Kubernetes：如何改善大型DDS系統中的軟件交付

系統管理員一致認為：部署和管理大型分布式系統非常復雜。如果您有數百個應用程序，則很難手動執行所有操作。為了克服這個問題，容器技術已被廣泛應用于各種行業的大規模分布式系統中。

 容器是打包應用程序及其依存關系的軟件部署單元。容器技術對于數據分發服務（Data Distribution Service?）系統可能很有用，尤其是在您擁有大型系統并且需要遠程部署、更新和擴展它的情況下。在這方面，RTI公司已經探索Docker和Kubernetes已有相當一段時間了。

 作為RTI研究團隊內工作的一部分，我們還一直在評估Kubernetes集群內DDS的性能，以幫助確定客戶是否應該注意任何問題。在我的兩部分博客的第一部分中，這里將討論什么是Kubernetes，以及它與DDS的關系。

 什么是Kubernetes？

Kubernetes（k8s）是用于容器化應用程序的編排平臺。什么是業務流程平臺？編排平臺是一組服務，可幫助部署和管理分布式節點和應用程序。具體來說，它通過向上和向下縮放、執行更新和回滾，自我修復等方法來幫助管理分布式應用程序。目前，k8s是容器編排的實際標準，它是Google開發的一個開源項目，并且目前由Cloud Native Computing Foundation（CNCF）管理。

您可能聽說過Docker。k8與Docker有何關系？k8和Docker是互補技術。Docker是當前使用最廣泛的容器引擎技術，因此使用Docker開發和打包然后使用k8來管理這些容器是很常見的。

Kubernetes體系結構

要使用k8s，首先需要設置k8s集群，否則，如果已經有一個集群，則需要訪問該集群。如果您沒有集群，請簽出kubeadm來設置分布式集群，或者查看minikube來本地設置。使用這些工具非常容易。

 k8s集群是什么樣的？如圖1所示，每個k8s集群至少由一個主節點和多個工作節點組成。主服務器充當集群的控制平面。每個工作程序節點管理一個容器運行時，例如Docker；它處理容器的生命周期操作，例如拉容器圖像，啟動和停止容器。每個工作節點還具有一個稱為kubelet的代理，該代理與主服務器進行通信以進行容器編排。

 一旦您的k8s集群啟動并運行，就可以通過k8s命令行工具kubectl將k8s清單文件發送到主服務器來部署容器。

圖1. Kubernetes的概念和架構

 Kubernetes網絡

現在，讓我解釋一下k8的網絡模型，因為這將是與DDS最為相關的主題。K8s使用Docker作為默認的容器引擎，但是其聯網方法不同于Docker的默認方法。

 k8s引入了一個稱為“ pod”的新概念作為其可部署單元。容器是具有共享存儲/網絡的一個或多個容器的集合。每個Pod都有自己直接可訪問的IP地址，因此，您無需像處理Docker那樣處理容器與主機之間的映射端口。

 該網絡模型創建了一個干凈的，向后兼容的模型，在其中可以將Pod視為物理主機。Kubernetes的網絡模型具有以下基本要求：

 所有容器無需網絡地址轉換（NAT）即可與所有其他容器通信。

●   所有節點都可以在沒有NAT的情況下與所有容器通信（反之亦然）。

●   容器所看到的IP與其他人所看到的IP是相同的。

從中我們得到的啟發

與單獨使用Docker相比，k8s網絡模型更適合DDS。DDS參與者交換其IP地址以進行點對點通信，因此DDS在沒有NAT的網絡上可以更好地工作。

 DDS發現服務對于k8s非常有用。Pod的IP地址不可靠，因為它們的IP地址是在創建時動態分配的。因此，通常將Pod縫合到具有可靠IP地址和DNS名稱的“ k8s服務”中。然后，k8s服務負載平衡了縫合后端后端的網絡流量。使用DDS發現服務，您不需要k8s服務，因為DDS窗格可以通過主題發現并建立彼此的連接，從而抽象出基于IP的通信。這將允許DDS Pod在無需k8s服務的情況下進行發現和通信，從而解決了IP不可靠性問題。

 k8s提供了一組不錯的功能，用于部署，更新，擴展和自我修復分布式應用程序。盡管這是事實，但可能難以完全理解和利用所有功能。我們真的需要k8來管理DDS應用程序嗎？我會說并不是每個系統都需要它。但是，如果您的系統是：

1. 大規模的數百個節點和應用程序。

2. 利用容器包裝應用程序。

3. 需要自動縮放和自我修復功能。

使用k8s的自我修復功能的一個問題是，檢測和啟動新容器可能要花費一分鐘或更長時間。此恢復時間不會影響群集的無狀態應用程序，但是會嚴重影響有狀態的應用程序。作為RTI研究團隊當前工作的一部分，我們一直在研究為關鍵應用程序支持自我修復的機制，這些機制有可能將恢復時間縮短到100毫秒以下。

 在本博客的下一部分中，我將以RTI PerfTest為例，分享在k8s集群中部署DDS應用程序的特定說明和配置。如果您對此主題感興趣，請檢查一下！

 關于作者

Kyoungho An是Real-Time Innovations（RTI）的高級研究工程師。他在分布式實時嵌入式系統方面擁有10年的經驗。他的研究興趣包括發布/訂閱中間件，以及分布式系統的部署和監視。他曾擔任首席研究員，領導過多個由DOD和DOE資助的研究項目。他在期刊和會議上發表了針對分布式基于事件的系統，中間件和網絡物理系統的研究論文。他擁有博士學位。范德比爾特大學計算機科學博士學位。