关于云原生:更灵活的边缘云原生运维OpenYurt-单元化部署新增-Patch-特性

简介：在注释开始之前，咱们先回顾一下单元化部署的概念和设计理念。在边缘计算场景下，计算节点具备很显著的地区散布属性，雷同的利用可能须要部署在不同地区下的计算节点上。

作者 | 张杰（冰羽）
起源 | 阿里巴巴云原生公众号

背景

在注释开始之前，咱们先回顾一下单元化部署的概念和设计理念。在边缘计算场景下，计算节点具备很显著的地区散布属性，雷同的利用可能须要部署在不同地区下的计算节点上。以 Deployment 为例，如下图所示，传统的做法是先将雷同地区的计算节点设置成雷同的标签，而后创立多个 Deployment，不同 Deployment 通过 NodeSelectors 选定不同的标签，从而实现将雷同的利用部署到不同地区的需要。

然而随着地区散布越来越多，使得运维变得越来越简单，具体表现在以下几个方面：

• 当镜像版本升级，须要批改大量相干的 Deployment 的镜像版本配置。
• 须要自定义 Deployment 的命名标准来表明雷同的利用。
• 短少一个更高的视角对这些 Deployment 进行对立治理和运维。运维的复杂性随着利用和地区散布增多呈现线性增长。

基于以上需要和问题，openyurt 的 yurt-app-manager 组件提供的单元化部署（UnitedDeployment）通过更上档次的形象，对这些子的 Deployment 进行对立治理：主动创立 / 更新 / 删除，从而大幅简化了运维复杂度的问题。

yurt-app-manager 组件：
https://github.com/openyurtio…

如下图所示：

单元化部署（UnitedDeployment）对这些 Workload 进行了更高层次的形象，UnitedDeployment 蕴含两个次要配置：WorkloadTemplate 和 Pools。workloadTemplate 格局能够是 Deployment 也能够是 Statefulset。Pools 是一个列表，每个列表都有一个 Pool 的配置，每个 Pool 都有它的 name、replicas 和 nodeSelector 配置。通过 nodeSelector 能够抉择一组机器，因而在边缘场景下 Pool 咱们能够简略的认为它代表了某个地区下的一组机器。应用 WorkloadTemplate + Pools 的定义，咱们能够很容易的将一个 Deployment 或者 Statefulset 利用散发到不同的地区中去。

上面是一个具体的 UnitedDeployment 例子：

apiVersion: apps.openyurt.io/v1alpha1
kind: UnitedDeployment
metadata:
  name: test
  namespace: default
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: test
  workloadTemplate:
    deploymentTemplate:
      metadata:
        labels:
          app: test
      spec:
        selector:
          matchLabels:
            app: test
        template:
          metadata:
            labels:
              app: test
          spec:
            containers:
            - image: nginx:1.18.0
              imagePullPolicy: Always
              name: nginx
  topology:
    pools:
    - name: beijing
      nodeSelectorTerm:
        matchExpressions:
        - key: apps.openyurt.io/nodepool
          operator: In
          values:
          - beijing
      replicas: 1
    - name: hangzhou
      nodeSelectorTerm:
        matchExpressions:
        - key: apps.openyurt.io/nodepool
          operator: In
          values:
          - hangzhou
      replicas: 2

UnitedDeployment 控制器的具体逻辑如下：

用户定义了一个 UnitedDeployment CR , CR 里定义了一个 DeploymentTemplate 和两个 Pool。

• 其中 DeploymentTemplate 格局为一个 Deployment 格局定义，本例子中应用的 Image 为 nginx:1.18.0。
• Pool1 的 name 为 beijing, replicas=1，nodeSelector 为 apps.openyurt.io/nodepool=beijing。代表 UnitedDeployment 控制器将要创立一个子的 Deployment，replicas 为 1，nodeSelector 为 apps.openyurt.io/nodepool=beijing，其余的配置继承自 DeploymentTemplate 配置。
• Pool2 的 name 为 hangzhou,replicas=2, nodeSelector 为 apps.openyurt.io/nodepool=hangzhou，代表 UnitedDeployment 控制器将要创立一个子的 Deployment，replicas 为 2，nodeSelector 为 apps.openyurt.io/nodepool=hangzhou，其余的配置继承自 DeploymentTemplate 配置。

UnitedDeployment 控制器检测到 name 为 test 的 UnitedDeployment CR 实例被创立后，会首先依据 DeploymentTemplate 里的配置生成一个 Deployment 的模板对象，依据 Pool1 和 Pool2 的配置和 Deployment 的模板对象，别离生成 name 前缀为 test-hangzhou- 和 test-beijing- 的两个 deployment 资源对象，这两个 Deployment 资源对象有本人的 nodeselector 和 replica 配置。这样通过应用 workloadTemplate+Pools 的模式，能够将 workload 散发到不同的地区，而无需用户保护大量的 Deployment 资源。

UnitedDeployment 所解决的问题

UnitedDeployment 通过一个单元化部署实例就能够主动保护多个 Deployment 或者 Statefulset 资源，每个 Deployment 或者 Statefulset 资源都遵循对立的命名标准。同时还能实现 Name、NodeSelectors 和 Replicas 等的差异化配置。能极大地简化用户在边缘场景下的运维复杂度。

新的需要

UnitedDeployment 能满足用户的大部分需要，然而在咱们进行推广和客户落地以及在与社区同学探讨的过程中，逐步发现在一些非凡场景下，UnitedDeployment 提供的性能还显得有点有余，例如如下场景：

• 利用镜像降级时候，用户打算先在在某个节点池中做验证，如果验证胜利，再在所有节点池中全量更新公布。
• 为了放慢镜像拉取速度，用户可能在不同节点池中搭建本人的公有镜像仓库，因而同一个利用在每个节点池下的镜像名会不一样。
• 不同的节点池下服务器数量，规格，以及业务拜访压力不统一，因而同一个利用在不同节点池下 pod 的 cpu，内存等配置会不一样。
• 同一个利用在不同节点池下可能会应用不同的 configmap 资源。

这些需要促使了 UnitedDeployment 须要提供针对每个 Pool 做一些个性化配置的性能，容许用户依据不同节点池下的理论状况做一些个性化的配置，比方镜像、pod 的 request 和 limit 等等。为了最大化的提供灵活性，通过探讨咱们决定在 Pool 里减少 Patch 的字段，容许用户自定义 Patch 内容，然而须要遵循 Kubernetes 的 strategic merge patch 标准，其行为与咱们罕用的 kubectl patch 有点相似。

pool 里新增 patch，示例如下：

pools:
    - name: beijing
      nodeSelectorTerm:
        matchExpressions:
        - key: apps.openyurt.io/nodepool
          operator: In
          values:
          - beijing
      replicas: 1          
      patch:
        spec:
          template:
            spec:
              containers:
              - image: nginx:1.19.3
                name: nginx

patch 里定义的内容，须要遵循 Kubernetes 的 strategic merge patch 标准，如果用过 kubectl patch 的同学就很容易的晓得 patch 内容如何书写，具体能够参照应用 kubectl patch 更新 Kubernetest api 对象。
接下来咱们演示一下 UnitedDeployment patch 的应用。

个性演示

1. 环境筹备

提供一个 K8s 集群或者 OpenYurt 集群，集群里至多 2 台节点。一台节点 label 为：apps.openyurt.io/nodepool=beiing, 另一台节点 label 为：apps.openyurt.io/nodepool=hangzhou。
集群里须要装置 yurt-app-manager 组件。
yurt-app-manager 组件：
https://github.com/openyurtio…

2. 创立 UnitedDeployment 实例

cat <<EOF | kubectl apply -f -

apiVersion: apps.openyurt.io/v1alpha1
kind: UnitedDeployment
metadata:
  name: test
  namespace: default
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: test
  workloadTemplate:
    deploymentTemplate:
      metadata:
        labels:
          app: test
      spec:
        selector:
          matchLabels:
            app: test
        template:
          metadata:
            labels:
              app: test
          spec:
            containers:
            - image: nginx:1.18.0
              imagePullPolicy: Always
              name: nginx
  topology:
    pools:
    - name: beijing
      nodeSelectorTerm:
        matchExpressions:
        - key: apps.openyurt.io/nodepool
          operator: In
          values:
          - beijing
      replicas: 1
    - name: hangzhou
      nodeSelectorTerm:
        matchExpressions:
        - key: apps.openyurt.io/nodepool
          operator: In
          values:
          - hangzhou
      replicas: 2              
EOF

实例中 workloadTemplate 应用了 Deployment 模板，其中 name 为 nginx 的镜像为 nginx:1.18.0。同时拓扑里定义了两个 pool：beijing 和 hangzhou，replicas 数目别离为 1 和 2。

3. 查看 UnitedDeployment 创立的 Deployment

# kubectl get deployments
NAME                  READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
test-beijing-rk8g8    1/1     1            1           6m4s
test-hangzhou-kfhvj   2/2     2            2           6m4s

能够看到 yurt-app-manager 控制器创立了两个 Deployment，散布对应 beijing 和 hangzhou 的 pool，Deployment 的命名标准以 {UnitedDeployment name}-{pool name} 为前缀。查看这两个 Deployment 配置咱们能够发现，Replicas 和 Nodeselector 继承了对应的每个 Pool 的配置，而其余的配置则继承了 workloadTemplate 模板的配置。

4. 查看对应创立的 Pod

# kubectl get pod
NAME                                   READY   STATUS    RESTARTS   AGE
test-beijing-rk8g8-5df688fbc5-ssffj    1/1     Running   0          3m36s
test-hangzhou-kfhvj-86d7c64899-2fqdj   1/1     Running   0          3m36s
test-hangzhou-kfhvj-86d7c64899-8vxqk   1/1     Running   0          3m36s

能够看到创立了 1 个 name 前缀为 test-beijing 的 pod，2 个 name 前缀为 test-hangzhou 的 pod。

5. 应用 patch 能力做差异化配置

应用 kubectl edit ud test 命令为 beijing 的 pool 减少 patch 字段，patch 里的内容是批改 name 为 nginx 的 container 镜像版本为：nginx:1.19.3。

格局如下：

- name: beijing
      nodeSelectorTerm:
        matchExpressions:
        - key: apps.openyurt.io/nodepool
          operator: In
          values:
          - beijing
      replicas: 1
      patch:
        spec:
          template:
            spec:
              containers:
              - image: nginx:1.19.3
                name: nginx

6. 查看 Deploy 实例配置

从新查看前缀为 test-beijing 的 Deployment，能够看到 container 的镜像配置曾经变成了 1.19.3。

kubectl get deployments  test-beijing-rk8g8 -o yaml

总结

通过 UnitedDeployment 的 workloadTemplate + Pools 的模式，能够将 workload 通过继承的模板的形式疾速散发到不同的地区。在加上 Pool 的 patch 能力，在继承模板的配置的同时还能提供更灵便的差异化配置，基本上曾经能够满足大部分客户在边缘场景下非凡的需要。
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