Kubernetes 最佳实践：综合指南

Kubernetes 最佳实践：综合指南

翻译自 Kubernetes Best Practices: A Comprehensive Guide 。

介绍

Kubernetes 是一个功能强大的容器编排平台，可自动部署、扩展和管理容器化应用程序。随着组织越来越多地将 Kubernetes 用于其容器化工作负载，了解和实施最佳实践对于高效和安全的运营至关重要。本综合指南涵盖了一系列 Kubernetes 最佳实践，从设计和配置应用程序到监控和保护集群。

为 Kubernetes 设计应用程序

可扩展性设计

• 微服务架构：将应用程序分解为可以独立开发、部署和扩展的更小的独立组件。此方法可以更好地利用资源并更轻松地管理单个服务。
• 无状态：尽可能将应用程序设计为无状态，这样可以更轻松地进行缩放并提高容错能力。将任何必需的状态数据保留在外部存储系统（如数据库或对象存储）中。

采用 12 factor 应用原则

12 factor 应用方法为构建现代、可伸缩且可维护的应用程序提供了指南。一些关键原则包括：

• 代码基：为每个应用程序维护一个单独的代码基，在版本控制中跟踪。
• 依赖：显式声明并隔离应用程序的依赖项。
• 配置：将配置值存储在环境变量中，而不是在应用程序中对其进行硬编码。
• 并发性：将应用程序设计为处理多个并发进程，以提高可伸缩性。
• 可处置性：构建可以快速启动、正常关闭且可灵活应对故障的应用程序。

要了解有关使用 Kubernetes 实现 12 factor 应用原则的更多信息，请遵循本文。

配置管理和版本控制

使用声明式配置

• 声明式方法：在代码中定义应用程序和基础结构的所需状态，而不是使用命令性命令。此方法可实现版本控制、审核和更轻松地管理 Kubernetes 资源。
• Kubernetes 清单：使用 YAML 或 JSON 清单定义 Kubernetes 资源，并将它们存储在 Git 等版本控制系统中。

实现 GitOps

• GitOps 工作流：使用 Git 作为群集所需状态的事实来源。更新 Git 存储库中的清单时，自动将更改应用于 Kubernetes 集群。
• 持续部署：使用 Argo CD、Flux 或 Jenkins X 等工具实现持续部署管道，以便在将新代码推送到存储库时自动将更改部署到集群。

资源管理和自动伸缩

设置资源 Request 和 Limit

• 资源 Request：指定容器所需的最小 CPU 和内存量，以确保正确的调度和资源分配。
• 资源 Limit：为容器设置最大 CPU 和内存限制，以防止资源匮乏并保持集群稳定性。

实现自动伸缩

• Horizontal Pod Autoscaler（HPA）：根据 CPU 利用率或自定义指标等指标自动缩放应用程序的副本数。
• Vertical Pod Autoscaler (VPA):：根据历史使用模式和实时需求调整容器的资源 Request 和 Limit。
• Cluster Autoscaler：根据应用程序的资源需求自动缩放群集的节点计数。

监控和日志

实施监控

• Prometheus：使用 Prometheus（一种流行的开源监控和警报工具包）从 Kubernetes 集群和应用程序中收集和存储指标。
• Grafana：使用 Grafana 仪表板可视化收集的指标，使您能够分析应用程序和集群的性能和运行状况。
• Alertmanager：将 Alertmanager 配置为处理 Prometheus 生成的警报，并通过各种渠道（如电子邮件、Slack 或 PagerDuty）发送通知。

集中日志

• 日志聚合：设置集中式日志解决方案，例如 Elasticsearch、Fluentd 和 Kibana（EFK 堆栈）或 Logstash、Elasticsearch 和 Kibana（ELK 堆栈），以聚合和存储来自应用程序和集群组件的日志。
• 日志保留：实施日志保留策略，以确保日志存储适当的时间，并符合任何相关法规或组织要求。

安全性与合规性

实施基于角色的访问控制 （RBAC）

• RBAC：使用 Kubernetes RBAC 为用户和应用程序定义和实施最小特权原则，确保他们仅具有执行任务所需的权限。

保护容器映像

• 镜像扫描：使用 Clair、Trivy 或 Anchore 等工具扫描容器镜像中的漏洞。
• 镜像签名：使用 Notary 或 Cosign 等工具对容器镜像进行签名，以确保其完整性和真实性。

网络安全

• 网络策略：实施 Kubernetes 网络策略来控制 Pod 和外部源之间的流量，从而限制潜在的攻击面。
• Ingress Controllers 和负载均衡器：对 Ingress Controllers 和负载均衡器使用安全配置，包括 TLS 终止和相应的安全标头。

机密管理

• Kubernetes Secrets：使用 Kubernetes Secrets 存储敏感信息，如密码、令牌和证书。避免在应用程序代码或容器镜像中硬编码敏感数据。
• 机密加密：将 Kubernetes 配置为使用信封加密和密钥管理服务（如 AWS KMS、Google Cloud KMS 或 Azure Key Vault）对静态机密进行加密。

集群管理和升级

执行定期群集升级

• Kubernetes 版本：让您的 Kubernetes 集群保持最新的稳定版本，确保您收到关键的安全补丁和功能增强。
• 升级规划：在将升级应用于生产群集之前，在过渡环境中规划和测试升级。

自动化群集备份和恢复

• 集群备份：使用 etcdctl、Velero 或 Kasten K10 等工具定期备份 Kubernetes 集群的 etcd 数据存储和其他关键组件。
• 灾难恢复：实施灾难恢复计划，以便在数据丢失或群集故障时从备份还原群集和应用程序。

网络和服务发现

使用 Kubernetes Services 进行服务发现

• Kubernetes 服务：利用 Kubernetes 服务公开您的应用程序，并在集群中的组件之间启用服务发现。
• Ingress 资源：定义 Ingress 资源以在外部公开应用程序，通过 Ingress 控制器将流量路由到相应的服务。

实施 DNS 策略

• DNS 策略：在群集中配置 DNS 策略，以控制如何为应用程序执行 DNS 解析，从而提高性能和安全性。

存储和有状态应用程序

使用 Persistent Volumes (PVs) 和 Persistent Volume Claims (PVCs)

• PV 和 PVC：利用 Kubernetes PV 和 PVC 声明来管理和分配有状态应用程序的存储资源。
• Storage Classes：定义 Storage Classes 以确定为应用程序预配的存储类型，例如 SSD、HDD 或网络连接存储。

将 StatefulSet 用于有状态应用程序

• StatefulSets：使用 Kubernetes StatefulSet 部署有状态应用程序，以确保每个副本都有一个唯一且稳定的主机名，如 web-0、web-1 等。这允许有序和优雅地部署、缩放和更新有状态应用程序。

为有状态应用程序实施备份和还原策略

• 应用程序数据备份：使用 Velero、Kasten K10 或自定义脚本等工具定期备份有状态的应用程序数据。
• 数据恢复：实施数据恢复计划，以便在数据丢失或发生故障时从备份中还原有状态应用程序。

故障排除和调试

使用 Kubernetes 原生工具进行故障排除

• kubectl：熟悉 kubectl 命令行工具，与 Kubernetes 集互并调试问题。
• Kubernetes Dashboard：部署并使用 Kubernetes Dashboard 作为图形界面来监控和管理您的集群。
• Kubernetes 事件和日志：定期查看 Kubernetes 事件和日志，以识别和解决应用程序和集群组件中的问题。

实现可观测性和跟踪

• 可观测性：实施 OpenTelemetry 或 Jaeger 等可观测性工具来收集和分析分布式跟踪，使您能够识别和解决应用程序中的性能瓶颈和问题。
• 分布式跟踪：将分布式跟踪集成到应用程序中，以深入了解服务在相互交互时的性能和行为。

结论

Kubernetes 是一个强大而灵活的容器编排平台，遵循最佳实践对于高效和安全的运营至关重要。通过实施本综合指南中概述的建议，您将能够有效地设计、配置、部署和管理您的 Kubernetes 应用程序和集群。随着 Kubernetes 生态系统的不断发展，请记住定期审查和更新您的实践，确保您的组织保持敏捷、安全和高效。