使用 Kubernetes 簡化平臺工程

平臺工程在現代應用程式開發和部署中發揮的作用至關重要。隨著軟體應用程式變得越來越複雜和分散，對穩健且可擴充套件的基礎設施的需求變得越來越重要。 這就是平臺工程的作用所在，它是支援整個軟體開發生命週期的支柱。讓我們深入探討平臺工程在建立和維護應用程式基礎設施方面的重要作用。
 

瞭解平臺工程

平臺工程的核心是建立一個環境，讓開發人員能夠專注於構建應用程式，而不必為管理錯綜複雜的底層基礎架構而煩惱。平臺工程師負責設計、構建和維護必要的基礎架構和工具，以確保應用程式順利、高效地執行，而無需考慮其可能包含的複雜性。
 

在不斷髮展的應用程式開發領域，平臺工程師面臨著多方面的挑戰。其中最主要的挑戰在於如何熟練管理各種應用程式和服務，而每種應用程式和服務都有不同的要求、技術和操作需要。由於應用程式延伸到多種雲環境、內部部署和混合配置，平臺工程師被賦予了構建整合、和諧和可靠的基礎設施的責任。
 

要保證應用程式的可靠性和可訪問性，就必須對這一多層面領域進行有效管理。如果沒有井然有序的管理方法，就會出現缺陷，導致資源浪費、運營受阻和適應性下降。這就是 Kubernetes 作為平臺工程革命性補救措施出現的原因。
 

Kubernetes：強大的解決方案

容器編排平臺 Kubernetes 的出現改變了平臺工程領域的遊戲規則。 Kubernetes 能夠自動部署、擴充套件和管理容器化應用程式，解決了平臺工程師所面臨的挑戰。透過提供一個統一的平臺來管理應用程式（無論其底層基礎架構如何），Kubernetes 都能無縫地與平臺工程的目標保持一致。
 

Kubernetes 允許平臺工程師以宣告的方式定義應用程式部署、擴充套件和管理流程，從而減輕了他們的負擔。這消除了人工幹預，簡化了重複性任務，使平臺工程師能夠專注於更高層次的戰略和最佳化。
 

此外，Kubernetes 透過為應用程式部署和基礎設施管理提供通用語言，促進了不同團隊（包括開發人員和運營人員）之間的協作。 這促進了 DevOps 文化的形成，在這種文化中，開發和運營之間的界限變得模糊，團隊透過協作實現共同目標。
 

接下來，我們將深入探討 Kubernetes 協作的具體細節，以及它如何徹底改變平臺工程實踐。從管理多租戶到自動化基礎設施，從確保安全性到最佳化可擴充套件性，Kubernetes 提供了一個全面的工具包，可滿足平臺工程師錯綜複雜的需求。現在，就讓我們一起來探索 Kubernetes 如何幫助平臺工程簡化部署和管理，最終實現更高效、更可靠的軟體生態系統。
 

平臺工程師的困境：管理多樣化應用程式的挑戰

平臺工程師的角色類似於建築師，負責設計和維護支援無數應用程式和服務的基礎設施。然而，在當今的技術環境中，這項任務變得越來越複雜和具有挑戰性。平臺工程師要努力在複雜多變的環境中管理各種應用程式和服務，因此會遇到一系列困難。
 

在不斷擴充套件的數字領域，應用程式在技術、框架和依賴性方面呈現出驚人的多樣性。從微服務到單體，從無狀態到有狀態，每種應用型別都有自己的需求。平臺工程師的任務就是建立一個能無縫滿足這種多樣性的環境，確保每個應用程式都能以較好的狀態執行，而不會干擾其他應用程式。
 

現代應用程式不再侷限於單一伺服器或資料中心。它們跨越混合雲設定，利用各種雲提供商，並經常結合內部資源。基礎設施的這種異質性在資源分配、資料一致性和保持運營策略一致性方面帶來了挑戰。 平臺工程師必須想方設法將這些不同的元素協調到一個統一高效的生態系統中。
 

應用程式的資源需求很少是一成不變的。它們會根據使用者需求、季節性模式或促銷活動激增或減少。 平臺工程師必須設計一種基礎設施，能夠動態地增加或減少資源，以適應這些波動。這不僅需要敏銳的技術頭腦，還需要準確預測資源需求的預測分析能力。
 

在當今永遠線上的數字環境中，停機不是一種選擇。 平臺工程師的任務是確保應用程式的高可用性和容錯性，這通常涉及建立冗餘系統、實施故障切換策略以及在發生故障時協調無縫切換。當應用程式分佈在多個地區或雲提供商時，情況就變得更加複雜。
 

應用程式和服務需要不斷更新，以保持安全、利用新功能並與不斷髮展的技術保持相容。然而，要在不造成停機或相容性問題的情況下更新應用程式是一項挑戰。 平臺工程師需要精心安排更新，通常需要進行大量測試和規劃，以確保平穩過渡。
 

在網路安全威脅和資料法規日益嚴格的時代，平臺工程師必須優先考慮安全性和合規性。他們需要實施強大的安全措施，控制敏感資料的訪問，並確保應用程式遵守特定行業的法規。要在安全性與可用性和效能之間取得平衡，就必須不斷地走鋼絲。
 

在應用程式和服務多種多樣的環境中，實現標準化可能很難。不同的開發團隊可能會有不同的部署實踐、配置和工具集。 平臺工程師需要在滿足這些獨特需求與建立標準化流程之間取得平衡，以確保一致性和可管理性。
 

Kubernetes：平臺工程的正規化轉變

在平臺工程師努力應對在複雜環境中管理各種應用程式和服務的複雜局面時，出現了一盞轉型的明燈： Kubernetes。這個開源容器編排平臺迅速崛起，成為直接解決平臺工程師所面臨挑戰的強大解決方案。
 

應用程式多種多樣，每個應用程式都有自己獨特的要求和依賴性，這可能會給平臺工程師帶來操作上的難題。 Kubernetes 發揮了統一力量的作用，為部署、管理和擴充套件應用程式提供了一個標準化平臺，而不論其底層的複雜性如何。透過將應用程式封裝在容器中，Kubernetes 將具體細節抽象化，使平臺工程師能夠一致地處理每個應用程式。
 

Kubernetes 不會迴避現代基礎設施的複雜性。無論應用程式是跨越混合雲設定、多個雲提供商還是內部部署的資料中心，Kubernetes 都能提供一種通用語言，用於在這些不同的領域進行協調。它倡導 "一次編寫，隨處部署 "的理念，允許平臺工程師在各種環境中無縫使用相同的配置。
 

根據不斷變化的使用者需求進行資源分配和擴充套件的挑戰在 Kubernetes 中得到了完美的解決。藉助其自動擴充套件機制（如水平 Pod 自動擴充套件），平臺工程師有權設計可根據實時指標動態擴充套件或收縮資源的系統。這種彈性無需人工幹預即可確保較好效能。
 

Kubernetes 體現了高可用性和容錯原則，這是平臺工程的關鍵方面。透過自動化負載平衡、健康檢查和故障轉移機制，Kubernetes 創造了一種環境，使應用程式能夠從容應對故障和中斷。平臺工程師可以構建即使面對不可預見的挑戰也能保持持續服務的系統。
 

既要更新應用程式，又要儘量減少停機時間和相容性問題，這項艱鉅的任務在 Kubernetes 中得到了簡化。藉助滾動更新和金絲雀部署等功能，平臺工程師可以協調無縫、增量和可逆的更新。這不僅提高了部署過程的可靠性，還增強了開發人員和運營團隊的信心。
 

安全性和合規性是核心

安全是平臺工程的重中之重，Kubernetes 在這一領域也不甘落後。透過執行基於角色的訪問控制（RBAC）、網路策略和機密管理，Kubernetes 使平臺工程師能夠建立強大的安全實踐。透過對敏感資料的受控訪問和封裝，還能滿足合規性要求。
 

Kubernetes 在滿足獨特應用需求和建立標準實踐之間架起了一座橋樑。它為 透過 Helm 圖表和 Operators 建立可重複使用的元件奠定了基礎，促進了協調一致的方法，同時允許靈活性。這一標準化之旅增強了可管理性，減少了人為錯誤，並促進了團隊間的協作。
 

在平臺工程領域，多租戶概念是一個重要支柱。當組織在共享基礎設施中託管多個團隊或專案時，面臨的挑戰在於如何確保資源隔離、安全性和高效管理。Kubernetes 憑藉其強大的功能集，為解決錯綜複雜的多租戶問題提供了有效的解決方案。
 

瞭解多租戶

多租戶指的是在單一基礎設施中託管多個隔離例項或 "租戶 "的做法。這些租戶可以是團隊、部門或專案，每個租戶都需要自己的隔離環境，以防止干擾和維護安全。
 

Kubernetes 引入了名稱空間的概念，以滿足多租戶的要求。名稱空間是叢集中的一個邏輯分割槽，可實現資源隔離、命名性和訪問控制。平臺工程師可以利用名稱空間為不同的團隊或專案建立隔離環境，確保資源的隔離和獨立管理。
 

以下是名稱空間的一些優點：

• 資源隔離：名稱空間提供了一個隔離空間，可容納 pod、服務和配置等資源。這種隔離可防止不同團隊或專案之間發生衝突和資源爭用。

• 安全和訪問控制：名稱空間允許平臺工程師為每個名稱空間設定特定的基於角色的訪問控制（RBAC）規則。這可確保團隊成員只能訪問和操作其指定名稱空間內的資源。

• 命名範圍：名稱空間可確保不同團隊或專案的命名性。名稱空間內的資源由其名稱標識，名稱空間為這些名稱提供了清晰的上下文，避免了命名衝突。

• 邏輯分割槽：平臺工程師可以對同一叢集中的應用程式進行邏輯分割槽，即使它們屬於不同的團隊或專案。這使得在共享基礎架構內管理多樣化的應用環境變得更加容易。
   

資源分配和隔離的挑戰

雖然 Kubernetes 名稱空間為多租戶提供了堅實的基礎，但與資源分配和隔離相關的挑戰依然存在：

• 資源分配：在多租戶環境中，資源分配成為一種平衡行為。平臺工程師需要確保每個名稱空間獲得足夠的資源，同時防止資源佔用影響其他名稱空間。

• 資源配額：Kubernetes 支援在名稱空間級別設定資源配額，這可能是一個複雜的微調過程。在限制資源使用和允許靈活性之間取得適當的平衡至關重要。

• 隔離保證：確保名稱空間之間的完全隔離需要仔細考慮。名稱空間之間的資源洩露或網路通訊可能會破壞預期的隔離效果。

• 管理複雜性：隨著名稱空間數量的增加，管理和維護配置、RBAC 規則和資源分配也變得具有挑戰性。平臺工程師需要高效的工具和策略來有效管理這種複雜性。
   

在平臺工程領域，對效率和可靠性的追求取決於自動化。Kubernetes 憑藉其強大的功能，成為平臺工程師尋求自動化部署和擴充套件流程的燈塔。讓我們來探討一下 Kubernetes 如何簡化這些流程並增強平臺工程師提升基礎架構管理的能力。
 

Kubernetes 控制器：自動化引擎

Kubernetes 控制器在協調從擴充套件應用程式到自動化任務方面發揮著舉足輕重的作用。

• 擴充套件：Pod 水平自動擴充套件 (HPA) 就是一個很好的例子。HPA 根據觀察到的 CPU 或自定義指標自動調整 pod 副本的數量。這確保應用程式可以無縫處理流量波動，而無需人工幹預。

• 自我修復：存活探針和就緒探針是有助於應用程式自愈的關鍵元件。有效性探針可檢測應用程式故障並觸發 pod 重啟，而就緒性探針可確保只有健康的 pod 才能接收流量。

• 更新：Kubernetes 控制器（如 Deployments）透過在過渡到新版本時保持所需的副本數量來自動更新應用程式。這可以防止更新和回滾過程中的服務中斷，確保無縫過渡。
   

Kustomize：定製自動化

Kustomize 是一款允許平臺工程師自定義 Kubernetes 清單的工具，無需複雜的模板。它提供了一種宣告式的配置管理方法，使工程師能夠為不同的環境、團隊或應用定義不同的配置。
 

Kustomize 的優勢包括：

• 可重用性：Kustomize 支援建立可根據需要擴充套件或修改的基本配置，從而提高了可重用性。

• 特定環境定製：平臺工程師可以為不同的環境（開發、暫存、生產）或團隊定製配置，而無需重複整個配置。

• 效率：Kustomize 減少了重複工作，最大限度地減少了手動編輯，從而降低了出現不一致和錯誤的風險。
   

政策執行與治理：確保穩定性

在平臺工程的動態環境中，執行策略和治理是確保穩定性、安全性和合規性的關鍵。Kubernetes 憑藉其強大的功能集，提供了 RBAC（基於角色的訪問控制）和網路策略等工具來建立控制和實施治理。
 

政策執行可確保平臺遵守預定義的規則和標準。這包括訪問控制、安全策略、資源配額和合規性要求。透過執行這些策略，平臺工程師可為應用程式維護一個安全可靠的環境。
 

在動態 Kubernetes 環境中，維護安全性和合規性是一項挑戰。隨著應用程式的演進，跟蹤不斷變化的策略並確保在群集和名稱空間中一致執行變得非常複雜。Kubernetes 資源的短暫性為實現持久安全性和合規性增加了另一層複雜性。
 

DevOps 文化與協作：彌合鴻溝

在追求高效、協作的平臺工程設計過程中，培養 DevOps 文化至關重要。
 

DevOps 文化在開發、運營和平臺工程團隊之間架起了一座橋樑。它鼓勵無縫溝通、共同目標以及對整個應用程式生命週期的集體責任感。
 

Kubernetes 為應用程式部署和基礎設施管理提供了一種通用語言，是協作的催化劑。它鼓勵跨職能溝通，允許團隊在共享配置上協同工作。Kubernetes 的宣告性和共享工具打破了傳統工作流程中經常出現的孤島現象。開發人員、操作員和平臺工程師可以共同定義、管理和發展應用程式，而不受僵化邊界的限制。
 

參考連結: