混合云环境中扩展Kubernetes的挑战及方案

假设您的业务是在线的：您拥有自己的数据中心，拥有用于运行您网站的私有云。您需要部署许多服务器来运行应用程序并存储其数据。

也许大多数时候，您的网站的整体流量非常稳定。但也许也有时候，网站的流量会面临突然的增长，这时您该如何应对？

首先，您需要能够扩展应用程序，以应对流量增加。若您不想在每年只使用几次的新硬件上额外花钱，您可以考虑转向混合云模式。

从私有云转向混合云，可以大大节省时间和成本。将应用程序（部分）扩展到公有云后，您就只需在使用它们时、仅为您所使用的资源付费。

但是，您该如何选择公有云？您可以选择多个公有云吗？

简短来说，回答是肯定的，您很有可能需要选择多个公有云提供商。您也许有不同的团队，需要处理不同的应用程序，有不同的要求，因此一个云提供商可能无法满足您的所有需求。此外，许多组织需要遵守某些法律、法规和政策，这些法律、法规和政策要求他们的数据必须实际驻留在某些特定地点。使用多个公有云的策略可以帮助组织满足这些严格的、多样化的要求。他们还可以从多个数据中心区域或可用区域中进行选择，以尽可能接近最终用户，从而为他们提供最佳性能和最小延迟。

你已经决定使用云了，所以让我们回过头来思考一下最初的问题。您的应用程序具有针对您的应用程序的微服务部署架构，这一架构上运行着需要扩展的容器。而这，就是Kubernetes发挥作用的地方。Kubernetes这一解决方案，可帮助您管理和编排节点集群中的容器化应用程序。虽然Kubernetes将帮助您管理和扩展部署、节点和集群，但它无法帮助您轻松地跨云提供商管理和扩展它们。这一点我们会在稍后详细介绍。

Kubernetes集群是一组机器（物理/虚拟），Kubernetes为集群提供资源以运行应用程序。首先，您需要了解的基本Kubernetes概念是：

• Pod是控制一个或多个容器的单元，它会作为一个应用程序来被调度。通常，您应该为每个应用程序创建一个Pod，以便您可以单独扩展和控制它们。

• 节点组件是Kubernetes中的worker machine。节点可以是虚拟机（VM）或物理机，具体取决于集群。每个节点都包含运行pod所需的服务，并由主组件管理。

• 主组件管理着Pod的生命周期。如果Pod死亡，Controller会创建一个新的Pod；如果你对Pod进行扩容或缩容，那么Controller会创建/销毁你的Pod。有关Controller类型的更多信息，可以参阅此处：

  https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/controllers/replicaset/

这三个组件的作用是扩展和调度容器。主组件指示调度和扩容的命令，然后节点相应地根据命令来编排pod。

上述只是Kubernetes非常基础的概念，这篇《零基础入门│带你理解Kubernetes》可以带你更详细地理解Kubernetes。

尝试使用Kubernetes解决跨云扩展的问题时，会遇到一些关键挑战：

• 难以管理多个云、多个集群，设置用户，设置策略

• 安装和配置的复杂性

• 不同环境的用户或团队会有不同体验

Rancher可以帮助您解决上述难题。Rancher是一个开源的容器管理平台，用于在生产中运行Kubernetes。Rancher的下述功能可以帮助我们管理和扩展我们的应用程序，无论计算资源是在本地托管还是在多个云上托管：

• 跨多个集群和云的通用基础架构管理

• 简单易用的Kubernetes配置和部署界面

• 一键轻松扩展Pod和集群

• 访问控制和用户管理（ldap，AD）

• 工作负载、RBAC、政策和项目管理

在多云、甚至有可能是多个任何可以运行Kubernetes的基础架构上，Rancher都可以成为您的多个Kubernetes集群的单一控制点。

下面让我们看看我们如何管理两个不同区域的多个Kubernetes集群。

首先，启动Rancher 2.0实例。具体方法可以参照这个快速上手指南：https://rancher.com/quick-start/

让我们在两个不同的地区的GCP中创建两个托管的Kubernetes集群。为此，您需要一个服务帐户密钥。

在Global选项卡中，我们可以看到所有可用的集群及其状态。从Provisioning状态开始，集群准备好后，状态会变成Active。 

现在我们已经从Kubernetes集群中为每个节点部署了许多pod。这些pod将由Kubernetes和Rancher的内部系统使用。

下面继续为两个集群部署工作负载。按顺序选择默认项目; 这将打开Workloads选项卡。单击Deploy，将第一个集群的名称及Docker镜像设置为httpd，第二个集群的设置为nginx，因为我们希望将我们的Web服务器暴露给Port映射区域。选择一个四层负载均衡中的Internet流量。 

如果单击nginx / httpd工作负载，您将看到Rancher实际上按照Kubernetes的建议创建了一个部署来管理ReplicaSet。您还将看到这个ReplicaSet创建的Pod。

Rancher实例正在管理两个集群：

• us-east1b-cluster,运行5个httpd Pod

• europe-west4-a cluster,运行1个 nginx Pod

单击Scale列下的“-”（减号图标），可以减少httpd Pod。我们很快就看到Pod数量减少了。 

若想要扩展pod，请单击Scale列下的“+”（加号图标）。完成后，您可以立即看到Pod正在被创建，以及ReplicaSet正在扩展事件。使用Pod的右侧菜单尝试删除其中一个pod，留意观察ReplicaSet如何重新创建它，以匹配所需的状态。 

如此一来，第一个集群的httpd Pod数从5个变到了2个，第二个集群的nginx Pod从1个变到了7个。现在，第二个集群看起来几乎耗尽了资源。

通过Rancher，我们还可以通过添加额外的节点来扩展集群。下面尝试这样做一下，让我们将节点数编辑为5。 

虽然是Rancher向我们展示了“协调集群”，但其实是Kubernetes在幕后升级集了群主服务器并调整节点池的大小。

稍等一下，最终你应该看到5个节点启动并运行。 

让我们检查一下Global选项卡，这样我们就可以对Rancher正在管理的所有集群有一个全局的了解。 

现在我们可以添加更多Pod（如果我们想的话），因为现在我们有新的可用资源了。下面试着把pod数变为13。

最重要的是，所有这些操作都是在没有停机的情况下完成的。在向上或向下扩展Pod或调整集群大小时，为httpd / nginx部署命中公有IP，HTTP响应状态代码始终为200。 

让我们回顾一下我们的Kubernetes集群缩放练习：

• 我们使用Rancher创建了两个集群

• 我们部署了含有1个 nginx  Pod和5个httpd  Pod的工作负载

• 对这两个部署进行扩容和缩容

• 调整了集群的大小

所有这些操作，都是通过在Rancher友好且直观的UI上，通过一些简单点击而完成的。当然，您也可以完全使用API完成这些操作。

在任何一种情况下，您都有一个中心点，您可以从中管理所有Kubernetes集群，观察其状态或根据需要扩展部署。如果您正在寻找一种工具来帮助您在混合/多云、多区域集群中进行基础架构管理和容器编排，那么开源的Rancher Kubernetes平台可能非常适合您。