級(jí)別能力（Production），這些跡象表明越來越多的用戶擁抱 Knative。此外近期 Knative 已申請(qǐng)成為 CNCF 孵化項(xiàng)目，這無疑讓 Knative 開發(fā)者為之興奮。5、Knative 落地挑戰(zhàn)、應(yīng)對(duì)與效果從開源到產(chǎn)品化落地，必然會(huì)面對(duì)一些挑戰(zhàn)。Knative 產(chǎn)品化落地主要面對(duì)如下挑戰(zhàn)：- 流量請(qǐng)求 1 對(duì) 1 分發(fā)
那么我們?nèi)绾蝸響?yīng)對(duì)呢？我們提供組件托管，幫助用戶節(jié)省資源及運(yùn)維成本；當(dāng)請(qǐng)求為 0 時(shí)，縮容到低規(guī)格保留實(shí)例，實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求 0 到 1 免冷啟動(dòng)，做到成本可控；提供自研事件網(wǎng)關(guān)，做到流量的精準(zhǔn)控制。
Serverless Kubernetes 落地實(shí)踐
結(jié)合上述介紹，向上通過 Serverless Framewok Knative 更聚焦業(yè)務(wù)應(yīng)用，向下通過虛擬節(jié)點(diǎn)減少對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)注。這就是我們Serverless Kubernetes 落地方案：圍繞 Kubernetes api, 下線集成云產(chǎn)品的能力，包括消息事件、彈性容器實(shí)例以及日志監(jiān)控等。向上通過 Knative 圍繞應(yīng)用為核心，提供事件驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)彈性等能力等。最后我們來看一下目前有哪些落地場(chǎng)景，典型的應(yīng)用場(chǎng)景及行業(yè)領(lǐng)域如圖：3、落地實(shí)踐：異構(gòu)資源，按需使用用戶希望通過 Serverless 技術(shù)按需使用資源，節(jié)省資源使用成本，簡(jiǎn)化運(yùn)維部署 。另外有 GPU 的業(yè)務(wù)訴求。希望使用容器化的 Serverless ，支持使用 GPU 資源，同時(shí)簡(jiǎn)化應(yīng)用運(yùn)維部署（盡可能少的操作 Kubernetes deployment/svc/ingress/hpa等資源），IaaS 資源免運(yùn)維。(2) 解決方案
使用 Knative + ASK 作為 Serverless 架構(gòu)。數(shù)據(jù)采集之后，通過服務(wù)網(wǎng)關(guān)訪問數(shù)據(jù)處理服務(wù)，數(shù)據(jù)處理服務(wù)根據(jù)請(qǐng)求量按需自動(dòng)擴(kuò)縮容。4、落地實(shí)踐：事件驅(qū)動(dòng)，精準(zhǔn)分發(fā)
某客戶直播系統(tǒng)支持用戶在線互動(dòng)。消息數(shù)據(jù)的處理主要有以下技術(shù)挑戰(zhàn)：- 業(yè)務(wù)彈性波動(dòng)，消息并發(fā)高。
- 互動(dòng)實(shí)時(shí)響應(yīng)，低延遲。
客戶選擇阿里云的 Knative 服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的彈性處理。應(yīng)用實(shí)例數(shù)隨著業(yè)務(wù)波峰波谷實(shí)時(shí)擴(kuò)容和縮容，真正做到了按需使用，實(shí)時(shí)彈性的云計(jì)算能力。整個(gè)過程完全自動(dòng)化，極大的減少了業(yè)務(wù)開發(fā)人員在基礎(chǔ)設(shè)施上的心智負(fù)擔(dān)。首先介紹了為什么在 Kubernetes 提供 Serverless：- Kubernetes?已成為云原生業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)
- 面向標(biāo)準(zhǔn) Kubernetes API 進(jìn)行 Serverless 編程
然后我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn) Serverless ?Kubernetes：- IaaS 節(jié)點(diǎn)免運(yùn)維
- Serverless Framework (Knative)
最后介紹了 2 個(gè)落地實(shí)踐場(chǎng)景：- 事件驅(qū)動(dòng)，精準(zhǔn)分發(fā)
一句話：Serverless Kubernetes 基于 Kubernetes 之上，提供按需使用、節(jié)點(diǎn)免運(yùn)維的 Serverless 能力，讓開發(fā)者真正實(shí)現(xiàn)通過 Kubernetes 標(biāo)準(zhǔn)化 API 進(jìn)行 Serverless 應(yīng)用編程，值得關(guān)注。
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