综合指南·构建 Kubernetes 应用程序
点击上方蓝字⭐️关注“DevOps云学堂”，接收最新技术实践
今天是「DevOps云学堂」与你共同进步的第 41天
实践环境升级基于K8s和ArgoCD
Kubernetes 已成为领先的容器编排平台，使组织能够大规模构建、部署和管理容器化应用程序。借助 Kubernetes您可以简化部署流程、优化资源利用率并确保应用程序的高可用性。然而，为了充分利用 Kubernetes，从头开始有效地设计应用程序至关重要。
在这篇博文中，我们将探讨 Kubernetes 架构应用程序的各个方面，包括可扩展性设计、容器化组件、决定容器和 Pod 范围、管理配置、实施探测器以及使用部署来实现规模和可用性。
设计应用程序可扩展性
可扩展性是现代应用程序的一个关键方面。在为 Kubernetes 设计应用程序时，必须考虑它将如何水平和垂直扩展。水平扩展涉及添加或删除应用程序组件的副本以处理不同的流量需求，而垂直扩展涉及调整分配给每个组件的资源。
要设计应用程序以实现水平可扩展性，请确保它是无状态的，这意味着它不会在服务器上存储任何特定于用户的数据。此外，请确保您的应用程序组件可以分布在多个副本上，并通过负载均衡器将流量定向到它们。
对于垂直扩展，确保您的应用程序可以有效利用 CPU 和内存等资源，而不会遇到瓶颈。应用程序应该能够根据可用资源调整其资源消耗。
容器化应用程序组件
容器化是将应用程序的代码和依赖项捆绑到称为容器的单个可移植单元中的过程。在为 Kubernetes 构建应用程序时，将每个组件单独容器化至关重要。这使您能够独立部署、扩展和管理每个组件，从而提高灵活性和效率。
使用 Docker 或其他容器运行时为应用程序组件创建容器映像，确保每个映像仅包含必要的依赖项。此外，请遵循容器映像优化的最佳实践，例如使用多阶段构建和最小化映像大小。
确定容器和 Pod 的范围
Kubernetes 将容器分组为 Pod，Pod 是 Kubernetes 对象模型中最小、最简单的单元。在设计应用程序时，确定容器和 Pod 的范围至关重要。
一般来说，每个 Pod 有一个容器是一个很好的做法，因为它可以简化管理和扩展。但是，在某些情况下，如果多个容器共享存储或相互依赖功能，则可能需要将多个容器分组在一个 Pod 中。例如，Web 应用程序及其缓存机制可能需要部署在同一个 Pod 中以确保数据一致性。
将配置提取到 ConfigMap 和 Secrets 中
在为 Kubernetes 构建应用程序时，将配置数据与应用程序代码分开至关重要。这使得无需重建和重新部署容器映像即可管理和更新配置。
使用 Kubernetes ConfigMaps 和 Secrets 来存储和管理应用程序的配置数据。ConfigMap 适用于非敏感数据，例如功能标志和特定于环境的设置，而 Secrets 则专为敏感数据而设计，例如 API 密钥和密码。
实施就绪性和活性探测
探针对于确保 Kubernetes 环境中应用程序组件的运行状况和可用性至关重要。就绪性探针验证容器是否准备好接受流量，而活动性探针检查容器是否正确运行以及是否需要重新启动。
考虑每个组件的特定要求和特征，为应用程序组件实施适当的就绪性和活跃度探测。例如，Web 应用程序可能需要向特定端点发出 HTTP GET 请求作为就绪探测。相反，数据库可能需要自定义脚本来验证可用性。
使用部署来管理规模和可用性
Kubernetes 中的部署管理应用程序的所需状态，确保指定数量的副本正在运行并在不停机的情况下推出更新。
在为 Kubernetes 构建应用程序时，使用部署来定义应用程序组件的所需状态，包括容器映像、副本数量和更新策略。这使得能够轻松管理应用程序的规模和可用性，确保它能够处理不同的流量需求并从故障中恢复。
实施服务发现和负载平衡
在 Kubernetes 环境中，应用程序必须能够有效地发现彼此并进行通信。服务发现和负载平衡是 Kubernetes 架构应用程序的重要组成部分。
使用 Kubernetes 服务将应用程序组件公开给集群内的其他组件或外部客户端。``服务提供稳定的 IP 地址和 DNS 名称，从而实现跨应用程序组件的多个副本的无缝服务发现和负载平衡`。
确保数据持久性和存储管理
数据持久性和存储管理是 Kubernetes 应用程序架构的关键方面，特别是对于需要持久数据存储的有状态应用程序。
利用 Kubernetes 的 StatefulSet 和持久卷 (PV) 来管理有状态应用程序并确保数据持久性。StatefulSet 为应用程序组件的每个副本提供稳定的网络身份和存储，而 PV 和持久卷声明 (PVC) 则支持存储资源的动态配置和管理。
监控和记录
监控和日志记录对于维护 Kubernetes 环境中应用程序的健康和性能至关重要。实施适当的监控和记录实践有助于快速有效地识别和解决问题。
使用 Kubernetes 原生工具（例如用于监控的 Prometheus 和用于日志记录的 Fluentd）来收集和分析来自应用程序组件的指标和日志。此外，将这些工具与 Grafana 和 Elasticsearch 等外部监控和日志记录解决方案集成，以获得高级可视化和分析功能。
实施安全最佳实践
安全性是构建 Kubernetes 应用程序的一个重要方面。确保应用程序安全有助于保护敏感数据并防止未经授权的访问。
遵循 Kubernetes 安全最佳实践，例如使用基于角色的访问控制 (RBAC) 进行细粒度权限管理、实施网络策略来控制组件之间的流量，以及使用最新的安全补丁使容器映像保持最新状态。此外，利用 Kubernetes 原生安全工具，例如 Pod 安全策略和 Kubernetes 网络策略，进一步增强应用程序的安全性。
持续集成和持续部署（CI/CD）
为 Kubernetes 应用程序实施强大的 CI/CD 管道，以确保应用程序始终保持最新且稳定。CI/CD 支持快速开发、测试和部署应用程序，确保它们满足所需的质量标准。
将 Kubernetes 应用程序与 Jenkins、GitLab 和 CircleCI 等流行的 CI/CD 工具集成，以自动化构建、测试和部署流程。此外，利用 Helm 和 Kustomize 等 Kubernetes 原生工具来跨不同环境管理和部署应用程序配置。
结论
构建 Kubernetes 应用程序是一项复杂的任务，需要深入了解平台的功能和最佳实践。通过关注可扩展性、容器化、服务发现、数据持久性、监控、日志记录、安全性和 CI/CD，可以构建健壮、可扩展且高度可用的应用程序，充分利用 Kubernetes 的强大功能。有了坚实的架构基础，应用程序将能够很好地应对当今动态和不断发展的应用程序环境的挑战。
构建 Kubernetes 应用程序需要仔细规划并遵守最佳实践。
往期推荐
腾讯云开发者
