深入云原生—基于KubeWharf深度剖析-以公司实际应用场景为例深度解读
一.KubeWharf详解
KubeWharf 是字节跳动基础架构团队在对 Kubernetes 进行了大规模应用和不断优化增强之后的技术结晶。这是一套以 Kubernetes 为基础构建的分布式操作系统，由一组云原生组件构成，专注于提高系统的可扩展性、功能性、稳定性、可观测性、安全性等，以支持大规模多租集群、在离线混部、存储和机器学习云原生化等场景。
KubeWharf 由以下项目组成：
- KubeBrain 是一个高性能的 Kubernetes 元数据系统，用于存储和管理 Kubernetes 集群的元数据。
- KubeZoo 是一个轻量级的 Kubernetes 多租户网关，用于在 Kubernetes 集群之间进行安全隔离。
- KubeGateway 是一个 Kubernetes 网关，用于在本地和云端 Kubernetes 集群之间进行通信。
- Godel Scheduler 是一个高性能的 Kubernetes 调度器，用于在 Kubernetes 集群中智能地调度容器。
KubeWharf是一个分布式操作系统，由字节跳动基础架构团队在应用和优化增强Kubernetes之后创建。这个系统是一套以Kubernetes为基础构建的分布式操作系统，由一组云原生组件构成，专注于提高系统的可扩展性、功能性、稳定性、可观测性、安全性等，以支持大规模多租集群、在离线混部、存储和机器学习云原生化等场景。
二.一个真实的KubeWharf应用场景
这是一个真实的应用场景哈，因为涉及业务，这里只能脱敏化的描述了。
一家大型互联网公司某某X需要构建一个可扩展、稳定、安全的 Kubernetes 集群，用于支持其在线业务和离线业务。
需求：
- 需要支持数万个节点。
- 需要提供丰富的功能，满足各种业务需求。
- 需要经过大规模生产环境的验证。
- 需要提供强大的可观测性功能。
- 需要提供多种安全功能。
最后的解决方案是：
某某X使用了KubeWharf来构建其Kubernetes集群。
操作步骤：
- 部署KubeBrain、KubeZoo、KubeGateway和Godel Scheduler。
- 创建Kubernetes集群。
- 部署业务应用。
该公司使用KubeWharf成功构建了一个可扩展、稳定、安全的Kubernetes集群。该集群支持了该公司的在线业务和离线业务，满足了该公司的所有需求。
我总结了一下KubeWharf在这个业务场景的优势：满足了该公司的所有需求。
- KubeWharf可以扩展到数万个节点。
- KubeWharf提供了丰富的功能，包括多租户、资源隔离、安全控制等。
- KubeWharf经过了字节跳动大规模生产环境的验证。
- KubeWharf提供了强大的可观测性功能，包括日志、监控、告警等。
- KubeWharf提供了多种安全功能，包括访问控制、数据加密等。
完全的满足了公司的业务需求！
公司业务，我着重对这部分（逻辑时钟）有很深的影响，来具体的写一下：
元数据存储系统需要监听指定逻辑时钟之后发生的所有修改事件，以保证系统整体的数据最终一致性。注册监听时，需要传入起始revision和过滤参数。过滤参数包括但不限于前缀过滤，即只接受Key包含指定前缀的变更事件。
处理监听注册请求时，首先创建事件队列，并根据过滤参数构造过滤器。然后，将事件队列注册到事件生成组件中，获取下发的新增事件。接着，从事件缓存中拉取事件的revision大于等于给定要求revision的所有事件到事件队列中。最后，将事件去重之后，按照revision从小到大的顺序使用过滤器进行过滤，并将过滤后的事件通过事件流推送到元数据存储系统外部的监听方。
这块业务比较熟悉，对（逻辑时钟）这块记忆犹新。
2.1KubeBrain编译与启动学习记录
KubeBrain编译与启动这块我当时还特意的做了笔记，有所记录（比官网的介绍更加贴合我们开发者学习的角度上记录的)。
编译启动命令：
make tikv./bin/kube-brain --key-prefix "/" --pd-addrs=127.0.0.1:2379 --port=3379 --peer-port=3380 --compatible-with-etcd=true多个 KubeBrain 共用一个 TiKV 集群时，需要注意以下两个配置：
- key-prefix 参数和 APIServer 对应的 APIServer 的 etcd-prefix 参数必须保持一致。 这是为了保证多个 KubeBrain 能够正确访问 TiKV 集群中的元数据。
- compatible-with-etcd 参数必须设置为 true。 这是为了开启从节点的支持 txn 和 watch，从而实现对 etcd 功能的完全兼容。
具体配置如下：
## key-prefix 参数
key-prefix = "/kubebrain"
## compatible-with-etcd 参数
compatible-with-etcd = true
KubeBrain 编译与启动只是整个使用流程中的第一步，接下来还需要进行以下操作：
- 配置 KubeBrain：需要配置 KubeBrain 的各种参数，例如元数据存储、事件生成、事件流等。
- 创建 Kubernetes 集群：需要创建 Kubernetes 集群，并将其加入 KubeBrain 的管理范围。
- 部署 Kubernetes 应用：可以使用 KubeBrain 来部署 Kubernetes 应用，包括创建 Deployment、Service、Pod 等。
- 管理 Kubernetes 集群：可以使用 KubeBrain 来管理 Kubernetes 集群，包括查看集群状态、修改集群配置等。
比如说：
配置 KubeBrain
配置 KubeBrain 需要修改 KubeBrain 的配置文件，该文件位于 /etc/kubebrain/config.yaml。配置文件中包含了 KubeBrain 的各种参数，例如：
- key-prefix：元数据存储的键前缀。
- etcd-prefix：APIServer 对应的 APIServer 的 etcd-prefix 参数。
- compatible-with-etcd：是否开启从节点的支持 txn 和 watch。
创建 Kubernetes 集群
可以使用 Kubernetes 官方提供的工具来创建 Kubernetes 集群，例如 kubeadm、minikube 等。
部署 Kubernetes 应用
可以使用 KubeBrain 提供的 API 或 CLI 来部署 Kubernetes 应用。
管理 Kubernetes 集群
可以使用 KubeBrain 提供的 UI 或 API 来管理 Kubernetes 集群。
我们需要学习的：
配置 KubeBrain
YAML
key-prefix: "/kubebrain"
etcd-prefix: "/kubebrain"
compatible-with-etcd: true
创建 Kubernetes 集群
kubeadm init
部署 Kubernetes 应用
kubectl create deployment nginx --image=nginx
管理 Kubernetes 集群
kubectl get nodes
三.KubeWharf应用场景探索
我觉得KubeWharf应用场景是非常多，因为它的优势非常明显。
KubeWharf 是一个开源分布式操作系统，基于 Kubernetes。它可以用于构建和管理各种 Kubernetes 集群，包括：
- 大规模多租集群：KubeWharf 可以扩展到数万个节点，满足大规模多租集群的需求。
- 在离线混部：KubeWharf 可以用于在本地和云端混合部署 Kubernetes 集群，满足在离线混部的需求。
- 存储和机器学习云原生化：KubeWharf 可以用于云原生化存储和机器学习应用，满足存储和机器学习云原生化的需求。
经过我的不断学习，KubeWharf 可以应用在以下几个场景：
- 在线业务：KubeWharf 可以用于部署各种在线业务应用，例如 Web 应用、后端服务等。
- 离线业务：KubeWharf 可以用于部署各种离线业务应用，例如数据分析、机器学习等。
- 云原生应用：KubeWharf 可以用于部署各种云原生应用，例如容器应用、微服务应用等。
- 混合云：KubeWharf 可以用于在本地和云端混合部署 Kubernetes 集群。
- 边缘计算：KubeWharf 可以用于部署边缘计算 Kubernetes 集群。
KubeWharf 是一个强大的工具，可用于构建和管理各种 Kubernetes 集群。它可以满足各种场景的需求，是构建可扩展、功能强大、稳定、可观测和安全的 Kubernetes 集群的理想选择。
四.心得与总结
4.1心得
我深入探讨了云原生领域中的一个重要工具——KubeWharf，并通过详细解读其组成部分和一个真实的应用场景，展示了它在构建可扩展、功能强大、稳定、可观测和安全的 Kubernetes 集群方面的优势。以下是我的心得：
- KubeWharf基于Kubernetes，专注于提高系统的各项性能，包括可扩展性、功能性、稳定性、可观测性和安全性。
- 它由多个项目组成，如KubeBrain、KubeZoo、KubeGateway和Godel Scheduler，每个项目都有特定的功能，共同构建了一个强大的分布式操作系统。
我通过一个真实的应用场景，文章展示了KubeWharf在构建大型、可扩展、稳定、安全的Kubernetes集群方面的成功经验。
强调了KubeWharf的优势，包括可扩展性、丰富的功能、经过大规模验证、强大的可观测性和多种安全功能。这个案例为读者提供了一个具体的实例，说明KubeWharf在实际业务中的应用效果。
我对KubeWharf的一个关键应用领域——元数据存储系统进行了深入剖析。特别是对逻辑时钟的影响，我详细描述了元数据存储系统如何监听逻辑时钟，以保证系统的数据最终一致性。这一部分的具体实现细节使读者更深入地理解了KubeWharf的内部机制。
我通过对KubeBrain的编译与启动以及KubeWharf的应用场景进行探索，为大家提供了进一步学习的方向。通过展示编译与启动命令以及相关配置，大家可以更好地理解如何在实际中使用KubeWharf。同时，对KubeWharf的应用场景进行了分类，涵盖了在线业务、离线业务、云原生应用、混合云和边缘计算等多个领域，强调了KubeWharf的通用性和灵活性。
4.1总结
这篇文章深入剖析了云原生领域中基于KubeWharf的分布式操作系统。通过对KubeWharf的构建背景、组成部分和真实应用场景的详细介绍，读者能够深刻理解这一工具在构建强大、可扩展、稳定的Kubernetes集群方面的重要性。我通过清晰的步骤和实例演示，使得即使是对KubeWharf陌生的读者也能够快速入门。
在实际应用场景中，KubeWharf在大规模多租户、离线混部、存储和机器学习云原生化等领域的优越表现。通过一家大型互联网公司的案例，读者不仅了解了KubeWharf的具体应用流程，还明白了它在多个方面的优势，包括扩展性、功能丰富性、稳定性、可观测性和安全性。这为读者提供了一个清晰的实际应用场景，帮助他们更好地理解KubeWharf的实际作用。
对于KubeWharf中一个关键领域——元数据存储系统的深入剖析，更是为读者提供了深入了解KubeWharf内部工作机制的机会。透过对逻辑时钟的具体影响和实现细节的描述，读者能够更好地理解元数据存储系统的工作原理，从而加深对KubeWharf整体架构的理解。
通过对KubeBrain编译与启动的学习记录以及对KubeWharf应用场景的探索，文章为读者提供了进一步学习和应用的指导。这些内容不仅仅是理论性的介绍，更是实际操作的具体步骤和场景应用的分类，使得读者能够更好地掌握KubeWharf的使用和适用范围。
作为一个研究云原生多年的我来说，我是非常的看好KubeWharf，我相信KubeWharf随着版本的优化迭代，会变的越来越好的！！！
