多雲環境下 Kubernetes 的 CI/CD 與安全監控實踐

– 13 分鐘閱讀

在多雲環境下，Kubernetes 的管理和應用佈署變得更加複雜。本文將探討如何利用 Submariner 實作跨叢集網路通訊，並使用 Prometheus 和 Grafana 建立監控體系。同時，我們也將探討如何建置多雲 CI/CD 管線，並利用 Jenkins Pipeline 自動化佈署流程。此外，Kubernetes 的安全性也是至關重要的，本文將探討如何確保多雲 Kubernetes 環境的安全性，包含身份驗證、授權、網路安全、資料安全和合規性等導向。

使用Prometheus進行監控

Prometheus是一個流行的開源監控系統，廣泛用於無伺服器環境中。它可以收集系統的各種指標，例如CPU使用率、記憶體使用率、請求延遲等，並提供實時的監控資料。

# 安裝Prometheus
import os
os.system("helm install prometheus prometheus-community/prometheus")

使用Grafana視覺化指標

Grafana是一個開源的資料視覺化平臺，廣泛用於監控和分析資料。它可以與Prometheus整合，提供實時的監控資料視覺化。

# 安裝Grafana
import os
os.system("helm install grafana grafana/grafana")

使用EFK或Loki進行記錄

EFK（Elasticsearch、Fluentd、Kibana）和Loki是兩個流行的開源記錄解決方案。它們可以收集系統的記錄資料，提供詳細的錯誤或異常資訊。

# 安裝EFK
import os
os.system("helm install elasticsearch elastic/elasticsearch")
os.system("helm install fluentd fluent/fluentd")
os.system("helm install kibana kibana/kibana")

# 安裝Loki
import os
os.system("helm install loki grafana/loki")

第5章：使用Submariner進行網路通訊

介紹Submariner

Submariner是一個開源的網路通訊平臺，設計用於多雲Kubernetes環境。它可以提供跨叢集的網路通訊，讓不同叢集的Pod之間可以直接通訊。

Submariner的關鍵特性

  • 跨叢集網路通訊
  • 自動化的網路組態
  • 支援多種雲平臺

為什麼選擇Submariner進行多雲Kubernetes網路通訊

  • 簡單的網路組態
  • 高效能的網路通訊
  • 支援多種雲平臺

安裝和組態Submariner

安裝Subctl

Subctl是Submariner的命令列工具，用於安裝和組態Submariner。

# 安裝Subctl
curl -sfL https://get.submariner.io | bash

準備AWS和GCP叢集

在安裝Submariner之前，需要準備好AWS和GCP叢集。

# 建立AWS叢集
aws eks create-cluster --name aws-cluster --role-arn arn:aws:iam::123456789012:role/eks-service-role

# 建立GCP叢集
gcloud container clusters create gcp-cluster --num-nodes 3

匯出KUBECONFIG檔案

在安裝Submariner之前，需要匯出KUBECONFIG檔案。

# 匯出AWS KUBECONFIG檔案
aws eks update-kubeconfig --name aws-cluster --region us-west-2

# 匯出GCP KUBECONFIG檔案
gcloud container clusters get-credentials gcp-cluster --zone us-central1-a

佈署Submariner

在準備好AWS和GCP叢集之後，可以佈署Submariner。

# 佈署Submariner
subctl deploy-broker --kubeconfig aws-kubeconfig
subctl join --kubeconfig gcp-kubeconfig --clusterid aws-cluster

驗證Submariner佈署

在佈署Submariner之後，需要驗證Submariner是否正常工作。

# 驗證Submariner佈署
subctl show clusters

測試連線性

在驗證Submariner佈署之後，需要測試連線性。

# 測試連線性
subctl test connectivity

跨叢集網路通訊 vớiSubmariner

Submariner可以提供跨叢集的網路通訊，讓不同叢集的Pod之間可以直接通訊。

# 測試跨叢集網路通訊
import requests

# AWS叢集的Pod
aws_pod = "aws-pod"

# GCP叢集的Pod
gcp_pod = "gcp-pod"

# 傳送請求從AWS叢集的Pod到GCP叢集的Pod
response = requests.get(f"http://{gcp_pod}:80")

# 列印回應
print(response.text)

建立無頭服務

在 Kubernetes 中，無頭服務（Headless Service）是一種特殊的服務，它不會自動分配一個叢集 IP 地址。相反，它允許您直接存取 Pod 的 IP 地址。

建立 SubmarinerExport 資源

Submariner 是一個 Kubernetes 的網路外掛，允許您在多個叢集之間建立網路連線。SubmarinerExport 資源用於將服務從一個叢集匯出到另一個叢集。

從另一個叢集存取服務

要從另一個叢集存取服務，您需要建立一個 SubmarinerExport 資源，並將服務匯出到另一個叢集。

服務發現

服務發現（Service Discovery）是 Kubernetes 中的一個功能，允許您自動發現和存取服務。Submariner 支援服務發現，允許您在多個叢集之間發現和存取服務。

建立 Kubernetes 服務

要建立一個 Kubernetes 服務，您需要建立一個 YAML 檔案，描述服務的組態。然後，您可以使用 kubectl 命令建立服務。

匯出服務

要匯出服務，您需要建立一個 SubmarinerExport 資源，並將服務匯出到另一個叢集。

從另一個叢集發現服務

要從另一個叢集發現服務，您需要使用 Submariner 的服務發現功能。Submariner 支援多種服務發現機制，包括 DNS 和環境變數。

負載平衡

負載平衡（Load Balancing）是 Kubernetes 中的一個功能，允許您將流量分配到多個 Pod 上。Submariner 支援負載平衡，允許您在多個叢集之間分配流量。

佈署應用程式在多個叢集

要佈署應用程式在多個叢集，您需要建立一個 YAML 檔案，描述應用程式的組態。然後，您可以使用 kubectl 命令佈署應用程式。

匯出服務

要匯出服務，您需要建立一個 SubmarinerExport 資源，並將服務匯出到另一個叢集。

從另一個叢集存取服務

要從另一個叢集存取服務，您需要使用 Submariner 的服務發現功能。Submariner 支援多種服務發現機制，包括 DNS 和環境變數。

監控和故障排除

Submariner 提供了多種監控和故障排除工具，包括 Metrics 和日誌。

監控 Submariner 元件

要監控 Submariner 元件，您需要使用 Submariner 的 Metrics 功能。Submariner 支援多種 Metrics 機制，包括 Prometheus 和 Grafana。

檢查 Submariner 狀態

要檢查 Submariner 狀態，您需要使用 submariner 命令。Submariner 支援多種命令，包括 status 和 debug。

使用 Submariner Metrics

要使用 Submariner Metrics，您需要建立一個 YAML 檔案，描述 Metrics 的組態。然後，您可以使用 submariner 命令檢視 Metrics 資料。

以下是使用 Submariner 的範例：

  flowchart TD
    A[建立無頭服務] --> B[建立 SubmarinerExport 資源]
    B --> C[從另一個叢集存取服務]
    C --> D[服務發現]
    D --> E[建立 Kubernetes 服務]
    E --> F[匯出服務]
    F --> G[從另一個叢集發現服務]
    G --> H[負載平衡]
    H --> I[佈署應用程式在多個叢集]
    I --> J[匯出服務]
    J --> K[從另一個叢集存取服務]
    K --> L[監控和故障排除]
    L --> M[監控 Submariner 元件]
    M --> N[檢查 Submariner 狀態]
    N --> O[使用 Submariner Metrics]

圖表翻譯：

此圖表描述了使用 Submariner 的流程，從建立無頭服務開始，到監控和故障排除結束。每個步驟都對應到一個特定的 Submariner 功能或命令。

多叢集管理和聯邦：解決連線性問題

在多叢集、多雲環境中，Kubernetes 的管理和聯邦是非常重要的。這種環境下，多個叢集和多個雲平臺的整合，能夠提供更高的可擴充套件性、靈活性和可靠性。然而，在這種複雜的環境中，連線性問題也會更加明顯。

多叢集 Kubernetes 的優勢

多叢集 Kubernetes 能夠提供多個優勢，包括：

  • 更高的可擴充套件性：多叢集環境能夠支援更大的應用程式和更多的使用者。
  • 更高的靈活性：多叢集環境能夠支援多種不同的雲平臺和叢集組態。
  • 更高的可靠性：多叢集環境能夠提供更高的可靠性和容錯性。

多叢集 Kubernetes 的挑戰

然而，多叢集 Kubernetes 也會面臨一些挑戰，包括：

  • 連線性問題：多叢集環境中，連線性問題會更加明顯。
  • 管理複雜性：多叢集環境中，管理複雜性會增加。
  • 安全性問題：多叢集環境中，安全性問題會更加嚴重。

解決多叢集 Kubernetes 的連線性問題

為瞭解決多叢集 Kubernetes 的連線性問題，需要進行以下步驟：

  1. 設定和組態多叢集聯邦：需要設定和組態多叢集聯邦，以便能夠管理和聯邦多個叢集。
  2. 佈署應用程式：需要佈署應用程式到多個叢集中，以便能夠提供更高的可擴充套件性和靈活性。
  3. 驗證應用程式佈署：需要驗證應用程式佈署，以便能夠確保應用程式能夠正常執行。

設定和組態多叢集聯邦

設定和組態多叢集聯邦需要以下步驟：

  1. 設定 Kubernetes 叢集：需要設定 Kubernetes 叢集，以便能夠提供多叢集環境。
  2. 佈署 KubeFed 控制平面：需要佈署 KubeFed 控制平面，以便能夠管理和聯邦多個叢集。
  3. 加入叢集到聯邦：需要加入叢集到聯邦，以便能夠提供多叢集環境。
  4. 驗證叢集是否已經聯邦：需要驗證叢集是否已經聯邦，以便能夠確保叢集能夠正常執行。

佈署應用程式

佈署應用程式需要以下步驟：

  1. 建立聯邦資源：需要建立聯邦資源，以便能夠提供多叢集環境。
  2. 應用聯邦資源：需要應用聯邦資源，以便能夠佈署應用程式到多個叢集中。
  3. 驗證應用程式佈署：需要驗證應用程式佈署，以便能夠確保應用程式能夠正常執行。
圖表翻譯：

此圖表示多叢集 Kubernetes 的管理和聯邦過程。首先，需要設定 Kubernetes 叢集，然後佈署 KubeFed 控制平面。接下來，需要加入叢集到聯邦，然後驗證叢集是否已經聯邦。之後，需要建立聯邦資源，然後應用聯邦資源。最後，需要驗證應用程式佈署，以便能夠確保應用程式能夠正常執行。

多雲端 CI/CD 管線的實踐

在多雲端環境中，CI/CD 的實踐與傳統的 CI/CD 有所不同。多雲端 CI/CD 需要考慮跨雲端的資源管理、應用佈署和監控等問題。

多雲端 CI/CD 的概念

多雲端 CI/CD 是指在多個雲端平臺上實踐的 CI/CD 流程。這需要使用者能夠跨雲端管理資源、佈署應用和監控應用的執行狀態。

多雲端 CI/CD 的工具和策略

目前有多種工具和策略可以用於實踐多雲端 CI/CD，例如 Jenkins、GitLab CI/CD、CircleCI 等。這些工具可以幫助使用者自動化 CI/CD 流程，實作跨雲端的資源管理和應用佈署。

多雲端 CI/CD 的最佳實踐

在實踐多雲端 CI/CD 時，需要注意以下幾點：

  • 統一的 CI/CD 流程：需要統一的 CI/CD 流程，以確保跨雲端的資源管理和應用佈署的一致性。
  • 跨雲端的資源管理：需要能夠跨雲端管理資源，包括建立、更新和刪除資源。
  • 自動化的應用佈署：需要自動化的應用佈署，以實作快速和可靠的應用上線。
  • 監控和日誌：需要監控和日誌功能，以實時監控應用的執行狀態和日誌。

Jenkins 的設定

Jenkins 是一種流行的 CI/CD 工具，可以用於實踐多雲端 CI/CD。以下是 Jenkins 的設定步驟：

  1. 安裝 Jenkins：需要安裝 Jenkins 伺服器和客戶端。
  2. 組態 Jenkins：需要組態 Jenkins 的設定，包括建立 Jenkins 工作、設定 Jenkins 節點等。
  3. 整合 Kubernetes：需要整合 Kubernetes，以實作跨雲端的資源管理和應用佈署。

Kubernetes 叢集的設定

Kubernetes 叢集是多雲端 CI/CD 的基礎。以下是 Kubernetes 叢集的設定步驟：

  1. 建立 Kubernetes 叢集：需要建立 Kubernetes 叢集，可以使用 kubeadm 或其他工具。
  2. 組態 Kubernetes 叢集：需要組態 Kubernetes 叢集的設定，包括建立節點、設定網路等。
  3. 佈署應用：需要佈署應用到 Kubernetes 叢集中，可以使用 kubectl 或其他工具。
圖表翻譯：
  graph LR
    A[CI/CD] --> B[多雲端 CI/CD]
    B --> C[跨雲端資源管理]
    C --> D[自動化應用佈署]
    D --> E[監控和日誌]
    E --> F[最佳實踐]
    F --> G[統一的 CI/CD 流程]
    G --> H[跨雲端的資源管理]
    H --> I[自動化的應用佈署]
    I --> J[監控和日誌]

圖表描述了多雲端 CI/CD 的流程，包括跨雲端資源管理、自動化應用佈署、監控和日誌等步驟。

內容解密：

以上內容描述了多雲端 CI/CD 的概念、工具和策略，以及最佳實踐和 Jenkins 的設定步驟。透過這些內容，可以瞭解多雲端 CI/CD 的實踐方法和工具，實作跨雲端的資源管理和應用佈署的自動化。

建立Jenkins Pipeline

建立應用程式程式碼

首先，我們需要建立一個簡單的應用程式程式碼。這個程式碼可以是一個簡單的Web應用程式，使用Python和Flask框架建立。

from flask import Flask
app = Flask(__name__)

@app.route("/")
def hello():
    return "Hello, World!"

if __name__ == "__main__":
    app.run()

推播容器映像到容器倉函式庫

接下來，我們需要將應用程式程式碼推播到容器倉函式庫。這裡，我們使用Docker建立容器映像，並將其推播到Docker Hub。

FROM python:3.9-slim

WORKDIR /app

COPY . /app

RUN pip install flask

CMD ["flask", "run", "--host=0.0.0.0"]

docker build -t my-app .
docker tag my-app:latest <your-docker-hub-username>/my-app:latest
docker push <your-docker-hub-username>/my-app:latest

定義Kubernetes資源組態檔

接下來，我們需要定義Kubernetes資源組態檔。這裡，我們使用YAML檔案定義Deployment和Service。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
    spec:
      containers:
      - name: my-app
        image: <your-docker-hub-username>/my-app:latest
        ports:
        - containerPort: 5000
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-app
spec:
  selector:
    app: my-app
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 5000
  type: LoadBalancer

使用Jenkins佈署應用程式

接下來，我們需要使用Jenkins佈署應用程式。這裡，我們建立一個Jenkins Pipeline，使用Kubernetes佈署應用程式。

pipeline {
    agent any

    stages {
        stage('Build') {
            steps {
                sh 'docker build -t my-app .'
                sh 'docker tag my-app:latest <your-docker-hub-username>/my-app:latest'
                sh 'docker push <your-docker-hub-username>/my-app:latest'
            }
        }
        stage('Deploy') {
            steps {
                sh 'kubectl apply -f deployment.yaml'
            }
        }
    }
}

管理組態和密碼

接下來，我們需要管理組態和密碼。這裡，我們使用Kubernetes的ConfigMap和Secret。

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: my-app-config
data:
  DATABASE_URL: "mongodb://localhost:27017"
---
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: my-app-secret
type: Opaque
data:
  DATABASE_PASSWORD: "my-secret-password"

佈署ConfigMap和Secret到Kubernetes聯邦

接下來，我們需要佈署ConfigMap和Secret到Kubernetes聯邦。

kubectl apply -f configmap.yaml
kubectl apply -f secret.yaml

佈署應用程式到多個Kubernetes叢集

接下來，我們需要佈署應用程式到多個Kubernetes叢集。

kubectl config use-context <context-1>
kubectl apply -f deployment.yaml

kubectl config use-context <context-2>
kubectl apply -f deployment.yaml

測試在多雲CI/CD

最後，我們需要測試在多雲CI/CD。

pipeline {
    agent any

    stages {
        stage('Build') {
            steps {
                sh 'docker build -t my-app .'
                sh 'docker tag my-app:latest <your-docker-hub-username>/my-app:latest'
                sh 'docker push <your-docker-hub-username>/my-app:latest'
            }
        }
        stage('Deploy') {
            steps {
                sh 'kubectl apply -f deployment.yaml'
            }
        }
        stage('Test') {
            steps {
                sh 'kubectl get pods'
                sh 'kubectl logs -f <pod-name>'
            }
        }
    }
}

新增單元測試和整合測試到Pipeline

最後，我們需要新增單元測試和整合測試到Pipeline。

pipeline {
    agent any

    stages {
        stage('Build') {
            steps {
                sh 'docker build -t my-app .'
                sh 'docker tag my-app:latest <your-docker-hub-username>/my-app:latest'
                sh 'docker push <your-docker-hub-username>/my-app:latest'
            }
        }
        stage('Test') {
            steps {
                sh 'pytest tests/unit'
                sh 'pytest tests/integration'
            }
        }
        stage('Deploy') {
            steps {
                sh 'kubectl apply -f deployment.yaml'
            }
        }
    }
}

這樣，我們就完成了Jenkins Pipeline的建立和佈署。

多雲端Kubernetes安全監控

監控管道

在多雲端Kubernetes環境中，監控管道的效能和安全性是至關重要的。為了確保管道的正常執行和安全性，需要定義監控指標、組態Prometheus和Grafana等工具。

定義監控指標

定義監控指標是監控管道的第一步。需要定義哪些指標需要監控，例如CPU使用率、記憶體使用率、請求延遲時間等。這些指標可以幫助我們瞭解管道的效能和安全性。

組態Prometheus

Prometheus是一個流行的監控工具，可以用於收集和儲存監控指標。需要組態Prometheus來收集管道的監控指標。這可以透過建立Prometheus組態檔案來實作。

組態Grafana

Grafana是一個流行的視覺化工具，可以用於展示監控指標。需要組態Grafana來展示管道的監控指標。這可以透過建立Grafana儀錶板來實作。

Kubernetes安全

Kubernetes安全是多雲端Kubernetes環境中的一個重要方面。需要了解Kubernetes安全的基本概念，包括身份驗證、授權、網路安全、資料安全和合規性。

身份驗證和授權

身份驗證和授權是Kubernetes安全的基礎。需要使用RBAC（Role-Based Access Control）來實作身份驗證和授權。RBAC可以幫助我們控制誰可以存取Kubernetes資源和執行什麼操作。

網路安全

網路安全是Kubernetes安全的一個重要方面。需要了解如何保護Kubernetes網路，包括如何組態網路策略和如何使用網路安全工具。

資料安全

資料安全是Kubernetes安全的一個重要方面。需要了解如何保護Kubernetes資料，包括如何組態資料加密和如何使用資料安全工具。

合規性

合規性是Kubernetes安全的一個重要方面。需要了解如何確保Kubernetes環境符合相關法規和標準。

隨著雲原生技術的普及，Submariner、Prometheus、Grafana、Jenkins 等開源工具已成為建構多雲 Kubernetes 監控體系的核心支柱。透過多維比較分析，Submariner 簡化了跨叢集網路通訊的複雜性，相較於傳統 VPN 或 Ingress 方案，更能適應動態的雲原生環境。然而，Submariner 的安全性仍需強化，尤其在跨雲環境下，更需嚴格控管網路流量與存取許可權。技術限制深析顯示，多雲 Kubernetes 的安全監控仍面臨挑戰，例如跨雲日誌整合、統一監控平臺的建置、以及安全策略的一致性等。對於重視長期穩定性的企業，建議採用漸進式整合策略，從單一叢集的監控逐步擴充套件到多雲環境，並優先關注核心業務系統的監控與安全防護。未來 3-5 年，預見 Service Mesh 技術將與 Submariner 深度融合，提供更細粒度的網路安全控制和可觀測性，進一步提升多雲 Kubernetes 的安全性和可靠性。玄貓認為，深入理解這些工具的特性和限制，並結合最佳實務，才能打造真正安全可靠的多雲 Kubernetes 監控體系。

玄貓

玄貓

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。