CN113176929A - 一种国产操作系统的容器化部署方法及平台 - Google Patents
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Abstract
一种国产操作系统的容器化部署方法,包括:步骤一:国产操作系统的容器化部署;步骤二:容器化镜像版本管理;步骤三:Kubernetes集群云终端部署和运行;步骤四:国产操作系统监控和存储;步骤五:通过Kubernetes日志管理工具,能实时的对国产操作系统的日志进行分析,对可能出现的故障及早发现,及早解决。以及一种国产操作系统的容器化部署平台,通过一组计算机群来搭建Kubernetes集群,集群中所有机器之间能互相通信,并连接网络,用于拉取国产操作系统镜像,禁止swap分区,所述Kubernetes集群可以实现权利要求1至5任一项所述国产操作系统的容器化部署方法。高效的实现了国产操作系统的高可用、稳定(多副本)、统一管理、一键部署,简单快捷的功能。
Description
技术领域
本发明涉及操作系统领域,具体涉及一种国产操作系统的容器化部署方法与平台。
背景技术
目前国产操作系统正在快速普及,但是受其硬件环境影响,在部署国产操作系统的时候很难做到兼容性的统一,而且在装好后还需要进行额外的调试,费时费力,传统的操作系统部署,对于不同的设备需要不同专业技术人员来进行配置,使得部署实施团队规模较大,效率低,且不同技术人员间沟通协调复杂,并且容易存在理解偏差,为部署工作带来障碍;另外,传统的部署方式需要大量的手动配置操作,部署过程繁琐、周期长、易出错,并且部署后的产品不具有一致性,后期运维成本较高,很难实现操作系统的批量部署。
发明内容
本发明的目的在于提供一种国产操作系统的容器化部署方法与平台,容器化部署正是为了解决传统部署兼容性差、效率低这一痛点,将国产系统的镜像包通过Docker容器运行,用Kubernetes容器编排工具来部署在容器里面的国产操作系统,在Kubernetes中,我们可以创建多个操作系统容器,每个操作系统容器里面运行一个操作系统实例,然后通过内置的负载均衡策略,实现对这一组操作系统实例的管理、发现、访问,而这些细节都不需要运维人员去进行复杂的手工配置和处理,高效的实现了国产操作系统的高可用、稳定(多副本)、统一管理、一键部署,多平台运行,简单快捷,部署好就能直接投入使用。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种国产操作系统的容器化部署方法,包括:
S1:国产操作系统的容器化部署;
S2:容器化镜像版本管理;
S3:Kubernetes集群云终端部署和运行;
S4:国产操作系统监控和存储;
S5:通过Kubernetes日志管理工具,能实时的对国产操作系统的日志进行分析,对可能出现的故障及早发现,及早解决。
进一步地,在步骤S1中,利用Docker容器技术,构建docker image build国产操作系统镜像,完成国产操作系统的容器化部署。
进一步地,在步骤S2中,对每一个不同版本国产操作系统,都有一个对应的国产操作系统镜像版本,并存储在Docker Registry或Docker hub中。
进一步地,在步骤S3中,采用Kubernetes对不同云服务平台的国产操作系统镜像运行及管理,实现对不同机器上的容器化国产操作系统进行服务注册,服务发现,负载均衡、配置、存储管理、健康检查、自动扩缩容的服务。
进一步地,在步骤S4中,通过对Kubernetes所有核心组件(即Kubelet、Kubecontroller manager和Kube scheduler)的很多标记,并设置低于标准值的初始默认值,以此来适用于规模小的集群,随着集群规模的扩大,及时对集群进行调整,并监控Kubernetes的标签和注释等细节。并设置监控基线,使监控工具从Kubernetes抓取大量数据时不影响集群性能或导致集群故障,需要诊断故障时,可适当调高基线值。
进一步地,所述监控基线调高,同时部署更多Master和Node,并单独部署专门存储K8s数据的集群,提高可用性。
进一步地,一种国产操作系统的容器化部署平台,通过一组计算机群来搭建Kubernetes集群,设置一台或多台机器(一个Master节点和多个Node节点),集群中所有机器之间能互相通信,并连接网络,用于拉取国产操作系统镜像,并禁止swap分区,所述Kubernetes集群可以实现所述国产操作系统的容器化部署方法。比直接部署到物理机上,将国产操作系统容器化部署,更加安全(硬件防火墙+软件防火墙)。
本发明具有的有益效果:
1、通过提供一种国产操作系统的容器化部署方法,每个容器之间互相隔离,每个容器有自己的文件系统,容器之间进程不会相互影响,能区分计算资源。相对于虚拟机,容器能快速部署,由于容器与底层设施、机器文件系统解耦的,所以它能在不同云、不同生产环境进行迁移,使用容器可以在build或release的阶段,为国产操作系统创建容器镜像,因为每个国产操作系统不需要与其余的应用堆栈组合,也不依赖于生产环境基础结构,这使得从研发到测试、生产能提供一致环境。
3、用Kubernetes容器编排工具来部署在容器里面的国产操作系统,在Kubernetes中,我们可以创建多个操作系统容器,每个操作系统容器里面运行一个操作系统实例,然后通过Kubernetes内置的负载均衡策略,实现对这一组操作系统实例的管理、发现、访问,而这些细节都不需要运维人员去进行复杂的手工配置和处理,高效的实现了国产操作系统的高可用、稳定(多副本)、统一管理、一键部署,多平台运行,简单快捷的功能,部署好就能直接投入使用。
附图说明
图1为本发明容器化部署方法的流程示意图;
图2为本发明的整体结构示意图;
图3为本发明创建pod流程结构示意图;
图4为本发明创建Deployment流程结构示意图;
图5为本发明运行pod流程结构示意图;
具体实施方式
下面结合实施例及附图,对本发明作进一步的详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
本实施例提出了一种将国产操作系统从物理机部署到容器化部署的解决方案,然后用容器编排工具Kubernetes来进行统一管理。
一种国产操作系统的容器化部署方法,如图1,包括:
S1:使用Docker技术构建国产操作系统镜像;
运维部门需要获取国产操作系统代码,分析Dockerfile,构建docker imagebuild国产操作系统镜像,运行测试该国产操作系统镜像。在构建国产操作系统像之后,将其保存在一个镜像仓库Docker Hub中,存储镜像会比较安全,并且可以被其他人访问使用。至此国产操作系统就可以以镜像的形式交付并以容器的方式运行了。
具体的,在开发和测试环境中,推荐使用-v共享文件夹来存储开发人员的程序代码,避免频繁打包操作。其次,利用基础base镜像的继承特性来调整镜像的轻微变更。例如当需要测试招聘系统对不同版本JDK的支持情况时,只需改变base镜像的JDK设置,然后其他依赖它的镜像在重新创建的过程中就可以自动完成更新。最后,测试部门应当注意Docker以及镜像的版本,并经常对部署后的应用程序进行性能上的测试。
S11:使用Docker技术,从镜像仓库中把国产操作系统的镜像拉到本地服务器;
客户端client向Docker daemon发送命令docker pull,告诉Docker daemon要拉取哪个版本的国产操作系统镜像,Docker daemon会先在本机检查这个镜像是否存在,如果存在并且版本一致,它不会做任何操作;如果不存在,它会到Docker的镜像仓库中寻找,如果找到了,就会把仓库中的镜像拉取到本地。
客户端client将docker run命令发送到Docker deamon中,Docker deamon会先检查这个镜像是否在本地已经存在,如果不存在,它会到仓库中寻找,把镜像下载到本地,下载之后它会通过一定的方式把镜像运行起来,变成docker容器
S12:使用Docker技术,把国产操作系统进行封装,制作成专有镜像;
编写新版本国产操作系统的Dockerfile文件,再进行部署文件,在服务器新建一个docker文件夹,将打包好的国产操作系统包和Dockerfile文件复制到服务器的docker文件夹下,执行BUILD命令,制作国产操作系统镜像。
S13:使用Docker技术,把新镜像上传到镜像仓库;
S2:使用Kubernetes容器编排工具部署容器,如图1;
pod是Kubernetes中最小的一个单元,所有的应用和服务都是运行在pod里面的,可以理解为Kubernetes的一个原子,pod里面就是容器化应用,必要时还会包括多个容器与磁盘。
Kubernetes采用主从分布式架构,包括Master(主节点)、Worker(从节点或工作节点),以及客户端命令行工具kubectl和其它附加项。其整体架构为:
etcd保存了整个集群的状态,CoreOS提供(用户期望状态)。K/V存储,只能存储ApiServer中支持的数据范式存储;
Api Server提供了资源操作的唯一入口,并提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制;
Controller负责维护集群的状态,比如故障检测、自动扩展、滚动更新等(确保用户期望状态与实际运行状态一致);
Scheduler负责资源的调度,按照预定的调度策略将Pod调度到相应的机器上;
Kubelet:会监控Api Server上的资源变动,若变动与自己有关系,kublet就去执行任务;定期向master会报节点资源使用情况;
Kube-proxy:实现service的抽象,为一组pod抽象的服务提供统一接口并提供负载均衡。
etcd、Api Server、Controller、Scheduler构成Kubernetes的Master部分。Kubelet、Kube-proxy构成Kubernetes的Node部分。
使用Kubernetes容器编排工具部署容器,需要先创建容器化国产操作系统应用的pod。如图2,步骤如下:
S21:用户提交创建pod的请求,可以通过API Server的REST API,也可用Kubectl命令行工具,支持Json和Yaml两种格式;
S22:API Server处理用户请求,通过一系列认证授权,存储Pod数据到etcd;
S23:Schedule通过和API Server的watch机制,查看到新的Pod,尝试为Pod绑定Node;
S24:过滤主机:调度器用一组规则过滤掉不符合要求的主机,比如Pod指定了所需要的资源,那么就要过滤掉资源不够的主机;
S25:主机打分:对第一步筛选出的符合要求的主机进行打分,在此阶段,调度器会考虑一些整体优化策略,比如把一个Replication Controller的副本分布到不同的主机上,使用最低负载的主机等;
S26:选择主机:选择得分最高的主机,进行binding绑定操作,结果存储到Etcd中;
S27:kubelet根据调度结果执行Pod创建操作:绑定成功后,会启动container,Docker run,Scheduler会调用API Server的API在etcd中创建一个bound pod对象,描述在一个工作节点上绑定运行的所有pod信息。运行在每个工作节点上的kubelet也会定期与etcd同步bound pod信息,一旦发现应该在该工作节点上运行的bound pod对象没有更新,则调用Docker API创建并启动pod内的容器;
S28:pod创建完成。
利用Kubernetes技术从镜像仓库拉取封装好的国产操作系统镜像。
部署好后,后续统一使用Kubernetes来管理,保证了国产操作系统的高可用、以及后续系统的稳定升级。
为了保证pod的数量和健康,在业务高峰或者低峰期的时候,可以通过动态的调整pod的数量来提高资源的利用率。同时,配置相应的监控功能(Hroizontal PodAutoscaler),会定时自动从监控平台获取Replication Controller关联pod的整体资源使用情况,做到自动伸缩。且为了逐步替换的策略,保证整体系统的稳定,在初始化升级的时候就可以及时发现和解决问题,避免问题不断扩大。
还需要管理Pod的方法,所以Kubernetes提供了一个Deployment的概念,如果Pod出现故障,对应的服务也会挂掉,目的是让Kubernetes去管理一组pod的副本,也就是副本集,这样就能够保证一定数量的副本一直可用,不会因为某一个pod挂掉导致整个服务挂掉。Deployment还负责在pod定义发生变化时,对每个副本进行滚动更新(RollingUpdate)。
使用Kubernetes创建Deployment各组件的工作流程如下,如图3:
工作流程:
运维人员向Kube-apiserver发出指令(我想创建Deployment);
API server响应命令,通过一系列认证授权,把pod数据存储到etcd,创建deployment资源并初始化。(期望状态)
Controller通过list-watch机制,监测发现新的Deployment,将该资源加入到内部工作队列,发现该资源没有关联的pod和replicaset,启用Deployment controller创建replicaset资源,再启用replicaset controller创建pod。
所有Controller被创建完成后将deployment,replicaset,pod资源更新存储到etcd。
Scheduler通过list-watch机制,监测发现新的pod,经过主机过滤、主机打分规则,将pod绑定(binding)到合适的主机。
将绑定结果存储到etcd。
Kubelet每隔20s(可以自定义)向API server通过NodeName获取自身Node上所要运行的pod清单,通过与自己的内部缓存进行比较,新增加pod。
Kubelet创建pod。
看Kube-proxy为新创建的pod注册动态DNS到CoreOS。给pod的service添加iptables/ipvs规则,用于服务发现和负载均衡。
Controller通过control loop(控制循环)将当前pod状态与用户所期望的状态做对比,如果当前状态与用户期望状态不同,则Controller会将pod修改为用户期望状态,实在不行会将此pod删掉,然后重新创建pod。
当我们需要运行国产操作系统容器时,操作步骤如下,如图4:
通过Kubectl发起一个请求运行pod(国产操作系统容器),请求经过认证;
Kubernetes的Scheduler经过策略和评分计算得到目标的node;
APIServer请求Node,通过kubelet把这个Node运行pod起来;
APIServer把信息发送给ETCD保存起来;
pod运行起来之后,通过Controller Manager管理每个pod的状态,如果突然挂了,就想办法创建一个pod。给pod分个独立的ip地址,可以在整个集群内使用这个ip来访问它。但是pod的ip是易变的,异常重启和升级的时候,不可能关注某个pod的ip的。
因此需要一个service,完成service的具体工作的模块就是Kube-proxy,在每个Node上都有一个kube-proxy,然后给service分配一个ip,可以访问service里面的pod,所以Kube-proxy对应的service都会有一个ip的指向,负载均衡的访问他们;
Kube-proxy(service)可以把端口和ip直接暴露在Node上。外边的请求可以访问Node上的ip就可以关联到这个service上了。
此外,本发明还提供一组计算机群来搭建Kubernetes集群,设置一台或多台机器(一个master节点和多个node节点),集群中所有机器之间能互相通信,可以连接网络,便于拉取国产操作系统镜像,并禁止swap分区。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,依据本发明的技术实质,在本发明的精神和原则之内,对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等,均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种国产操作系统的容器化部署方法,其特征在于,包括:
S1:国产操作系统的容器化部署;
S2:容器化镜像版本管理;
S3:Kubernetes集群云终端部署和运行;
S4:国产操作系统监控和存储;
S5:通过Kubernetes日志管理工具,通过Kubernetes日志管理工具,对国产操作系统的日志进行实时分析,对可能出现的故障进行分析并解决。
2.根据权利要求1所述的一种国产操作系统的容器化部署方法,其特征在于,在步骤S1中,利用Docker容器技术,创建Dockerfile,构建docker image build国产操作系统镜像,完成国产操作系统的容器化部署。
3.根据权利要求1所述的一种国产操作系统的容器化部署方法,其特征在于,在步骤S2中,对每一个不同版本国产操作系统,都有一个对应的国产操作系统镜像版本,并存储在Docker Registry或Docker hub中。
4.根据权利要求1所述的一种国产操作系统的容器化部署方法,其特征在于,在步骤S3中,采用Kubernetes对不同云服务平台的国产操作系统镜像进行运行及管理操作,实现对不同机器上的容器化国产操作系统提供服务注册,服务发现,负载均衡、配置、存储管理、健康检查、自动扩缩容的支持。
5.根据权利要求1所述的一种国产操作系统的容器化部署方法,其特征在于,在步骤S4中,通过对Kubernetes所有核心组件的标记,并设置监控基线,使监控工具从Kubernetes抓取大量数据时不影响集群性能或导致集群故障,需要诊断故障时,可调高基线值,设置低于监控基线的初始默认值,以此来适用于规模小的集群,随着集群规模的扩大,及时对集群进行调整,并监控Kubernetes的标签和注释细节。
6.根据权利要求5所述的一种国产操作系统的容器化部署方法,其特征在于,所述监控基线调高,同时部署更多Master和Node,并单独部署专门存储Kubernetes数据的集群,提高可用性。
7.一种国产操作系统的容器化部署平台,用以实现权利要求1至5任一项所述的国产操作系统的容器化部署方法,通过一组计算机群来搭建Kubernetes集群,设置一台或多台机器,集群中所有机器之间能互相通信,并连接网络,用于拉取国产操作系统镜像,并禁止swap分区。
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