Kubernetes 网络、监控技术全面解读

• 宇宙文明的技术进步与其可控制的能源总量息息相关，从低到高可以确定文明发展的三种类型：类型一、能够充分利用行星资源;类型二、能够收集整个恒星系统的能源;类型三、可以利用星系系统的能源。

—— 1964年，天体物理学家尼古拉-卡尔达舍夫

如果从资源利用的角度划分，云计算可以划分为两个类型，类型一：基于传统虚拟化构建的云，这是目前大部分云的形态。类型二：基于容器构建的云，这是云必然的未来。容器对资源的利用率要提高一个数量级，更重要的是颗粒度更细，自动化程度更高。容器是传统虚拟化效率的数百倍，滚滚洪流，不可阻挡。

更高的类型，也意味着更复杂，笔者尤其关注容器云在网络、监控两方面面临巨大的挑战。

一、容器常见的网络解决方案概述和对比

容器常见的网络标准有两种，分别是Docker公司提出的CNM(Container Network Model)，和CoreOS公司提出的CNI(Container Network Interface)。

1. CNM介绍

Libnetwork是CNM规范的规范实现，Libnetwork提供Docker守护程序和网络驱动程序之间的接口。网络控制器负责将驱动程序与网络配对。每个驱动程序负责管理其拥有的网络，包括提供给该网络的服务。 每个网络有一个驱动程序，多个驱动程序可以与连接到多个网络的容器同时使用。

Libnetwork提供Docker守护程序和网络驱动程序之间的接口，图来源：thenewstack

2. CNI介绍

CNI已经成为云原生应用基金会(CNCF)的正式项目，用于编写插件以配置Linux容器中的网络接口。CNI仅关注容器的网络连接并在删除容器时删除分配的资源。CNI提供了广泛的支持，并且规范易于实现，支持第三方插件。

CNI是向网络添加和删除容器的最小规范，图来源：thenewstack.io

目前主流的容器云都是基于Kubernetes构建，CNI也是Kubernetes所采用的网络标准。常见的CNI网络插件有：

图来自于网络，出处不可考

1)常见的CNI插件介绍

• Calico：Calico使用纯L3方法提供简单，可扩展的网络。Calico还提供无状态IP-in-IP模式，除了可扩展的网络，Calico还提供策略隔离。Calico是一个基于BGP的纯三层的数据中心网络方案(不需要Overlay)。
• Flannel：flannel一种简单易用的方法，可以配置为Kubernetes设计的layer3网络结构。flannel基于Linux TUN/TAP，使用UDP封装IP包来创建overlay网络，并借助etcd维护网络的分配情况。
• Canal：Canal支持Flannel和Calico，提供开箱即用的VXLAN网络，同时还允许利用Calico策略隔离。
• Cilium：Cilium是一个开源软件，用于透明地提供和保护使用Kubernetes、Docker和Mesos等Linux容器管理平台部署的应用程序服务之间的网络和API连接。Cilium的基础是名为BPF的新Linux内核技术，它可以在Linux本身内动态插入强大的安全性、可见性和网络控制逻辑。
• kopeio-networking：kopeio-networking是专为Kubernetes而设计的，充分利用了Kubernetes API，因此更简单，更可靠。
• kube-router：Kube-router是专为Kubernetes打造的专用网络解决方案，旨在提供操作简单性和性能。Kube-router将pod网络解决方案，服务代理和网络策略实施器作为一体化解决方案。
• Romana：Romana为pod网络使用标准的第3层网络。Romana支持Kubernetes网络策略API，使群集跨网络可用区域分割，Romana支持各种网络拓扑，包括第2层和第3层网络。节点之间的路由在本地安装，必要时使用BGP或OSPF分发到网络设备。
• Weave Net：Weave Net支持多主机容器网络，可以跨越不同的云网络配置，简化Kubernetes上运行的旧工作负载。

2)CNI插件项目Forks数量比较

Github上被Forks的数量对比，图来源chrislovecnm.com

3)CNI插件项目10Gbit网络下的CPU消耗比较

10Gbit网络下的CPU消耗比较，图来源itnext.io

由于篇幅所限，本文仅对CNI插件做简单介绍，如果对CNI插件有进一步兴趣，可以查阅相关项目官方文档。

二、Kubernetes的监控解决方案介绍

Kubernetes因为状态一直动态变化，因此监控也是一个难点，常见的监控工具有：

• Kubelet: Kubelet通过Kubernetes API服务器监视PodSpecs，并收集资源利用率统计信息以及pod和事件状态。
• cAdvisor：cAdvisor是一个开源容器资源使用和性能分析代理，专为容器而构建。在Kubernetes中，cAdvisor被集成到Kubelet二进制文件中。cAdvisor自动发现机器中的所有容器，并收集CPU，内存，文件系统和网络使用情况统计信息。
• Prometheus：Prometheus可以原生地监测Kubernetes，Prometheus Operator简化了Kubernetes上的Prometheus设置，并允许使用Prometheus适配器提供自定义指标API。 Prometheus提供强大的查询语言和内置仪表板，用于查询和可视化数据。
• Sysdig：Sysdig将来自系统调用，Kubernetes事件，Prometheus指标，statsD，JMX等的数据整合到一个页面中，从而提供环境的全面信息。Sysdig还提供了API来查询，以提供强大且可定制的解决方案。Sysdig和Sysdig Inspect能够自由地执行故障排除，性能分析和取证。
• Jaeger：Jaeger是优步科技发布的追踪系统，用于在复杂的分布式系统中进行故障排除和监控事务。
• Weave Scope：Weave Scope是Weaveworks开发的监控工具。Weave Scope在Kubernetes集群中生成进程，容器和主机的映射，以帮助实时了解Docker容器。还可基于图形UI管理容器并在容器上运行诊断命令。

（编辑：西安站长网）

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