本文為 CODING Nocalhost 研發負責人王煒在騰訊雲 CIF 工程效能峰會上所做的分享。文末可前往峰會官網，觀看回放並下載 PPT。
大家好，歡迎參加 CIF 大會，今天我跟大家分享的內容是：破解 Kubernetes 應用開發困局。首先做個簡單的自我介紹，我是來自騰訊雲 CODING DevOps 的王煒，目前是 Nocalhost 專案研發負責人，同時也是 CNCF 大使。話不多說，讓我們進入正題。
這次分享主要分為五個方面：
- 首先是 K8s 環境下的開發困局；
- 以及主流的雲原生開發方式；
- 接下來是實現容器應用和熱載入的原理；
- 開發和除錯演示，這裡會用一個 Demo 來進行演示；
- 最後是開源共建和展望。
首先是第一部分：K8s 環境下的開發困局。提到雲原生開發，我們就不得不先從 Docker 開始說起。當我們的微服務越來越多，執行環境越來越複雜的時候，Docker 映象為我們提供了很好的解決方案。但是當映象和容器越來越多，服務的編排就成為了一個難題。這時候也出現了很多方案，例如 K8s、Docker Swarm 等等。當然 K8s 已經幾乎成為了事實標準，也成為了容器編排的首選方案，然而這個事實標準提供的能力卻是面向運維的。例如，我們可以通過 Liveness 和 Readiness 定義服務的自動恢復機制，通過 Resource 定義資源用量等。這些定義其實對開發人員來說是增加了極大的額外負擔，也造成了開發和除錯兩難的問題。
此外雲原生的技術棧跨度非常大，這就對開發人員提出了更高的要求，這也要求團隊對雲原生架構設計也需要更加符合業務的需要。所以總體而言，對企業來說，招聘和用人的成本也更高了。
下圖是一張 CNCF 雲原生應用開發的全景圖，我們會發現雲原生開發工具這一環節目前仍然是缺失的。雲原生開發這麼難，那麼主流的開發方式又是什麼呢？或者說我們現在是怎麼解決問題的？
經過總結，目前雲原生開發方式主要有以下四種。
- 全手工的流程。例如手工構建以及推送映象，修改映象版本，並且等待排程生效。我們把每次檢視編碼效果稱為編碼的反饋迴圈，這種開發方式編碼的反饋迴圈大概需要十分鐘一次，這是非常漫長的過程。
- 全自動的流程，也就是把手動的環節變成了自動。這種方式顯然會更快一些，但是它的反饋迴圈也只是縮短為了五分鐘左右一次。
- 第三種是對雲原生比較瞭解的團隊經常會使用的方案，也就是使用 Telepresence 這款工具來開發。Telepresence 主要是打通本地和叢集的網路，使開發者能夠在本地進行開發。這種開發方式把編碼的反饋迴圈降低到了 10 秒 1 次，但是因為開發服務以原始碼的方式執行在本地，這種方式有一定的限制，我將在後文深入講解。
- 第四種是使用 Nocalhost，直接在容器裡開發。這種方式可以擺脫 Telepresence 在某些場景下的使用限制。
接下來我們詳細聊一聊以 Telepresence 為代表的網路打通方案的使用限制。首先它最大的限制是本地環境和工作負載的執行環境有很大的差異，這就導致業務原始碼很難在本地執行。比如說業務在 K8s Manifest 裡宣告瞭 configmap、secret、volume 的掛載等等，這些很難在本地重建。其次還有環境方面的差異，以及跨平臺，比如說像 Linux 和 Windows 之間的這些平臺差異，以及在部分場景下的網路限制。
說了這麼多，相信大家也能夠理解，在 K8s 環境下開發的最大問題是：每次編碼檢視效果都需要重新構建映象，這就導致了長時間的無效的等待。有沒有不需要重新構建映象的方案呢？答案是肯定的。如果我們能在容器裡實現程式或者是應用的熱載入，每次編碼之後可以實時生效，我們是不是就不需要重新構建映象了呢？
接下來我們繼續探討這種方式的實現原理和方案。首先從 Dockerfile 說起。Dockerfile 裡定義了容器的啟動命令，一般來說，這是業務程式的啟動方式。例如執行一個可執行檔案，如果我們進入容器內執行 PS 命令，會發現這個程式對應在容器裡面，也就是 PID＝1 的程式。我們以 Go 應用為例，如果讓這個 PID＝1 的程式替換為以原始碼的方式執行，go run main.go 這種方式，我們是不是就可以實現應用熱載入，並且修改程式碼後只需要重新執行這條命令，就可以看到程式碼效果呢？
我們思路沒有錯，但是如果要實現這個方案，還需要三個條件。第一是容器的原始碼從哪裡來？除了指令碼型語言以外，一般的業務容器都沒有原始碼；第二是以 Go 應用為例，編譯的環境從哪裡來？我們知道一般情況下構建的業務容器，因為儲存大小的考慮，會保持最小的可執行環境；第三，如果將 PID＝1 的程式替換掉之後，怎麼阻止容器 Crash？
我們分別來看如何解決這些問題。首先第一點原始碼問題，我們可以從本地同步到容器裡來解決；第二是編譯環境，我們可以把執行中的業務映象，替換成具有編譯環境的開發映象，就能夠提供編譯環境；第三，我們可以將 PID＝1 的程式替換為一個阻塞的程式，這三個問題就解決了。當我們實現這些方案後，容器其實已經具備了熱載入的基礎，Nocalhost 的原理正是基於上述的方案來實現的。接下來我會用一個 Demo 來演示應用的熱載入和一鍵 Debug 的效果。
Nocalhost 提供了 VSCode 外掛和 JetBrains 的全系列外掛，只要安裝就可以立即使用。接下來我將以 Golang 的為例，演示開發 Demo 專案 Booking for。
【請點選文末閱讀原文，前往 CIF 峰會「開源生態與效能提升」專場 - 《破解 Kubernetes 應用開發困局》，於 08:00 處觀看 Demo 演示】
容器應用的實時熱載入以及一鍵除錯的演示到這裡就結束了，感興趣的同學可以按照 Nocalhost（nocalhost.dev）官網的 Quick Start 指導動手來試一試。
通過演示相信大家已經理解 Nocalhost 帶來的全新雲原生的開發體驗。最後一部分我將與大家分享開源共建和展望。Nocalhost 目前是一個完全開源的專案，程式碼託管在 GitHub 上，已經有 900+ star，同時也是 CNCF Landscape 專案，並且被收錄在雲原生全景圖當中，也歡迎大家關注和貢獻。
關於展望，在這次的分享中，我介紹了 Telepresence 和 Nocalhost 兩種開發方式，它們在解決問題的思路上其實是各有不同的，你可以根據自己的業務情況選擇一種方法來使用。此外 Nocalhost 提供了完整的開發環境和開發過程的管理能力，對於希望統一管理開發環境的團隊，則可以安裝 Nocalhost Server 來集中管理開發叢集、應用、以及開發環境，當然 Server 也是開源並且免費的，我在這裡提供幾張 Server 的截圖，感興趣的同學可以遵循官方文件進行安裝以及使用。
我的分享到這裡就結束了。歡迎大家訪問 Nocalhost（nocalhost.dev）官網，並根據官方文件進行安裝和試用，謝謝大家。
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