10種必學的Kubernetes設計模式 - 成為K8s高手的秘訣

參考：https://developers.redhat.com/blog/2020/05/11/top-10-must-know-kubernetes-design-patterns#structural_patterns

嘿!各位雲端小夥伴們~今天我們來聊聊Kubernetes(K8s)這個超級熱門的容器編排平台。

不知道你是不是和我一樣，剛接觸K8s時被各種概念和術語搞得暈頭轉向?別擔心!今天我就來當你的K8s解惑大師，帶你一探究竟那些必學的K8s設計模式。

相信我，掌握了這10種設計模式，你就能輕鬆駕馭K8s這頭猛獸，成為人見人愛的容器編排高手喔!

為什麼要學習K8s設計模式?

在深入介紹這10種模式之前，我們先來聊聊為啥要學這些模式。

想像一下，如果你是一名建築師，你會不會想知道如何設計一棟堅固、美觀又實用的建築?當然會啊!同樣的，作為一名雲原生應用程式開發者或架構師，了解這些K8s設計模式就像掌握了建築的黃金法則，能讓你設計出更優雅、更可靠的應用程式架構。

這些模式不僅能幫助你更好地理解K8s的核心概念，還能在你設計和討論基於K8s的應用時，提供清晰的思路和通用語言。簡單說，這就是你成為K8s大師的捷徑啊!

10種必學的K8s設計模式

好了，廢話不多說，讓我們直接進入正題，一起來看看這10種超強大的K8s設計模式吧!

為了方便理解，我們把這些模式分成了幾個類別，就像是把積木分類一樣，讓你更容易掌握:

基礎模式

這些模式就像是K8s世界的「基本功」，任何想在K8s上運行的應用都應該遵循這些原則。

健康探測模式 (Health Probe Pattern)
想像一下，如果你是一個醫生，你怎麼知道病人的狀況?沒錯，就是要檢查生命體徵!在K8s世界裡，健康探測模式就是這個道理。
這個模式要求每個容器都要實現特定的API，讓K8s能夠觀察和管理應用程式的健康狀態。就像醫生定期檢查病人一樣，K8s會定期檢查你的應用是否健康、是否準備好處理請求。
實現方式:
- 實現 /healthz 端點
- 提供就緒探測 (Readiness Probe)
- 提供存活探測 (Liveness Probe)
可預測需求模式 (Predictable Demands Pattern)
這個模式就像是你在訂酒店時，需要告訴酒店你需要幾間房、幾張床一樣。在K8s中，每個容器都應該清楚地聲明它的資源需求。
為什麼這麼重要?因為K8s需要知道你的應用需要多少資源，才能找到合適的「房間」(節點)來安置它。這樣不僅能確保你的應用有足夠的資源運行，還能幫助K8s更好地管理整個集群的資源。
實現方式:
```
resources:
  requests:
    memory: "64Mi"
    cpu: "250m"
  limits:
    memory: "128Mi"
    cpu: "500m"
```
自動放置模式 (Automated Placement Pattern)
這個模式就像是一個超級智能的房間分配系統。你只需要告訴K8s你的應用需要什麼樣的環境，K8s就會自動為你的應用找到最合適的節點。
這個模式讓你不用擔心具體的部署細節，K8s會考慮諸如資源需求、硬件限制、親和性規則等因素，為你的應用找到最佳的落腳點。
實現方式:
- 使用節點選擇器 (Node Selector)
- 設置節點親和性 (Node Affinity)
- 配置污點和容忍度 (Taints and Tolerations)

結構模式

這些模式關注如何組織和結構化容器，就像是在玩樂高，告訴你如何組合不同的積木來達到特定的目的。

初始化容器模式 (Init Container Pattern)
這個模式就像是在正式開party前的準備工作。初始化容器會在主應用容器啟動之前運行，完成一些必要的設置工作。
這樣的設計讓你可以將初始化邏輯與主應用邏輯分離，提高了代碼的可維護性和重用性。
實現方式:
```
initContainers:
- name: init-myservice
  image: busybox:1.28
  command: ['sh'， '-c'， 'until nc -z myservice 80; do echo waiting for myservice; sleep 2; done;']
```
側車模式 (Sidecar Pattern)
側車模式就像是為你的主應用加了一個小跟班。這個「小跟班」可以擴展或增強主容器的功能，而不需要修改主容器的代碼。
這個模式特別適合用來添加日誌收集、監控或者其他輔助功能。
實現方式:
```
containers:
- name: app
  image: app:v1
- name: sidecar
  image: sidecar:v1
```

行為模式

這些模式描述了Pod的生命周期保證，就像是在定義一個任務的執行方式和時間。

批處理作業模式 (Batch Job Pattern)

這個模式適用於那些需要運行一次就結束的任務，比如數據分析或報表生成。就像是你安排了一次大掃除，做完就結束了。

K8s會確保這些任務按照你的要求執行，並在完成後自動清理資源。

實現方式:

apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
  name: pi
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: pi
        image: perl
        command: ["perl",  "-Mbignum=bpi", "-wle", "print bpi(2000)"]
      restartPolicy: Never
  backoffLimit: 4

有狀態服務模式 (Stateful Service Pattern)

這個模式就像是給每個應用一個獨特的身份證。對於需要持久化數據或者穩定網絡標識的應用，比如數據庫，這個模式非常重要。

K8s通過StatefulSet提供了穩定的網絡標識和存儲，確保有狀態應用的可靠運行。

實現方式:

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: web
spec:
  serviceName: "nginx"
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80

服務發現模式 (Service Discovery Pattern)
在一個微服務架構中，服務發現就像是一個智能的電話簿。它告訴客戶端如何找到並訪問提供特定服務的實例。
K8s提供了多種機制來實現服務發現，無論服務消費者和提供者是否在同一個集群內。
實現方式:
```
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: MyApp
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 9376
```

高級模式

這些模式代表了更複雜、更高層次的應用管理模式。掌握這些，你就是K8s世界的高手了!

控制器模式 (Controller Pattern)
控制器就像是K8s世界的管家，它們不停地監視和維護一組K8s資源的期望狀態。
這個模式是K8s自身的核心概念，也是擴展K8s功能的重要方式。
實現方式:
- 使用自定義資源定義 (CRD)
- 實現自定義控制器邏輯
操作員模式 (Operator Pattern)
操作員模式是控制器模式的進階版，它將特定應用的運維知識編碼成自動化的算法。
這個模式特別適合管理複雜的分佈式系統，比如數據庫集群或消息中間件。
實現方式:
- 定義自定義資源 (CR)
- 實現操作員邏輯
- 打包並部署操作員

總結

哇!我們剛剛一起走完了K8s設計模式的精彩之旅。相信你現在對這些模式已經有了初步的認識。這些模式不僅是K8s的核心概念，更是構建雲原生應用的基石。

讓我們用一個表格來總結一下這10種模式:

類別	模式名稱	主要用途
基礎模式	健康探測模式	確保應用健康狀態可被監控
	可預測需求模式	聲明應用資源需求
	自動放置模式	智能調度Pod到合適節點
結構模式	初始化容器模式	分離初始化邏輯和主應用邏輯
	側車模式	擴展主容器功能
行為模式	批處理作業模式	管理一次性任務
	有狀態服務模式	管理需要持久化的應用
	服務發現模式	實現服務間的自動發現
高級模式	控制器模式	維護資源的期望狀態
	操作員模式	自動化複雜應用的管理

記住，學習這些模式不是為了死記硬背，而是為了在實際工作中靈活運用。就像武功高手，招式記熟了，到時候自然能夠隨機應變，靈活運用。

最後，我要說的是，K8s的世界豐富多彩，遠不止這10種模式。但掌握這些核心模式，絕對能讓你在K8s的海洋中遊刃有餘。所以，準備好開始你的K8s冒險了嗎?Let’s rock it!

10種必學的Kubernetes設計模式 - 成為K8s高手的秘訣#

為什麼要學習K8s設計模式?#

10種必學的K8s設計模式#

基礎模式#

結構模式#

行為模式#

高級模式#

總結#