容器云 PaaS 平台建设中应关注的重点和难点

对于企业级容器云 PaaS 平台，在多集群管理的模式下，每一个功能都会变得非常复杂。对于建设中的重点和难点，从以下多个方面进行了详细的方案分析和设计实现。主要包含安全集中控制、资源统一管理、镜像统一管理、应用统一管理、配置统一管理、统一的监控管理和智能运维，以及企业基础服务的提供。

1、安全治理

在容器云 PaaS 平台中，通过租户、集群、用户三级安全管理，实现多集群管理的安全集中管控。首先要控制对集群的安全访问，每个集群都采用安全模式启动，使用 CA 证书的安全认证方式对集群进行 SSL 安全访问。没有证书不允许访问任何一个集群。

在多集群管理中，租户为一个虚拟的单位概念，每个项目可定义为一个租户，如项目 A 即为一个租户，每个租户下可建立多个集群，租户拥有一个或者多个集群的访问证书，租户实现对自己名下资源的管理和分配。租户再通过用户组绑定不同集群和分区资源，属于某用户组下的用户即可获得对资源的访问权限。用户本身只能部署和监控自己的应用，保证应用的独立性和安全性。

2、从资源管理到资源调度

容器云 PaaS 平台资源管理与调度中心利用先进、成熟的云计算技术实现资源整合，在资源池提供资源供应（支持私有云资源池、公有云及混合云提供的计算资源、存储资源、网络资源等各类物理资源和虚拟资源）的基础上，实现对资源的统一管理和动态调配。向用户提供可弹性扩展的云化服务。

基于以上资源模型，资源管理的流程如下：

• 经过证书的安全认证之后，通过 Kubernetes API Server 对集群进行纳管，把集群的 Node 的数量、配置等信息导入，同时补充机房、机架等信息。

• 将纳管集群和租户进行绑定，把集群分配给指定租户。

• 租户可以继续对集群资源进行分区，比如分成 WEB 区、DB 区等，便于部署不同的应用，并且可以实现不同配置的主机的共存。

容器云 PaaS 平台资源管理与调度中心具备如下能力：

• 通过云化技术，将所有物理主机资源合并成统一的资源池，在此基础上实现计算、存储、网络资源的动态按需分配，形成云化服务提供给用户使用。

• 具有对其他云环境的接入能力，统一进行 IT 运维与监控，支持自助服务，提供多租户环境支持，并对租户之间的数据和配置进行安全隔离，支持运维监控能力。

• 标准化并具开放性，安全可靠，有容灾容错方案，并具扩展性，满足未来业务负载的支撑能力，方便维护，并具有可视化自助服务管理能力。

3、镜像的全生命周期管理

在主镜像库实现镜像的全生命周期的管理，镜像的入库、出库和版本更新都在主镜像库中统一集中管理，并和 DevOps 整合在一起，进行应用镜像统一的开发和持续运营管理。

每个集群都有一个子库或者几个集群共享一个子库。子库可以设定同步规则，只同步一部分镜像到子库，因此，每个项目可以只同步自己的镜像到自己的集群中，提高集群应用部署的效率，并实现镜像的跨地域、跨 IP 承载网同步和更新，支持全量同步和增量同步。

在镜像管理中，我们提供对应用镜像进行全生命周期的统一管理，提供镜像模板规划、设计、生成、入库及部署、生成容器应用实例等管理流程。

4、应用灰度发布和流水线部署

用户定义完应用之后，选择匹配的镜像包，启动部署，会显示该用户具有权限的集群和分区的列表，用户可以选择在哪个集群的哪个分区上部署应用，即可实现用户一键式部署应用到多个集群上。

容器云 PaaS 平台自动化部署模块统一对各数据中心进行服务自动化安装部署。通过多集群统一调度引擎，引入“智能调度”机制，实现应用的多集群统一部署，可以实现：

• 智能感知不同集群中资源的利用率。

• 根据算法指定同一应用在不同集群上部署容器数量的比例。

• 在某一集群故障或割接时，实现应用在集群间的无缝迁移。

• 在应用升级时，用户可以选择按集群和分区进行灰度发布和滚动升级，保证上线时系统业务不中断。

该方案解决了系统分布在不同地域的跨 IP 承载网的多个集群、跨多个网络域智能的应用部署和调度。统一调度引擎支持一键式自动化滚动发布。

5、配置分离，才能灵活管理

对于支撑多项目多应用共存的容器云 PaaS 平台，应用在多集群中的部署必须实现应用和配置分离，才能保证应用的独立性，最大限度的减少对镜像包的重复更新。我们通过对 Kubernetes ConfigMap 的增强，实现了“非侵入式”的应用配置管理框架和配置的统一管理。可以：

• 实现配置数据在多集群的统一定义。

• 用户可以上传任意格式的多个配置文件，绑定成一个配置库。

• 应用部署时，通过名字选择配置数据即可实现应用和配置的绑定。

该方案既实现了应用镜像和配置数据的分离，又保证了配置的集中管理和灵活更新。否则如果要求应用只是因为配置问题，就修改程序和更新镜像包，那么 PaaS 平台适应性则太差，无法满足大规模应用的快速部署。

6、从服务视角的综合监控

在多集群多租户模式下，每个租户会关心自己的资源和服务的运行状况，因此容器云 PaaS 平台通过综合监控管理实现对所有租户、集群、资源、应用的集中数据采集、分析和展示，并能在发生故障时及时获取告警信息，快速进行故障隔离和恢复。

容器云 PaaS 平台能够提供对集群的综合监控、以主机视图的监控和以服务视图的监控。

• 集群综合监控：直观展示集群的综合监控信息，包含资源的使用情况、应用服务的资源使用情况、公共服务中间件对资源的占用情况、系统关键事件等信息。

• 主机视图监控：从设备的角度，采集主机 CPU、内存资源占用情况，提供设备资源的实时综合监控和历史性能数据监控，并支持监控信息展示更新的频率。

• 服务视图监控：从业务的角度，监控每个业务的 Docker 容器对 CPU、内存的关键性能指标，业务对总体资源的占用情况。提供业务服务、容器的综合监控，业务服务所占 CPU、内存关键性能的实时综合监控和历史性能数据监控。

7、智能，让运维更简单

容器云 PaaS 平台管理海量的机器设备，运行海量的应用、容器和微服务，业务变更频繁，运维工作量增大，人力运维和简单的监控工具已远远不足以应对，且在传统的开发模式下，开发人员和运维人员工作流程角色之间存在脱节。针对运维方面的问题，我们从智能运维架构设计和团队组织两方面入手，提高运维效率，提升运维质量，来应对容器云 PaaS 平台中多租户、多项目集中统一的运维管理工作。

在架构设计方面，我们建立基于机器学习的智能运维框架，通过采集、建模、测量、分析、决策、控制来形成有效闭环不断改进的运维框架体系。提炼实际运维过程中的知识经验，设计自动化运维流程，建立多条自动化机器运维流水线，自动化运维流程。

8、企业基础服务的提供

容器云 PaaS 平台作为基础技术设施平台，应预置各种常用开源的、稳定的基础类服务，以满足用户应用的快速部署需求。基础类的软件大部分是集群类的软件，容器化难度较高，要满足业务的高可用和高可靠要求，需要做很多的技术改造和性能提升。

• 提供数据库类基础服务（如 MySQL、PostgreSQL、MongoDB 等）：实现初始化脚本挂载、数据服务高可用和数据备份高可用等功能。

• 提供共享存储类基础服务（如 GlusterFS、Ceph 等）：实现初始化脚本挂载、数据高可用和支持 Volume 的定义等功能。

• 提供缓存类基础服务（如 Redis、Memcache 等）：实现初始化脚本挂载，保证 Master 应用服务高可用，并能够根据容量需求实现快速水平扩展。

• 提供消息中间件类基础服务（如 Kafka、RabbitMQ、ActiveMQ 等）：实现初始化脚本挂载，支持高可用，单点故障不会影响服务的正常使用，支持管理工具的集成。

• 提供统一日志采集和查询类基础服务（如 ElasticSearch 等）：采集系统日志和应用日志，集成到 ElasticSearch，进行日志的统一存储和分析，并支持高可用。

• 提供大数据分析类基础服务（如 Spark 等），实现海量数据的查询和分析。

9、打造高可用的数据中心

容器云 PaaS 平台除具有良好的管理能力与水平可扩展能力外，还必须具备可靠的稳定性，应能够提供故障恢复、高可用性、灰度升级、弹性支撑等业务连续性保障措施，关键场景包括：

容器云 PaaS 平台自动化部署模块统一对各数据中心进行服务自动化安装部署。可以定义同一个服务在不同数据中心的 Kubernetes 集群统一部署，并且可以定义在每个集群部署服务的容器实例的比例。比如按 6:4 的比例在集群 A 和集群 B 上部署服务。在进行自动化服务升级时，通用的做法是先在一部分集群部署新版本，稳定之后再平滑升级全部的节点，以实现服务不中断的灰度发布与版本升级。

当生产数据中心的应用主机高负载运行产生告警，或业务高峰期当一个数据中心容量不足时，容器云 PaaS 平台自动进行服务的动态扩展，根据扩展策略（如 CPU/内存使用率、交易延时、业务量阈值等指标），自动启动容灾数据中心的部分服务来支撑业务。

容器云 PaaS 管理平台可以自动实现容灾切换，例如，当生产数据中心发生网络整体故障时，监控模块自动探测网络连通性，由容灾数据中心集群自动接管所有业务服务，故障恢复后，切换到容灾集群的容器服务再根据优先策略进行恢复切回。