如何零停机为混合云架构中 Kubernetes 集群进行扩缩容

引言

很多时候，对于在线类型的业务，企业可能会拥有自己的数据中心，然后拥有用于运行网站的私有云。要想运行应用程序并存储其数据，企业可能需要部署许多服务器。

可能大多数时候，网站的整体流量都是稳定的。但也不排除有时，网站的流量会面临突然的增长，这时企业该如何应对？

想应对流量增加，扩展应用程序是必须的。但需要为了这偶尔的流量增加来购置新的硬件吗？额外的花费加上每年只使用几次的频率，是划算的吗？可能不少企业会权衡这个问题。这种时候，混合云模式可能是个不错的选择。

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？

简单来说，回答是肯定的。不少企业会选择多个公有云提供商。因为企业也许有不同的团队，需要处理不同的应用程序，有不同的要求，因此单一的云提供商可能无法满足所有需求。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。使用多种、多地的公有云，可以帮助组织满足这些严格的、多样化的要求。同时，也许企业的最终用户分布在不同地域，这时候企业还可以从多个数据中心区域或可用区域中进行选择，以尽可能地在地理位置上接近最终用户，从而为用户提供最佳性能和最小延迟。

跨云扩展的挑战

决定使用混合云架构后，我们来回头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 可以帮助您管理和编排节点集群中的容器化应用程序。然而，尽管 Kubernetes 能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 概念有：

• 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。

启动 Rancher 2.0 实例

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/

上手 Rancher 和 Kubernetes

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。

扩展 Pod 和集群

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 在幕后升级了集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。

总结

让我们回顾一下本文中的扩展 Kubernetes 集群的过程：

• 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。