关于云端-ide:云端开发环境-开发者上云新起点

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导语

Cloud Studio 团队日常开发实战案例自举分享

本文着重分享Cloud Studio产研团队是如何应用腾讯云「云端开发环境 Cloud Development Environment - 简称CDE」来改良日常开发-调试-构建-运行的要害阶段的开发者体验。

Cloud Studio 产品是基于云端开发环境的开发平台，旨在化繁为简解决本地开发诸多问题。

作者从团队最后决定上云实战所遇到的挑战、迁徙上云过程中的痛点、进而解说架构重构带来的优缺点以及如何重点晋升开发环境启动性能、降低成本方面，并分享获得的停顿。

最初，作者将给您留下一些对于「云端开发环境」在当下及对于将来的时机与想法。

01 初始痛点

Cloud Studio 的外围代码库情况

Cloud Studio 的业务场景相比于传统业务我的项目是极其简单的，各个模块状态不同，vscode 内核、插件、各类文件系统管理程序、动静的容器过程等多种状态的应用程序、十余种编程语言、数十种后盾服务及针对各类程序的配套构建与配置工具。

长此以往，碎片化成为了 Cloud Studio 团队大开发人员最大的痛点。具体来讲，即依赖凌乱、各模块版本难以对立、多工具碎片化应用老本高、难以合作及代码共享等。

挪动到 Monorepo

为解决这些问题，咱们制订了代码库转移策略，逐渐将所有的代码库转移到对立的代码仓库中，并建设了基于骨干的开发模型。

monorepo 的模式提供了如下的劣势：

• 更好的依赖治理
• 统一化的各组件、模块版本治理
• 集中式对立治理的构建平台(由 CODING CI、 Bazel 等形成）
• 更便当的合作、文档共享、对立的目录治理等。

Monorepo 挑战

切换到 monorepo之后，咱们发现另一个问题：尽管monorepo对稳固对立的开发流程奠定了松软的根底，但它使日常笔记本电脑上实现DevOps的残缺研发流程（从代码编辑-提交-构建-运行-测试）变得具备挑战性，如图1：

• 构建更大，破费的工夫更长
• 须要将几 GB 的常常变动的工件下载到笔记本电脑或在本地构建
• 来到办公环境，疾速进行开发是一项挑战。有时，克隆一个新我的项目并从头开始配置本地开发环境，会破费数小时甚至一天的工夫。

除了所有这些之外，保护一套统一的工具，并放弃笔记本电脑上的本地开发也是须要咱们关注并解决的问题。

图1 workspace分析图

02 应用 Cloud Studio 进行近程开发及自举

咱们问本人，既然咱们做的是云端开发平台的事件，说了那么多长处（可扩展性、享受云资源、隔离性、随用随取等特点），可否把本人的大仓库跑在云端开发环境里，用Cloud Studio产品个性来进行日常开发，从而一直反哺产品体验，不好用的体验，本人发现自己尝试去修复问题。于是咱们进行了自举路线。

什么是腾讯云-云端开发环境？

当咱们寻找解决方案来为咱们的开发人员提供更快、更轻松和更平安的开发体验时，咱们开始关注近程开发作为代替计划。在腾讯云更快的机器上构建云端开发环境，几秒钟内拉取，并将所有代码库和工具保留在平安、受控的环境中的想法。

这就是Cloud Development Environment 的初衷：基于Cloud Studio开发平台构建CDE云上开发环境。

什么是 Cloud Studio？

Cloud Studio 是基于浏览器的集成式开发环境（IDE），为开发者提供了一个永不间断的云端工作站。用户在应用 Cloud Studio 时无需装置，随时随地关上浏览器就能应用。云端开发体验与本地简直一样，上手门槛更低；具备极强的开放性，第三方平台通过咱们提供的 SDK，则能够不便地集成Cloud Studio云端开发能力。

>>劣势

ChatGPT 爆火之后，企业级云端开发环境如何书写将来？

三月咱们公布了腾讯云云端开发环境白皮书之后，咱们把Cloud Studio产研代码和日常开发搬上腾讯云 CDE 中。在白皮书中，咱们定义了DevOps、容器化、代码化定义CDE的零设置门槛、安全性是近程开发环境的次要劣势。咱们通过在最新的稳固版本内核及隔离环境之上，来运行每个开发者的代码，从而大大提高安全性，譬如，咱们定制了主动脚本，使得易受攻击的利用程序代码能够在非工作工夫进行修补和更新。监控近程开发环境的许多不同方面是相当简略的，咱们能够随时检测和辨认歹意行为，譬如挖坑、翻墙等。因为在云端开发环境中（背地是Kubernetes集群）运行的 Kubernetes pod 没有电脑的电池和资源限度，因而在下班时间扫描磁盘以查找歹意工件或流动是微不足道的，但价值是微小的。

>>性能第一

通过利用弱小的腾讯云资源——每个环境弹性晋升到 最多 32 个内核和 128 GB RAM 以及许多附加性能，更快的 Git、构建和 IDE 体验，如图2：

• 云端IDE启动：预热罕用的开发镜像，秒极启动云端IDE，并依据云端开发环境（CDE）的代码定义，装置配置开发罕用的language server、插件等，让开发者的体验获得最佳。同时咱们放弃内核常新。

  \>>继续调优的 IDE 启动链路，通过测试，均匀2-3秒即可关上，如下图所示

图2：分层架构

• 内网下载依赖构建：设置国内地方仓库，找到最近的最快的网络下载地位；针对团队外部开发，咱们优化了网络计划，在产品上设置团队依赖库的缓存能力，实现秒级挂载，无需额定从新下载。

• 通过以下形式改良了 Git 性能：

  \>>采纳Linux 文件系统，与笔记本电脑文件系统相比，性能更好

  \>>Git 网络代理，内网拜访减速

  \>>优化 Git 配置

• 通过以下形式改良了云端开发性能：预加载所需的开发环境里的插件、预热了镜像启动，预热了依赖库等；同时还提供了：

  \>>提供更多计算资源，在编译过程中弹性晋升规格，在不必时升高高规格的占有率。

• 除此之外，近程开发环境还提供：

  \>>每个用户多个云端开发环境

  \>>独立于笔记本电脑上运行的其余过程进行隔离。在开发上能够做到真正并行。

>>环境代码化和保护

Cloud Studio 反对 workspace.yaml的可视化定义配置（Cloud Studio 高阶玩家：弱小的 YAML 模板），并为该配置保留成「自定义模板」，这些模板为团队成员的monorepos 仓库的云端开发提供了极大的价值：

• 易于配置——可视化UI界面配置，无代码的形式即可配置出自定义的新环境配置
• 反对任意本地的IDE——预配置默认启动的IDE类型
• 在几分钟内拜访统一的开发环境
• 每个 monorepo 所需的预装置环境里的工具、依赖配置、插件和测试工具等
• 预克隆存储库，为存储预热，用得多启动更快

>>安全性

• 无需放心代码文件被窃取，Cloud Studio 提供的长久化工作空间，会进行非凡加密（具体文章见：Cloud Studio 云端开发保障企业源代码平安）：

  \>>受控的开发环境-仅装置安全可靠的工具插件，禁止手动装置非认证插件等

  \>>平安的数字水印- 不烦扰写代码，然而当筹备复制到开发环境之外，咱们会针对内容进行加密，避免代码被带走。

  \>>禁用复制粘贴和下载能力，但对当前工作空间仍然无效。

• 安全性，可通过开关依据所需开启或敞开。

• 环境放弃最新状态——开启自动更新能力，咱们会在夜间自动更新最新的插件，进行平安降级，扫描环境里的平安问题：

  \>>更平安的工具链——事后定义好的的平安环境，受管控的平安的平安工具链

  \>>更平安的软件供应链

  \>>无缝配置更改---- 反对底层根底镜像切换、版本切换等，一键热启动即可享受新环境，且以后开发状态不失落。

  \>>团队级别插件市场，可应用最新插件自动更新

  \>>能够在将映像公布之前对映像执行平安扫描

Cloud Studio 提供的工作空间是长久的，因而工程师无需放心失落他们的集体设置、文件和代码更改。这容许工程师在不同的设施上持续他们的工作，并反对多个工程师在繁多环境中进行合作。

Cloud Studio 本土化云端开发平台

>>提供支流开发语言环境

咱们为中国开发者打造更适应国人开发习惯的开发平台，同时内置了数十款的根底开发环境的模板库，包含所有必须的根底镜像，并预加载了默认设置、预置罕用插件和开发配置。咱们目前反对以下开发环境的语言，如图3：

• C/C++
• Html
• C#
• Java及Spring框架
• js及Nodejs周边框架
• Go
• Python 及 Flet 框架
• Flutter 及 Andriod 开发
• Vue React Angular 及其他前端框架

图3：开箱即用的配置

>>基于 Web 的开发空间控制台

Cloud Studio 为登录用户提供了专属的控制台，为用户治理本人的工作空间状态，耗费资源状况，制作个性化的专属模板、徽标，团队治理及团队资源状况，满足简略集体开发到简单的企业级开发的诉求，如图4所示。

图 4：Cloud Studio 控制台

03 Cloud Studio 开发环境架构

图 5：Cloud Studio 控制台

如图5所示，在 Cloud Studio 中，所有的集体环境全副被搁置在容器环境中，这使得开发者能够应用官网提供的各类版本，还能够轻松地通过 Dockerfile 定制本人的环境，并且即便脱离 Cloud Studio 也可能被利用在任何中央。在容器之上，Cloud Studio 会为用户提供额定的开箱即用的软件包，这包含了用户的编辑器界面、Docker、kubectl 等罕用开发工具。

如图6，咱们对立提供了 Ubuntu 作为开发操作系统，Ubuntu 作为全世界最风行的 Linux 发行版，最合乎开发者用户的应用习惯。其建设在 Debian 之上又人造可应用大部分 Debian 生态下的工具链，从而可重用大部分现有生产环境基础设施。

图6 Cloud Studio 镜像层次结构

从本地电脑迁徙到云，使得能极大地优化享受云上更丰盛的计算资源，海量的计算内核和高性能的大容量 GB RAM 的机器。最重要的是，咱们决定应用 kubernetes，基于腾讯云 TKE、EKS 及高速稳固的集群能力，给咱们提供了咱们所须要的 IaaS 能力：

• 在弱小的硬件上托管容器的能力
• 连贯容器并反对并行运行
• 用于在重启之间存储开发过程中的文件，并长久化到NFS的长久卷中

面向Kubernetes的标准化底层容器

咱们应用Custom Resources | Kubernetes CRD来残缺的形容一个工作空间资源，这使得即便脱离 Cloud Studio 平台，用户也能够间接通过 kubectl 自行创立、调度、拜访 Cloud Studio 的工作空间 pod。

在 CRD 中，咱们扩大了 PersistentVolumeClaim 个性，以反对任意的内部长久化数据，而不仅仅局限于 Cloud Studio 本身所应用的全局 NFS 长久化。在后续，咱们打算反对响应 VolumeSnapshotContents 变动，从而升高不应用时的存储老本。

图7：Cloud Studio CRD

04 挑战

为工程师发明完满的环境并非易事——咱们在此过程中遇到了一些挑战。在性能和老本效率之间获得均衡、提供主动降级、确保不间断工作以及预配置实用于每个人的 IDE 设置是咱们必须克服的一些阻碍。

IDE 内核选型

工程师每天都在应用 IDE，因而没有良好 IDE 体验的近程环境是无奈胜利的。在 云端开发环境里，咱们提供了多种不同的 IDE 内核选项：

• Cloud Studio Web IDE 内核
• VS Code Remote SSH
• JetBrtain Remote SSH JetBrains Gateway - Remote Development for JetBrains IDEs

>>Remote SSH 连贯形式

如图8所示，任意Pod所启动的云端开发环境，都能够用青睐的本地IDE进行连贯，保留喜爱的主题、相熟的快捷键。充分利用云端开发环境的劣势。

图 8：通过SSH的工具拜访云端开发环境

通过 SSH 连贯云端 IDE 工作空间 | Cloud Studio

除了提供多种 IDE 选项外，咱们还专一于通过以下形式微调入手体验：

• 预加载索引
• 预配置设置
• 预装置工具、扩大和自定义附加组件

Cloud Studio 基于弹性算力和长久化存储，为用户提供疾速开发的云端开发体验，然而 解脱本地支流IDE 转到云端开发，从晚期开始就是咱们最大的挑战之一。特地是，晚期风行的基于 Web的 IDE 的提早问题以及随后的一些稳定性问题给咱们带来了很多困扰。

前面咱们发现，Web 的IDE和本地的IDE应该是共存，咱们应该致力于建设并推广云端开发环境的理念，并与之企业研发的降本增效诉求、DevOps研发一致性，进行助力

使环境放弃最新

因为工程师珍惜他们的工夫，提供一个不须要手动保护的环境很重要，因而，咱们在非工作工夫应用最新的工具和安全更新主动降级环境。

为了满足每个人的需要，咱们容许工程师从四种公布节奏渠道中抉择一种：

• stable——默认一个
• rc——下一个稳定版的候选版本
• dev – 每晚更新到最新的胜利构建
• none ——没有自动更新

无论工程师想要最稳固的环境和最先进的性能，还是基本不须要任何降级，咱们都能满足。

起初咱们改良了自动更新以反对逐渐推出新版本。增加此性能是为了缩小爆炸半径，以防谬误通过咱们的自动化测试和候选公布、内部测试过程。

老本效益

从很多客户侧发现，有构建与购买资源的状况并不少见。和企业单干、腾讯云Serverless、基于Cloud Studio产品自我开发的过程中，咱们一直跟踪监控，并改良Cloud Studio 的老本，并确保 Cloud Studio 的性价比优于其现成的替代品。

为进步资源利用率，实现更好的老本管制，咱们将自建 K8s 集群迁徙到腾讯云 Serverless 容器服务（原弹性容器服务EKS）中，咱们的目标是将资源上云，充分利用云天然资源利用率和运维老本的劣势。

为了实现上云，咱们做了大量的架构从新设计，首先将工作空间所依赖的特化个性全副从新设计：

1. 去 OCI Hook 个性依赖：在之前工作空间资源长久化咱们是利用了 CRI 规范中的 OCI Hook 个性实现的用户长久层的 save 与 load，具体来讲是在容器启动过程中，替换镜像的 upper layer 为咱们为用户筹备的 ext4 虚构磁盘长久化数据。而在云上，显然咱们不能利用这类个性，因为咱们无奈充沛预估底层 runtime 是否肯定兼容 OCI Hook，为此咱们从新设计了用户容器，采纳两层架构，在外层，咱们用规范容器提供一个规范环境，接着在此环境中运行一个 podman 容器，而后通过内层 image inspect 拿到层信息并将用户长久化层组装成最终的 rootfs 提供给 podman 运行。

2. 去 DaemonSet 个性依赖：Cloud Studio 团队非常看重容器启动性能，而 Ops 视角出身的 k8s 人造又不特地关注容器镜像下载速度的问题，因而为了晋升用户所需容器加载速度，在之前，咱们应用了 DaemonSet 为每个节点预热所有用户所须要的根底镜像，从而保障了用户镜像的加载速度，但 DaemonSet 的个性人造与云抵触，因为云的理念是用户不关怀节点资源，为了解决这个问题，咱们齐全从新设计的用户容器镜像预热逻辑，咱们除了按需向 k8s 提供资源需要之外，又引入了一层缓存，也就是说会提前向 k8s 申请一起 pod，与之前不同的是如果咱们申请的是节点，那么节点的资源是固定的，而申请一批 pod 不同，咱们联合业务需要，齐全可容忍肯定的资源超卖，因而咱们申请的资源的 request 都极少，同时又应用 limit 去限度了容器的最大资源保障尽量均衡资源要求，最初联合 k8s 调度又设计了从新调度的策略，对每个缓存 pod 进行评分为每个用户抉择体现最好的 pod 供用户应用。

除了这些较大的逻辑变动外，咱们还有很多其余的例如流量导入策略、实时计费信息采集等多个优化点，最终造成了一个真正贴合云原生设计又能满足极大资源利用率的工作空间设计，上面是变更示意图：

图9: 资源利用率 - 每个Pod 五脏俱全

咱们提供了全长久化能力，相比友商更具备应用价值。因为引入了NFS，咱们必须确保咱们无效地应用计算和存储资源，因而咱们施行了几项改良：

• 敞开非流动环境：为了节俭计算资源，自动化作业会定期检查最近是否应用过环境，并在检测到非流动环境时删除其容器。
• 从新均衡 VM：因为多个环境被搁置在一个大型虚拟机中，并且咱们为 VM 付费，因而只有充分利用一个虚拟机才有意义。因而，如果有两个 VM 仅应用了其容量的一半，咱们将负载转移到一台机器上并敞开另一台。
• 敞开环境的快照磁盘：Cloud Studio 须要一个容器和一个磁盘能力运行。当咱们敞开容器时，磁盘不再被应用，所以咱们将其转换为低成本存储选项，直到环境再次启动。

到目前为止，咱们尽量管制咱们的老本下，竭力去优化进步性能和使用率，与老的开发环境相比，晋升成果十分显著。

产品监控指标

Cloud Studio 跑在了TKE集群之上，规范的K8S之上，如图10，并定义了全链路的性能指标。咱们通过各种缓存计划，实现并冲破了性能极限。

图10: 基于K8S（TKE）根底之上的云端开发环境的性能指标定义

咱们优化前， Cloud Studio 冷启动耗时大概 19S。咱们剖析了各类典型场景，最终绘制出了次要阻塞点的耗时状况：

图11: 阻塞点

同时针对 inspect 这一重大阻塞项咱们剖析了其与节点中容器数量的关系：

图12: 剖析

通过继续优化后：

图13: 优化后

冷启动时长升高到了 5-7 S。二次启动时长升高到了 5S 以内。

咱们的停顿

• 启动性能继续优化，以后通过预热优化，咱们已在外部实现了冷启动与二次启动 稳固 4S 左右的耗时，后续逐渐上线线上环境。
• 通过常驻热点工作空间，使得高活跃度的工作空间二次启动工夫缩短到 2S 以内。
• 咱们后续打算针对各类罕用模板进一步预热，使得大部分场景下，用户冷启动工作空间也能达到 2S 左右的工夫。
• 打算优化工作空间启动的谬误反馈，使得用户可能更容易去发现并解决问题。
• IDE 启动优化，实现毫秒级 IDE 界面加载。

05 云原生开发调试+云端开发环境

云原生调试是咱们在云端集成开发环境中对于测试左移又一思考，从 IDE 自身登程，将云原生服务开发调试也作为 IDE 中的一环，使得任何开发者可能在 IDE 编辑器中一键部署起全套的云原生利用，并轻松应用以后代码针对以后关怀的一个或多个服务劫持服务流量，关上断点调试器进行调试或与其余团队成员进行实时联调。

2021年底CODING团队奉献了Nocalhost框架到CNCF，在接下来的工夫里，Cloud Studio团队始终致力于将Nocalhost与Cloud IDE进行联合，来实现开发集群下的开发联调、测试左移。通过集群下的专属namespace，以及Cloud Studio团队能力正交，尝试让团队能够简化云原生开发阶段，并能更左移的发现问题。如图14，John和Peter在一个开发集群的一个namespace进行前后端联调，通过服务Pod的替换切入替换成Cloud IDE，进而调试发现问题。特此录制了一个视频来简略介绍一下。

图14:资源服务化

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06 云端开发，更多契机场景

将来已来，云端开发，是一种形象但具备价值性落地的根底建设。在有AI可见的年限中，有着更多有限可能。比方，AI+云端开发=Code Interpreter 或者是 AI的Cloud Development Environment，或者更多更高的场景。

咱们将 Cloud Studio IDE 视为 云端开发环境的一种产品实现。咱们的指标是使企业级工程师的近程开发齐全无缝。咱们正在致力晋升：

>>秒级的弹性调配容器

咱们心愿通过监控判断较慢的中央，比方打消异步状态，晋升预热命中率等一系列伎俩，致力于将调配并启动开发空间缩小到 3 秒以内。

>>短暂的开发容器

当解决并晋升到启动的极致之后，咱们心愿从开发人员能够讲Cloud Studio 作为构建集成。咱们预感了短暂的 Devpod 的以下用例：

• Devpod 特定于性能开发
• 简略疾速的失败 CI 调试
• 随时可用的代码审查环境
• 剖析挪动解体

>>更省资源的云原生调试

云原生Mesh计划带来的流量劫持和染色，能够使得云原生基础架构下的开发调试和云端开发环境一起，暴发出企业级的新产品。

>>无中断主动降级和保护工作负载

目前，在非工作工夫为环境设置了保护窗口，然而，一些工程师可能心愿在非工作工夫工作或在其环境中运行更长时间的工作负载。因而，能够通过监督流动连贯和推延保护工作负载来进行改良。

>>晋升无缝的 IDE 体验

当工程师在笔记本电脑上本地应用 IDE 时，它应该在后盾暗藏近程环境实现。IDE 会在后盾静默连贯到近程环境，并在有足够好的可用网络的状况下提供弱小计算能力的所有益处——如果近程环境呈现任何问题，它们不会被阻止，并且能够在本地无缝地持续工作。

>>特定团队的配置

咱们正在寻找办法来最大水平地缩小应用团队的首次设置的门槛。咱们心愿改良的畛域之一是容许团队（代码化）自定义他们的配置，以便新的团队成员只需单击一下即可取得依据他们的需求量身定制的统一开发环境。

>>本地电脑和云端开发环境之间的无缝文件传输

咱们尝试摸索计算型开发的场景摸索，譬如用于计算密集型工作和长时间运行的编译构建。在某些状况下，开发人员须要在他们的笔记本电脑和 Cloud Studio 云端开发环境 之间挪动文件（反之亦然）。咱们的指标是将 Cloud Studio CLI成为本地驱动器，主动装置到用户电脑上，从而能够无缝挪动文件。

>>vGPU

咱们正在尝试构建基于腾讯云 gpu-manager 的 vGPU 计划，这将可能帮忙到以下开发需要：

• AI 模型训练
• GUI 跨平台客户端开发
• 游戏客户端开发