Kubernetes 作為一項核心技術已成為現(xiàn)代應用程序架構(gòu)的基礎，越來越多的企業(yè)使用 Kubernetes 作為容器編排系統(tǒng)。

下面的數(shù)據(jù)來自 2020 CNCF Survey 的原始數(shù)據(jù)，可以看到使用 Kubernete 的企業(yè)占比達到了 80%。

Kubernetes 的流行主要有以下幾個原因：

• 自動化：Kubernetes 實現(xiàn)了容器的部署、擴展、負載均衡、故障恢復、滾動更新等操作的自動化，極大地簡化了應用程序的管理和維護工作。這種自動化也提升了應用程序的彈性和可用性。
• 可移植性：Kubernetes 基于容器的架構(gòu)模型，使得應用無需重新編碼或更新配置就可以在任何云平臺、物理機或者虛擬機中運行。
• 生態(tài)系統(tǒng)：Kubernetes 作為一個成功地開源項目，擁有強大的社區(qū)支持和生態(tài)系統(tǒng)，使其可以獲得更好的創(chuàng)新、優(yōu)化和安全性保障。從社區(qū)中，我們可以找到各種插件和工具，為開發(fā)者提供了豐富的選擇和擴展性。

從單 Kubernetes 集群到多 Kubernetes 集群

初露端倪

企業(yè)中的應用程序通常比較復雜，需要不同的環(huán)境來進行開發(fā)、測試和生產(chǎn)部署。為了避免應用程序之間的干擾和交叉，通常需要在不同的 Kubernetes 集群中分別部署和管理應用程序。

在同一個數(shù)據(jù)中心不同的環(huán)境部署獨立的 Kubernetes 集群之后不同環(huán)境下的集群規(guī)模、管理方式、可靠性和安全性各有不同，從開發(fā)、測試到生產(chǎn)，成本的投入也逐步地提升，來保證更好的性能、更高的可靠性和安全性。

這也是多 Kubernetes 集群的一種形式（注意這里說的是 多 Kubernetes 集群）。

迅猛發(fā)展

隨著對云計算接受程度不斷提高、企業(yè)規(guī)模的持續(xù)增長，越來越多的企業(yè)開始考慮采用或者已經(jīng)采用多云和混合云的架構(gòu)。多云和混合云的驅(qū)動因素很多，總結(jié)之后分成了兩類：主動因素和被動因素。

主動因素

• 避免廠商鎖定：避免廠商鎖定：企業(yè)通過采用多云混合云策略，可以避免過度依賴單一云服務提供商，從而減輕由廠商鎖定帶來的風險。
• 提升性能、降低延遲：企業(yè)根據(jù)業(yè)務需求，將服務部署在地理位置更接近用戶的數(shù)據(jù)中心。
• 更大范圍的伸縮性：在不同的云服務提供商之間實現(xiàn)資源的彈性伸縮，從而提供更大范圍的伸縮性以滿足業(yè)務需求。
• 提升可靠性：在不同的云服務提供商和私有數(shù)據(jù)中心之間進行應用部署之后，即使某個云服務提供商出現(xiàn)故障，企業(yè)的應用仍可繼續(xù)運行。
• 成本因素：可以選擇性地使用各個云服務提供商提供的服務，以便在成本和性能之間找到最佳平衡。

被動因素

• 數(shù)據(jù)中心能力限制：數(shù)據(jù)中心基礎設施的規(guī)模、性能無法滿足需求。
• 上云、下云的過渡期：在上云或下云的過程中，存在著公有云和私有云共存的現(xiàn)象，過渡期可能會被拉長。
• 單一云覆蓋區(qū)域有限：盡管云服務提供商不斷擴展其全球數(shù)據(jù)中心的覆蓋范圍，但仍然可能存在單一云服務提供商無法滿足企業(yè)在特定地區(qū)的部署需求的情況。
• 業(yè)務隔離：在某些情況下，企業(yè)需要對不同業(yè)務進行隔離，以降低風險和提高安全性。將應用部署到不同的數(shù)據(jù)中心，來確保敏感數(shù)據(jù)和關鍵應用的安全。
• 合規(guī)和數(shù)據(jù)隔離：不同國家和地區(qū)可能有不同的法規(guī)要求，這些要求可能會限制企業(yè)在特定云服務提供商上存儲和處理數(shù)據(jù)。

多云混合云策略的引入，相應地，Kubernetes 集群的數(shù)量也變得越來越多。雖然集群的數(shù)量在增加，但是本質(zhì)與單集群無異：每個 Kubernetes 集群有自己的控制平面（api-server、控制器）和一組工作節(jié)點，可以獨立進行應用程序的部署和管理（這就是為何前面稱之為多 Kubernetes 集群）。在“多集群”環(huán)境下，每個集群是獨立的，當需要管理的時候，采用的是“一個一個管理”的方式。

挑戰(zhàn)多多

多 Kubernetes 集群可以在不同的云平臺、不同的數(shù)據(jù)中心、不同的網(wǎng)絡環(huán)境和不同的物理基礎設施中部署，以滿足不同的應用程序和業(yè)務需求。但隨著集群數(shù)量的增加，也面臨著諸多挑戰(zhàn)：

• 集群管理復雜性增加：不同的 Kubernetes 集群部署在不同的云服務商平臺上，擁有不同的網(wǎng)絡架構(gòu)和安全策略。隨著數(shù)量的增加，集群管理的復雜性也會相應增加。這包括資源分配、訪問控制、網(wǎng)絡管理、集群升級和維護等方面。
• 應用管理成本增加：企業(yè)需要在多個 Kubernetes 集群上部署和管理應用程序。
• 跨集群網(wǎng)絡和服務通信：Kubernetes 天然的網(wǎng)絡隔離特性，又因為部署在不同網(wǎng)絡架構(gòu)的云平臺上，需要解決跨集群網(wǎng)絡和服務通信的問題。這包括跨平臺網(wǎng)絡互聯(lián)、跨集群服務發(fā)現(xiàn)和路由等問題。

從多 Kubernetes 集群到 Kubernetes 多集群

為了應對上面的種種挑戰(zhàn)，出現(xiàn)了另一個概念 Kubernetes 多集群。Kubernetes 多集群和多 Kubernetes 集群是兩個不同的概念，為了便于區(qū)分我們也可以將其稱為 Kubernetes 聯(lián)邦。

Kubernetes 聯(lián)邦是將多個 Kubernetes 集群連接在一起，以便協(xié)同工作和實現(xiàn)跨集群資源和應用的統(tǒng)一管理、跨地域和跨云的故障切換、根據(jù)實際需求動態(tài)分配資源降低成本、提升業(yè)務的靈活性和擴展性。

雖然對于如何連接多個 Kubernetes 集群沒有官方的解決方案，但是得益于強大的社區(qū)和生態(tài)，已有不少開源和商業(yè)化的解決方案。

集群管理復雜性

使用集中式的多集群管理平臺，在一個統(tǒng)一的界面中管理多云混合云中的 Kubernetes 集群，提供集群創(chuàng)建、配置、監(jiān)控和故障排查的功能，使集群管理變得更加簡單和高效，同時提高集群的可靠性和可用性。

在工具方面有 KubeSphere、Rancher 以及眾多公有云的方案 Google Anthos、Azure Arc、Red Hat Advanced Cluster Management（ACM）、AliCloud ACK 等等。

應用管理

使用自動化的多集群應用編排和管理平臺，解決多集群、多云環(huán)境下應用程序的快速部署、擴展和管理問題，保證應用程序的可靠性。

除了前面提到多集群管理平臺提供了應用管理能力以外，還有如 Kubernetes Federation（前者 22 年 8 月已存檔）、Karama 等開源多集群應用管理平臺。

跨集群網(wǎng)絡和服務通信

降低多集群環(huán)境中的網(wǎng)絡復雜性。使用服務網(wǎng)格技術，管理跨多個集群的服務流量、安全性和可觀測性，實現(xiàn)跨集群的服務發(fā)現(xiàn)和通信；或者采用跨集群的網(wǎng)絡解決方案實現(xiàn)網(wǎng)絡互通。

服務網(wǎng)格技術有 Istio、Linkerd、Flomesh 等，網(wǎng)絡解決方案有 Submariner。

總結(jié)

在多云、混合云成為趨勢的當下，Kubernetes 多集群也不斷地被提及并逐漸成為重要的解決方案。Kubernetes 多集群的討論已不再局限于集群和應用的管理，還引入了跨集群的服務通信。

多集群可以為企業(yè)提供更靈活、更可靠的應用部署和管理能力，使企業(yè)能夠更好地利用混合多云環(huán)境中的資源，降低運營成本，提高應用的可靠性。除此以外，還可以助力企業(yè)更快速地進行應用遷移。