作者 | 酒祝 阿里云技術專家

導讀： OpenKruise 是阿里云開源的大規模應用自動化管理引擎，在功能上對標了 Kubernetes 原生的 Deployment/StatefulSet 等控制器，但 OpenKruise 提供了更多的增強功能如 優雅原地升級、發布優先級/打散策略、多可用區 workload 抽象管理、統一 sidecar 容器注入管理等，都是經歷了阿里巴巴超大規模應用場景打磨出的核心能力。這些 feature 幫助我們應對更加多樣化的部署環境和需求、為集群維護者和應用開發者帶來更加靈活的部署發布組合策略。

目前在阿里巴巴內部云原生環境中，絕大部分應用都統一使用 OpenKruise 的能力做 Pod 部署、發布管理，而不少業界公司和阿里云上客戶由于 K8s 原生 Deployment 等負載不能完全滿足需求，也轉而采用 OpenKruise 作為應用部署載體。

背景問題

在介紹 OpenKruise 新增能力之前，我們先來看一下原生 K8s workload 所提供的發布能力：

• Deployment 目前支持 maxUnavailable 和 maxSurge：

• StatefulSet 目前支持 partition：

• 其余 workload 如 DaemonSet，也只支持了 maxUnavailable。

以上這些策略在測試環境或是小場景下尚且可行，但其實無法完全滿足大規模的應用場景。比方說：

• 首先，Deployment 不支持灰度分批發布，你想只灰度升級其中 20% 的 Pod 做驗證？抱歉做不到啊，用戶只能設置小一些的 maxUnavailable 等著它全部發完，或者發布出現問題緊急 pause 暫停；
• StatefulSet 確實支持灰度分批（partition），但目前是只能一個一個 Pod 來升級。如果 replicas 總數有個幾百上千的量，那么一次發布可能要等到天黑。

v0.5.0 新增功能

這里我們只針對 v0.5.0 版本 CloneSet 和 SidecarSet 的兩個主要功能改動來介紹，有興趣的同學可以在 Github changelog 上看到版本改動明細： https://github.com/openkruise/kruise/blob/master/CHANGELOG.md 。

CloneSet 支持 maxSurge 策略

在阿里巴巴內部的云原生環境下，絕大部分無狀態應用都使用 CloneSet 管理。為了應對超大規模應用的極致部署需求，我們在其中支持：

• 原地升級（發布前后 Pod 對象不變、IP 不變、volume 不變，只升級容器的鏡像）
• 縮小 replicas 指定 Pod 刪除
• 豐富的發布策略（流式、灰度分批、優先級、打散等）

而在今年 2 月份的 Kruise v0.4.0 版本中，我們將 CloneSet 推出到開源。CloneSet 一經發布就廣受關注，目前已經有多家知名互聯網公司在調研使用。

最初版本的 CloneSet 并未支持 maxSurge（先擴后縮發布），只支持了 maxUnavailable、partition 等策略。這對阿里巴巴內部的大體量應用來說不是問題，但是很多社區用戶的平臺上都有小規模的應用，如果不能配置先擴后縮，那么在發布階段可能會影響到應用的可用性。

在收到社區的 issue #250 #260 反饋后，我們在 CloneSet 中新增了 maxSurge 策略的支持并于 v0.5.0 版本中提供，在此也感謝社區 fatedier shiyan2016 等成員的參與貢獻和寶貴建議。至此，CloneSet 已經覆蓋了 K8s 原生 workload 的所有發布策略，下圖構建了 CloneSet 目前提供的發布功能：

這里暫時不對 CloneSet 的發布策略做詳細說明，我們后續會有專項文章來介紹。我們只看一下新增的 maxSurge 是如何配合流式、分批發布來實現的呢？接下來我們用幾個簡單的例子來看一下：

1. 設置 maxSurge + maxUnavailable + partition 發布：

apiVersion: apps.kruise.io/v1alpha1
kind: CloneSet
# ...
spec:
    replicas: 5          # Pod 總數為 5
  updateStrategy:
    maxSurge: 20%      # 多擴出來 5 * 20% = 1 個 Pod (rounding up)
    maxUnavailable: 0  # 保證發布過程 5 - 0 = 5 個 Pod 可用
    partition: 3       # 保留 3 個舊版本 Pod （只發布 5 - 3 = 2 個 Pod）

當開始發布時，CloneSet 會先根據 maxSurge 多擴出來一個 Pod，此時 Pod 總數為 6（5 個舊版，1 個新版）：

$ kubectl get clone demo
NAME    DESIRED   UPDATED   UPDATED_READY   READY   TOTAL   AGE
demo    5         1         0               5       6       17m

隨后，CloneSet 會在保證 maxUnavailable 的前提下逐漸把 Pod 刪除、新建的方式更新，直到滿足 partition=3 即剩余 3 個舊版本 Pod。此時，因為已經達到了期望的終態，CloneSet 會把新版本 Pod 刪除一個，此時 Pod 總數為 5（3 個舊版，2 個新版）：

$ kubectl get clone demo
NAME    DESIRED   UPDATED   UPDATED_READY   READY   TOTAL   AGE
demo    5         2         2               5       5       17m

這里可以觀察一段時間，當需要繼續往下發布時，再次修改 partition 為 0。然后，CloneSet 會再次根據 maxSurge 多擴出來一個 Pod，此時 Pod 總數為 6（3 個舊版，3 個新版）：

$ kubectl get clone demo
NAME    DESIRED   UPDATED   UPDATED_READY   READY   TOTAL   AGE
demo    5         3         2               5       6       17m

隨后，CloneSet 會在保證 maxUnavailable 的前提下逐漸把 Pod 刪除、新建的方式更新，直到滿足 partition=0 即所有 Pod 都升級到新版本。最后，CloneSet 會把新版本 Pod 刪除一個，此時 Pod 總數為 5（5 個新版）：

$ kubectl get clone demo
NAME    DESIRED   UPDATED   UPDATED_READY   READY   TOTAL   AGE
demo    5         5         5               5       5       17m

1. maxSurge 配合原地升級：

CloneSet 提供了 Pod 原地升級和重建升級兩種升級方式，都可以配合 maxSurge / maxUnavailable / partition 等策略來發布。

apiVersion: apps.kruise.io/v1alpha1
kind: CloneSet
# ...
spec:
  updateStrategy:
      type: InPlaceIfPossible
    maxSurge: 20%

如果在原地升級方式下配置了 maxSurge，CloneSet 會先擴出來 maxSurge 數量的 Pod，然后對舊版本 Pod 采用 in-place 的方式來升級（更新 Pod spec 中的 image 鏡像），最后在滿足 partition 終態之后再清理刪掉 maxSurge 數量的 Pod。

通過這種方式，既保證了發布過程的業務可用性，也盡量使 Pod 發布過程中 IP、volume 等信息不變。

SidecarSet 支持 volume 注入合并

SidecarSet 是 Kruise 提供的另一個重磅功能，不同于 CloneSet/StatefulSet 這些管理業務 Pod 的 workload，SidecarSet 是負責統一管理集群中的 sidecar 容器版本和注入。

而 v0.5.0 版本中新增的功能，就是在 sidecar 容器注入的時候，解決了 SidecarSet 和 Pod 中 volume 重復定義的沖突問題。這也是來自于一個社區 issue #254 反饋，他們使用 SidecarSet 做日志采集 sidecar 的管理，并期望以旁路的方式注入到所有 Pod 中。

舉個例子，我們需要往集群中每個 Pod 都注入一個日志采集 sidecar 容器。但是一來我們無法讓每個應用開發者都在自己的 CloneSet/Deployment 中增加這個容器的定義，二來即使在所有應用的 workload 中都加了，如果我們想要升級這個日志采集容器的鏡像版本，還得更新所有應用的 workload，這樣做的成本實在太高了！

而 OpenKruise 提供的 SidcarSet 正是為了解決上述這個問題。我們只需要將 sidecar 定義寫到一個全局的 SidcarSet 中，不管用戶用 CloneSet、Deployment、StatefulSet 等任何方式部署，擴出來的 Pod 中都會注入我們定義好的 sidecar 容器。

以日志采集為例，我們可以先定義一個 SidecarSet：

apiVersion: apps.kruise.io/v1alpha1
kind: SidecarSet
metadata:
  name: log-sidecar
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app-type: long-term  # 往所有帶 long-term 標簽的 Pod 中注入
  containers:
  - name: log-collector
    image: xxx:latest
    volumeMounts:
    - name: log-volume
      mountPath: /var/log  #  將 log-volume 的卷掛到 /var/log 目錄，采集這個目錄下的日志
  volumes:
  - name: log-volume   # 定義一個名為 log-volume 的卷
    emptyDir: {}

這里大家可能會問，如果每個應用打出日志的目錄路徑不同，怎么辦？不要急，這就是本次 volume merge 的功能所在。

這個時候，比如有一個應用 A 擴容的原始 Pod 如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    app-type: long-term
spec:
  containers:
  - name: app
    image: xxx:latest
    volumeMounts:
    - name: log-volume
      mountPath: /app/logs  # 應用自己的日志目錄
  volumes:
  - name: log-volume   # 定義一個名為 log-volume 的卷
    persistentVolumeClaim:
        claimName: pvc-xxx

那么 kruise webhook 就會將 SidecarSet 中定義的 log sidecar 容器注入到 Pod 中：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  labels:
    app-type: long-term
spec:
  containers:
  - name: app
    image: xxx:latest
    volumeMounts:
    - name: log-volume
      mountPath: /app/logs  # 應用自己的日志目錄
  - name: log-collector
    image: xxx:latest
    volumeMounts:
    - name: log-volume
      mountPath: /var/log
  volumes:
  - name: log-volume   # 定義一個名為 log-volume 的卷
    persistentVolumeClaim:
        claimName: pvc-xxx

可以看到，因為 SidecarSet 和 Pod 中定義的日志 volume 名字都叫 log-volume，那么在注入的時候就會以 Pod 中定義的 volume 為準。比如這里 Pod 中的 volume 采用了 pvc 的方式來掛載 pv，那么注入 sidecar 后，同樣會把這個卷掛到 sidecar 容器中的 /var/log 目錄下，然后執行日志采集即可。

這樣以 SidecarSet 的方式管理 sidecar 容器，既和應用部署發布做了解耦，也同樣可以和應用容器共享 volume 卷，來實現日志采集、監控等相關 sidecar 功能。

總結

本次 v0.5.0 版本的升級，主要帶來了應用無損發布和 sidecar 容器管理上更加便捷的能力。

后續 OpenKruise 還會持續在應用部署/發布能力上做出更深的優化，我們也歡迎更多的同學參與到 OpenKruise 社區來，共同建設一個場景更加豐富、完善的 K8s 應用管理、交付擴展能力，能夠面向更加規模化、復雜化、極致性能的場景。

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