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    Kubernetes 1.14增強30多個功能,10大更新點在這里

    原標題:Kubernetes 1.14增強30多個功能,10大更新點在這里

    北京時間2019年3月26日,Kubernetes正式發(fā)布了今年的第一個大版本 1.14。本次發(fā)布包含了大量重要更新,以可擴展性、支持更多的工作負載、安全性為主題,共增強了30多個功能。

    為了幫助百度智能云的容器用戶更快理解1.14新版本的變化,以及了解社區(qū)技術(shù)的演進趨勢,百度智能云容器團隊對新版本的特性進行了深入研究,梳理出10個最值得關(guān)注的要點。

    1全面增強Windows支持

    這次最令人驚喜的莫過于Kubernetes宣布Windows節(jié)點正式生產(chǎn)可用。1.14版本支持向集群添加Windows工作節(jié)點、調(diào)度Windows容器。相信隨著Windows應(yīng)用生態(tài)的加入,將再次提升Kubernetes的平臺能力。對混合應(yīng)用技術(shù)棧有需求的企業(yè),可同時實現(xiàn)在Kubernetes上編排Windows與Linux應(yīng)用。

    對Windows容器的支持得益于以下3個關(guān)鍵點:

    1、Windows Server容器網(wǎng)絡(luò)的進步,提供了創(chuàng)建CNI(容器網(wǎng)絡(luò)接口)插件的基礎(chǔ)設(shè)施。

    2、Windows Server2019發(fā)布的增強功能提供了最佳的容器支持。

    3、Windows KEP提供了一組清晰且一致的目標、期望和可交付的成果。

    本次對Windows容器支持的關(guān)鍵特性包括:

    1、支持加入Windows Server 2019作為工作節(jié)點調(diào)度容器。

    2、支持Azure-CNI、OVN-Kubernetes以及Flannel等第三方容器網(wǎng)絡(luò)插件。

    3、改進了對Pod、服務(wù)類型、工作負載控制器和metric/quota的支持能力,使Windows容器盡可能匹配Linux容器現(xiàn)有能力。

    不過仍舊需要關(guān)注以下限制:

    • 節(jié)點OS版本限制:Windows Server 2019/1809。
    • Docker版本限制:Docker EE-basic 18.09。
    • 提供兩種容器實現(xiàn)方案:Hyper-V和Native容器,Native容器的安全隔離很有限,Hyper-V隔離方案仍然是alpha特性,需要持續(xù)完善。
    • 依賴GPU、GUI的應(yīng)用支持未被生產(chǎn)環(huán)境驗證。整體能力相對弱于Linux容器。
    • 目前支持5種不同的網(wǎng)絡(luò)模式,性能和成熟度仍需驗證。
    • Windows容器的基礎(chǔ)鏡像體積較大,用戶在沒有中國區(qū)CDN場景下下載鏡像耗時久。
    • 目前Master組件不能部署在Windows系統(tǒng)中,因此集群必須包含Linux系統(tǒng)的Master節(jié)點。
    • 目前Windows容器并不支持Pod優(yōu)雅刪除。
    • 對單文件映射、特權(quán)容器、大頁內(nèi)存支持等能力尚未提供支持。

    2本地持久化數(shù)據(jù)卷(Local PV)正式可用

    本地持久化存儲卷(Local PV)可以使本地存儲設(shè)備成為Kubernetes的持久化存儲卷。雖然之前的Kubernets版本已經(jīng)提供了多種PV,但是本次存儲相對于其余使用遠程存儲的PV,在時延和穩(wěn)定性上具有明顯的優(yōu)勢。

    對于期望使用Local PV的用戶,也有兩個問題需要提前關(guān)注:

    1、易用性:Local PV需要提前創(chuàng)建對應(yīng)路徑,PV當前需要手動創(chuàng)建。kubernets-sig下的 Provisioner雖然目前支持動態(tài)創(chuàng)建PV, 但存儲卷依舊需要手動提供。

    2、容錯性:Local PV依賴本地存儲,而本次存儲通常無法有效應(yīng)對磁盤故障,因此無法獲得網(wǎng)絡(luò)存儲所提供的可用性保障。

    3支持進程數(shù)量限制

    進程資源(Process Resources)是Linux的基本資源。如果不在Pod中對進程數(shù)量限制,可能會在容器內(nèi)任意fork進程過多,導(dǎo)致主機上的進程資源耗盡,引起主機上的守護進程(如: kubelet、docker、kube-proxy等)運行不穩(wěn)定。

    容器是通過cgroup實現(xiàn)進程、CPU、Memory、 I/O 等資源的使用限制。Docker從1.11版本之后,已經(jīng)支持限制容器內(nèi)進程數(shù)量,啟動容器的時候,加入啟動參數(shù)-pids-limit,即可以控制容器內(nèi)最大的進程數(shù)量。

    對進程數(shù)量的限制也一直是社區(qū)內(nèi)的強烈需求。本次更新對Kubernetes進程數(shù)量限制包括兩個方面:

    • Pod to Pod pid隔離。kueblet增加啟動參數(shù)pod-max-pids,用于限制Pod內(nèi)最大的進程數(shù)量。該feature在v1.14 版本中作為beta版發(fā)布。
    • Node to Pod pid 隔離。支持限制pid在Node Allocatable Level,可以為kube預(yù)留pid數(shù)量。該feature在v1.14 版本中作為Alpha版發(fā)布。

    4設(shè)置Pod優(yōu)先級&搶占機制

    在中型和大型集群中,為了提高資源利用率,Kubernetes允許工作負載的總量超過集群可以提供的資源總量,這種情況被稱為“過度承諾”。過度承諾在節(jié)點數(shù)量固定的集群中非常常見,在公有云中,客戶可以選擇過度運行其集群以節(jié)約成本。

    Pod優(yōu)先級可以幫助管理員在過度運行集群時,為各種類型的工作負載定義其重要程度,從而在集群資源不足時選擇更加重要的工作負載優(yōu)先運行。當然,影響Kubernetes對工作負載重要程度的判斷不僅限于優(yōu)先級,也包括QoS和其它特定于集群的度量標準的組合。

    在過度運行的前提下,當重要的工作負載無法獲得足夠資源運行時,Kubernetes將會通過搶占機制為Pod騰出足夠資源。搶占由調(diào)度程序執(zhí)行,通過釋放重要性低的Pod來實現(xiàn)。執(zhí)行搶占的組件必須具有為待處理的Pod找到正確節(jié)點的邏輯,它還必須具有檢查待搶占的“空間”是否允許調(diào)度待處理Pod的邏輯。這些要求組件具有謂詞和優(yōu)先級功能的知識。

    讓調(diào)度程序執(zhí)行搶占有以下好處:

    • 避免復(fù)制另一個組件中的所有調(diào)度邏輯。
    • 降低Pod搶占和待處理Pod調(diào)度之間的競爭條件風(fēng)險。 如果這兩個都由調(diào)度程序執(zhí)行,則調(diào)度程序可以串行執(zhí)行它們(盡管當前不是原子的)。 如果由不同的組件執(zhí)行搶占,則調(diào)度程序可能在其Pod被搶占的節(jié)點上調(diào)度不同的Pod(而不是搶占者)。
    • 如果有多個調(diào)度程序,競爭條件仍然存在。

    5Pod readiness gates

    Pod readiness gates為Kubernetes的Pod就緒狀態(tài)檢查提供了靈活的外部反饋擴展點。在Kubernetes中,通過就緒檢查來判斷Container、Pod、Endpoint的狀態(tài)是否就緒。在之前的版本中,這些對象的就緒條件如下:

    • Container Readiness:Container ready = Container running并且readinessprobe檢測成功。
    • Pod Readiness:Pod ready = All containers ready。
    • Endpoint Readiness: Endpoint ready = Pod ready。

    在傳統(tǒng)的做法中,只要容器主進程處于ready狀態(tài),并且readinessProbe檢查成功,則container和Pod將會進入就緒狀態(tài)。但是此時Pod依賴的相關(guān)服務(wù)(如網(wǎng)絡(luò)策略、負載均衡器等)可能還未就緒。

    通過1.14發(fā)布的readinessGates功能,可以通過接入Pod所依賴的外部指標來更好地確定Pod是否處于就緒狀態(tài),readinessGates通過將用戶定義的額外的狀態(tài)反饋注入到PodStatus,來為判斷Pod的ready狀態(tài)添加可擴展性。

    其主要實現(xiàn)方式為在pod readines上添加附加屬性readinessGates,使得Pod ready = All containers ready并且 readinessGates中的條件都檢測為True。在pod spec上新增readinessGates屬性,值為conditionType:string 列表,conditionType值指向pod status中的pod condition列表中的一項,依據(jù)該status來判定ready情況,若不存在則默認為false。

    使用readinessGates的用戶需要注意:

    • readinessGates只能在創(chuàng)建Pod時定義。
    • readinessGates一旦創(chuàng)建不可更新。
    • ConditionType必須符合自定義pod condition的命名約定。

    6原生應(yīng)用管理能力Kustomize

    1.14 版本的kubectl添加了子命令kustomize,同時為apply/delete/get子命令添加了-k參數(shù),實現(xiàn)了Kustomize工具提供的應(yīng)用資源YAML管理功能。

    Kustomize允許用戶使用一個或多個聲明了KUBERNETES API資源的YAML文件作為base,通過overlay的方式將patch應(yīng)用于base YAML生成目標YAML。這種方式可以方便地將一套YAML文件在不同環(huán)境下或不同用戶中進行復(fù)用,而不需要將YAML文件拷貝多份,再各自進行修改。該工具幫助用戶使用fork/modify/rebase工作流來復(fù)用KUBERNETES資源YAML,而不需要使用模板語言或腳本等侵入式方案進行資源管理。

    Kustomize接受一個包含原始KUBERNETES API資源YAML文件和kustomization.yaml文件的目錄,根據(jù)kustomization.yaml文件內(nèi)容得到目標KUBERNETES API資源的YAML格式輸出。一個合法的kustomization.yaml中聲明了作為base的YAML文件,以及需要應(yīng)用在base YAML文件上的patch內(nèi)容,并支持namePrefix、commonLabels等字段以支持對name和label的批量修改。

    7默認rbac發(fā)現(xiàn)機制加固

    1.14版本之前,system:discovery和system:basic-user的ClusterRoleBindings都會包含system:unauthenticated主體。為了提升CRD的隱私性和集群安全狀況,默認RBAC不再授予未經(jīng)身份驗證的用戶對發(fā)現(xiàn)和權(quán)限檢查API的訪問權(quán)限。同時保留對當前API的非敏感子集的未經(jīng)身份驗證的訪問(例如 GET /healthz,GET /version)。

    升級的集群會保留原先的行為,如果集群管理員希望在新集群中授予未經(jīng)身份驗證的用戶訪問權(quán)限,需要明確選擇暴露發(fā)現(xiàn)、權(quán)限檢查API。

    • kubectl createclusterrolebinding anonymous-discovery —clusterrole=system:discoverygroup=system:unauthenticated
    • kubectl create clusterrolebinding anonymous-access-review —clusterrole=system:basic-user —group=system:unauthenticated

    8讓Kubectl用戶更友好

    1.14版本對kubectl的使用進行了一些優(yōu)化,使得kubectl的用戶體驗更加友好。

    kubectl插件機制GA

    • kubectl插件機制允許使用獨立的二進制文件來發(fā)布自定義的 kubectl 子命令。這可以用于擴展kubectl具有更高級別的功能,如:添加set-ns命令來快速切換命名空間。
    • 插件必須具有kubectl-的命名前綴,并保存在用戶PATH中,為了GA,插件機制已經(jīng)被大大簡化了,目前有點類似Git的插件系統(tǒng)。
    • 修復(fù)kubectl plugin list存在的問題。

    kubectl命令優(yōu)化

    • kubectl logs命令可以組合使用-f 和-l命令,實現(xiàn)篩選+持續(xù)輸出日志。
    • 增加kubectl auth can-i —list命令,允許用戶查看在特定命名空間下可以執(zhí)行哪些操作。
    • 用戶可以使用kubectl delete {source} —all-namespaces來進行統(tǒng)一的資源刪除操作。

    kubectl將廢棄的命令

    • kubectl的—show-all參數(shù),之前是deprecated狀態(tài),這次更新中正式去掉。
    • kubectl的convert命令,變成deprecated狀態(tài),將在v1.17中被去掉。
    • kubectl get中的—export參數(shù),變成deprecated狀態(tài),將在1.18中被去掉。

    9優(yōu)化穩(wěn)定性

    新版本提高了穩(wěn)定性。此次1.14許多修復(fù)優(yōu)化都是圍繞穩(wěn)定性展開,下面列舉一些比較重要的提升點:

    1、在極端情況下Pod會在controller給新增節(jié)點打上污點之前被scheduler調(diào)度在新增節(jié)點上,為避免此類情況出現(xiàn),Kubernetes新增TaintNodesByCondition準入插件,該插件用于給新加入集群的節(jié)點打上"not ready"的污點。

    2、當創(chuàng)建大量引用configmap或者secret的Pod時,集群的調(diào)度速度會變慢直至node狀態(tài)變成notready而無法調(diào)度。Kubernetes1.14針對該問題進行了修復(fù)。

    3、Kubelet會在重啟或者刪除容器前嘗試停止處于unknown狀態(tài)的容器。

    4、鏡像如果只有一個tag但是關(guān)聯(lián)了多個倉庫,此類鏡像在回收的過程中不會再出現(xiàn)刪除失敗。

    5、之前版本可能因為處理事件的channel滿導(dǎo)致死鎖,新版本通過丟棄來不及處理的事件來避免出現(xiàn)死鎖的情況。

    6、修復(fù)kubectl describe無法獲取靜態(tài)Pod事件的問題。

    7、驅(qū)逐Pod時默認采用優(yōu)雅刪除模式,該修復(fù)使得Pod的退出更加優(yōu)雅。

    8、歷史版本某些情況下會出現(xiàn)daemonSet創(chuàng)建的Pod被調(diào)度在不存在的節(jié)點上,增加對此類Pod的刪除機制。

    9、apiserver增加進程的優(yōu)雅退出機制,該機制確保apiserver在退出前處理已建立的連接。

    10、歷史版本中某些情況下apiserver會在后端服務(wù)就緒之前去創(chuàng)建service的后端,出現(xiàn)服務(wù)不可訪問的異常情況,針對此類情況作了修復(fù)。

    10大規(guī)模場景下性能優(yōu)化

    除了穩(wěn)定性外,1.14對于大規(guī)模場景下的性能也進行優(yōu)化,具體包括:

    • Scheduler組件的緩存快照算法得到優(yōu)化,提高了調(diào)度的吞吐量,目前能達到在5000節(jié)點的集群中平均每秒調(diào)度100個Pod(100是受limit限制,實際可能更高)。這是一個重要的里程碑。
    • 提高了Scheduler組件的魯棒性,以保證未調(diào)度的Pod能夠在適當?shù)臅r候被重新調(diào)度。
    • Kubectl遍歷APIServer的資源改為了并行模式,性能提升了10倍以上。
    • Api-server的單個json patch操作個數(shù)不能多于10000個,否則就返回413,不處理該請求。

    關(guān)于Kubernetes 1.14更新的更多信息,大家可以關(guān)注百度智能云微信公眾號,進行詳細查閱。

    百度智能云也將在對新版本進行全面的驗證和測試之后,正式提供CCE對Kubernetes 1.14版本的支持,敬請期待。

    本文作者:百度智能云CCE團隊

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    2019-04-15
    Kubernetes 1.14增強30多個功能,10大更新點在這里
    本次對Windows容器支持的關(guān)鍵特性包括: 3、改進了對Pod、服務(wù)類型、工作負載控制器和metric/quota的支持能力,使Windows容器盡可能匹配Linux容器現(xiàn)有能力。

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