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Kubernetes 稳定性保障手册：洞察+预案

發布時間：2025/3/20 编程问答 21 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 Kubernetes 稳定性保障手册：洞察+预案小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

作者 | 悟鵬
來源 | 阿里巴巴云原生公眾號

《Kubernetes 穩定性保障手冊》系列文章：
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Kubernetes 穩定性保障手冊 – 極簡版
Kubernetes 穩定性保障手冊 – 日志專題
Kubernetes 穩定性保障手冊?–?可觀測性專題
Kubernetes 穩定性保障手冊 – 洞察+預案（本文）

綜述?

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穩定性保障是個復雜的話題，需要有效、可迭代、可持續保障集群的穩定性，系統性的方法或許可以解決該問題。
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為了形成系統性的方法，可以梳理出穩定性保障復雜性的源頭，制定數據模型來對其進行描述，然后在數據模型的基礎上對集群的穩定性保障進行數字化和可視化，以數據模型為內核來持續迭代對穩定性保障的理解、實踐以及經驗的固化。
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穩定性復雜性源頭

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穩定性保障的復雜性源頭，一般會有如下維度：
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系統組件數量和交互關系：隨著時間持續變化
系統組件和交互的動態行為特征：不易推導和觀察
系統資源類型和數量：隨著時間持續變化
系統資源的動態行為特征：不易推導和觀察
集群的穩定性保障動作：不易規范和安全執行

總結下來，即：
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如何有效、全面洞察集群
如何通過預案安全執行穩定性保障動作

數據模型

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可以通過 4 張圖和 3 張表對洞察和預案進行數據模型的抽象：
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4 張圖

架構關系圖：描述集群組件及其交互關系
架構運行圖：描述集群組件及交互的動態特征
資源構成圖：描述集群資源的構成
資源運行圖：描述集群資源的動態使用特征

3 張表

事件列表：描述集群產生的需要關注的事件
操作列表：描述集群中可以執行的管理操作
預案列表：描述集群中事件和操作的關聯關系

如下：
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洞察

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集群的功能由集群架構提供，功能組件基于集群資源運行，故對于集群穩定性的洞察，核心在于把握集群架構和集群資源的特征。
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1. 架構關系圖

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集群架構通常可以通過圖來表征，其中節點表征組件，邊表征交互關系，通過圖結構可以直觀把握集群的架構，形如下圖：
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可通過形如下的數據結構描述：

{"nodes": [{"_id": "0ce0e913f6e5516846c654dbd81db6ecab1f684e","name": "kube-apiserver","description": "XXX VPC 內","type": "managed component","dependencies": {}},{"_id": "f0740d8bb67520857061a9b71d4a9e4fc50bfe3d","name": "etcd","description": "XXX VPC 內","type": "managed component | storage","dependencies": {}},{"_id": "05952a825e91cb50a81cbaf23c6941d5c3bb2c89","name": "eni-operator","description": "XXX VPC 內，管理 ENI","type": "component","dependencies": {"serviceaccount": "enioperator","clusterrole": "enioperator","clusterrolebinding": "enioperator","configmaps": ["eniconfig"],"secrets": ["enioperator"]}},{"_id": "42699513a7561e89a5f99881d7b05653a1625c51","name": "Network Service","description": "提供 VPC/VSwitch 等云網絡資源的管理服務","type": "cloud service"}],"edges": [{"_id": "38bce9ca8a0cec6d8586d96298bd63b0523fc946","source": "eni-operator", "target": "kube-apiserver","description": "管理 ENI 請求"},{"_id": "93f3c21247165f0be3a969fc80f72bc1a402e9f5","source": "eni-operator", "target": "Network Service","description": "訪問阿里云 ECS OpenAPI，管理 VPC/VSwitch 等網絡資源"}] }

2. 架構運行圖

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集群運行過程中，組件及交互關系可以通過外部觀測數據推測內部狀態，如 log/metrics/trace。與集群架構圖結合，可以在靜態架構的基礎上疊加動態的洞察數據，更直觀把握集群的健康狀態，如下圖：
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其中的數字表征洞察數據，可以是「異常數量」「請求流量」等。除了通過數字進行洞察，還可以使用「顏色表征健康狀態」「線條粗細表征流量大小」等。

可通過形如下的數據結構描述：

{"nodes": [{"_id": "ea4538dc0625d06b0dc93579998e04288656050f","name": "mutatehook","deploy": {"type": "K8s:Deployment","namespace": "kube-system","replicas": 3},"insight": [{"source": {"vendor": "cloud:aliyun:sls","log_project": "xxx","log_store": "mutatehook","log_url": "https://sls.console.aliyun.com/lognext/project/xxx"},"signal": {"exception": {"fuzzy": "fail OR Fail OR error OR Error"}}}]}],"edges": [{"_id": "38bce9ca8a0cec6d8586d96298bd63b0523fc946","source": "eni-operator", "target": "kube-apiserver","insight":[{"source": {"vendor": "cloud:aliyun:sls","log_project": "xxx","log_store": "xxx","log_url": "https://sls.console.aliyun.com/lognext/project/xxx"},"signal": {"exception": {"unauthorized": "Unauthorized","throttling": "'Throttling' OR 'throttling'"}}}]}] }

3. 資源構成圖

資源管理是個復雜的話題，通過分析集群中資源的構成關系，也可以嘗試通過圖結構來表征集群的資源構成，節點表征資源，邊表征資源的從屬或綁定關系。
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可通過形如下的數據結構描述：

{"kinds": ["vpc", "vswitch", "securitygroup", "ecs", "clb", "rds", "nat", "eip"],"tags": {"cluster/product": "xxx","cluster/id": "2736f42d4e882ad6825d6364545a3f1cb5136859","cluster/name": "xxx","cluster/env": "staging"},"nodes": [{"kind": "vpc","nodes": [{"_id": "c505f21871bac7385c1387988cf226310af0831e","id": "vpc-xxx","description": "","ipv4": "xxx","tags": {"resource/creator": "product","resource/role": ""},"url": "https://vpc.console.aliyun.com/vpc/xxx"}]},{"kind": "ecs","nodes": [{"_id": "47c4fe5cc2585a49f07798a0b8b69cda7f8d4a23","id": "xxx","az": "xxx","interfaces": {"primary": {"ip": "xxx","eni": "xxx","mac": "xxx"}},"instance-type-family": "xxx","instance-type": "xxx","tags": {"resource/creator": "product","resource/role": "worker","node/container-runtime": "xxx","node/user-networking": "xxx","node/system-networking": "xxx"},"status": "","condition": "","url": "https://ecs.console.aliyun.com/#/server/xxx"}]}],"edges": [{"_id": "a754c748b2723a25c017421dd0969d00df3c000b","source": "vsw-xxx", "target": "vpc-xxx","description": ""},{"_id": "c34b164eba2897cfb2b574a576672d8aa441d709","source": "eip-xxx", "target": "ngw-xxx","description": ""}] }

4. 資源運行圖

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資源使用過程中，也可以對資源及資源間的關系通過外部觀測數據推測內部狀態，如 log/metrics/event。與資源構成圖結合，可以在靜態資源的基礎上疊加動態的洞察數據，直觀把握集群資源的使用狀態。
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可通過形如下的數據結構描述：

{"nodes": [{"_id": "35103ac62d4ef0a314e2a5128f44c684205bea2f","id": "vpc","insight": [{"source": {"vendor": "cloud:aliyun:vpc","type": "OpenAPI"},"signal": {"vpc/exist": "DescribeVpcs","vswitch/count": "DescribeVSwitches"}},{"source": {"vendor": "cloud:aliyun:ecs","type": "OpenAPI"},"signal": {"ecs/count": "DescribeInstances","securitygroup/count": "DescribeSecurityGroups"}}]},{"_id": "6450e07dc67027f76f29fbfcb841e57200855196","id": "ecs","insight": [{"source": {"vendor": "cloud:aliyun:ecs","type": "OpenAPI"},"signal": {"ecs/exist": "DescribeInstances","ecs/count": "DescribeInstances","ecs/usage": "DescribeInstanceMonitorData"}},{"source": {"vendor": "cloud:aliyun:ecs","type": "auto"},"signal": {"ecs/state_change": ""}}]}],"edges": [{"_id": "caa1e395c713f47766ca7bcfc20419c0be0f0803","source": "i-xxx", "target": "sg-xxx","insight": [{"source": {"vendor": "cloud:aliyun:ecs","type": "OpenAPI"},"signal": {"exist": "DescribeInstances"}}]},{"_id": "537dc478d95714792b3694674d6164f72b361bb0","source": "eip-xxx", "target": "ngw-xxx","insight": [{"source": {"vendor": "cloud:aliyun:vpc","type": "OpenAPI"},"signal": {"exist": "DescribeEipAddresses"}}]}] }

預案

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集群出現異常是不可避免的，需要在出現異常時安全、有效處理。
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異常可以通過事件來表征，安全、有效的操作是經過評審、演練過的操作，將異常與操作結合，由異常觸發操作，形成經過評審、演練的預案，可以安全有效處理集群異常。
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1. 事件列表

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集群運行過程中會產生需要關注的事件，事件自身的格式可基于社區 CloudEvents標準來使用：https://github.com/cloudevents/spec/blob/v1.0.1/spec.md。
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可通過形如下的數據結構描述：

{"events": [{"_id": "a1ab5b61857be35a5c5b203dd84b49248161c823","description": "restart workload manually","event": {"id": "restart-workload","source": "xxx","specversion": "1.0","type": "com.aliyun.trigger.manual","datacontenttype": "application/json","data": "{\"NAMESPACE\": \"\", \"NAME\": \"\", \"TYPE\": \"\"}"}}] }

2. 操作列表

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為了降低誤操作的可能性，同時避免異常發生時執行未經審核、驗證的操作，需要定義集群中可以進行的操作列表。
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可通過形如下的數據結構描述：

{"actions": [{"_id": "47abc5cd9d64018ebf96dc5b2d6a4fbd35a3cb6d","name": "Action Restart Workload","exec": "restart-workload","env": ["NAMESPACE","NAME","TYPE"]}] }

3. 預案列表

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在事件列表和操作列表基礎上，可以將事件和操作關聯起來，以事件驅動的方式處理異常，即預案。
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可通過形如下的數據結構描述：

{"plans": [{"_id": "29a091c48d8992991ed69e8694b017a11abe3eec","name": "Plan Restart Workload","description": "重啟 workload","event": "a1ab5b61857be35a5c5b203dd84b49248161c823","actions": ["47abc5cd9d64018ebf96dc5b2d6a4fbd35a3cb6d"]}] }

全局可視化穩定性保障

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基于上述4 張圖和3 張表的數據模型，形成對集群穩定性保障的洞察+預案的內核，可以衍生出一種全局可視化的穩定性保障服務。
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這樣的服務具有如下關鍵點：
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全局視角
數字化
可視化

這種服務基于兩種原理實現：
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人們對圖像的處理效率遠高于文字
全局視角可以提供「端到端理解系統」「精準定位問題」「安全處理問題」的能力

以日常生活中的交通圖為例：
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通過交通圖，可以快速了解到一個區域的道路分布和關鍵節點，約定俗成的紅黃綠顏色可以直觀表達道路的擁堵狀況。在更豐富的交通圖上，還會觀察到諸如修路、封路等重要事件。
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這樣，基于可視化的方式，就可以迅速理解一個區域的交通和地理情況。
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底層的數據模型是基礎，應用可視化的手段，使得數據的價值更易被發揮。
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一種實現

1）部署形態

Region 化部署
面向 Region 內單集群或多集群提供服務

2）使用體感

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根據穩定性保障的最佳實踐，將穩定性保障分為如下幾個欄目：

運行鏈路圖：
- 該欄目是日常穩定性保障高頻使用的區域，通過可視化的能力，直觀感知異常的發生、異常范圍和影響程度、白屏化+可視化方式處理異常
部署架構圖
- 該欄目用于理解集群的部署架構，感知和處理部署維度的問題
- 容量管理 (包括節點管理、容量規劃等) 在此欄目進行
業務流程圖
- 該欄目沉淀業務的功能流程圖，一方面協助業務控制功能復雜度，一方面協助業務理解業務功能現狀，共同助力業務迭代
- 業務相關的數據分析可放在該欄目
數據分析：該欄目服務兩方面的數據需求
- 業務需求
  - 查看類：集群規模等 SLI 信息、集群穩定性等 SLO 信息
  - 查詢類：根據特征查詢統計信息 (如根據 label 查詢資源申請等)
- 穩定性保障需求
  - 查看類：集群水位等 SLI 信息，集群穩定性保障效果等 SLO 信息
  - 查詢類：根據特征查詢統計信息 (如根據 label 查詢關聯的所有資源信息、資源泄露信息等)
可觀測性管理
- 該欄目用管理可觀測性相關事宜，包括：
  - 觀測數據生成
  - 觀測數據采集
  - 觀測數據處理
  - 觀測數據消費
可控性管理
- 該欄目用于管理與控制相關的操作，包括：
  - 發布管理
  - 災備管理
  - 預案管理
  - 資源管理
  - 混沌工程
  - 安全管理
  - 定期體檢

系統正常運行期間：
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通過「數據分析」欄目，確認集群在「可觀測性」「可控性」方面的覆蓋面和精確性
在「可觀測性管理」欄目，進行可觀測維度的管理，包括數據源/監控/告警補齊、治理等
在「可控性管理」欄目:
- 根據觀測數據發現的問題，進行預案配置、issue 管理等
- 根據混沌工程或演練發現的問題，進行預案配置等
在「運行鏈路圖」「部署架構圖」中，通過可視化方式，將已經配置的監控、告警、預案與組件或鏈路結合

系統異常及恢復期間，在「運行鏈路圖」中：
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通過集群運行鏈路圖或告警，感知異常的發生
自動或手動觸發問題跟蹤
通過集群運行鏈路圖中組件及交互的顏色，感知異常的組件、異常的鏈路和嚴重程度
點擊集群運行鏈路圖中組件的異常數字，獲取關聯的異常詳情，或跳轉到日志、tracing 系統等進行手動查詢
根據異常詳情或平臺提示，確定待執行的預案和關聯的組件
在集群運行鏈路圖中執行預案 (阻斷問題或恢復服務)
通過集群運行鏈路圖中組件及交互的顏色，確認預案執行效果
自動或手動結束問題跟蹤

問題跟蹤過程中記錄的主要內容有：
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issue
異常發生的時刻
異常處理期間執行的動作
運行鏈路圖 snapshot
異常恢復的時刻

數據模型及競爭力分析

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數據模型是穩定性保障最佳實踐進行迭代、分享和應用的媒介，通用的洞察和預案可以形成標準化的服務，個性化的洞察和預案可通過固定的結構來描述，然后使用通用的控制器來落地。
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以數據模型形成洞察+預案的穩定性保障服務，技術核心為：
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洞察模型
- 關鍵問題：
  - 如何洞察集群穩定性？
  - 如何洞察業務迭代效率？
數據模型
- 關鍵問題：
  - 如何定義有效、可擴展的數據描述?

在技術核心的基礎上，可以圍繞如下的競爭力進行迭代：
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洞察
- 全局化
- 數字化
- 可視化
效率
- 最短操作路徑
- 最小使用成本
先進性
- 流程化最佳實踐

小結

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通過 Spec 規范 7 種數據模型，我們可以基于結構化的描述來表征洞察+預案。以此為核心，不斷迭代對穩定性保障的實踐和理解，加速業務迭代。再擴展一步，也有可能基于該模型在發展方向反哺業務。
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如果大家感興趣，歡迎在留言區進行交流。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Kubernetes 稳定性保障手册：洞察+预案的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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