KubeBrain 字节跳动高性能 K8s 元信息存储 许辰 字节跳动资深研发工程师 许 辰 字节跳动基础架构工程师  本科和硕士毕业于北京大学计算机系  负责大规模 Kubernetes 系统的构建和优化  KubeBrain/ KubeGateway/ KubeZoo 等多个项目的发起人 • 背景介绍 • 设计思路 • 性能优化 • 落地效果 • 未来演进 背景 背景 • Kubernetes 规模增大 10 倍以上  公司业务快速发展  存储、大数据、机器学习等场景云原生化 • 新场景对 Kubernetes 性能要求更高  离线场景，Pod 生命周期短、变更频率高 如何扩展 Kubernetes 集群 单个集群规模垂直扩展 多个集群横向扩展  降低运维管理成本  减少资源碎片  提高资源利用率 Kubernetes 的架构特点 中心化架构 所有组件通过 apisever 交互 随着规模增大存储系统成为瓶颈 etcd 存在性能问题 apiserver etcd K8s 各组件 apiserver 元信息存储 etcd etcd 存在的问题 自研元信息存储 调优 etcd 参数 按照对象拆分 etcd 设计新的元信息存储 … 如何解决存储瓶颈？ KubeBrain 1. 大脑 2. 谐音科比 Kobe

cof-lee.com 10.99.1.62 规划Pod网络： 10.244.0.0/16 规划Service网络： 10.7.0.0/16 # pod网络和service网络都要求为16位的地址块，且不能与环境中其他网络地址 段冲突 # hostnamectl set-hostname k8s-master1.cof-lee.com #设置主机名称，所有结 点分别设置 # cat 内 存使用量限制，任何违反LimitRange定义的资源使用最大用量的请求都将被直接 拒绝 LimitRange对pod和容器的资源限制为cpu和内存使用量 LimitRange对PVC的资源限制为存储空间的使用量 资源限额只对新创建的资源生效，对于已经存在的对象不产生任何限制 limitrange和resourcequota都是有命名空间之分的 # cat > limitRange-testxx persistentvolumeclaims: "2" #可以创建的pvc总数 requests.storage: 20Gi #可以创建的pvc存储需求存储空间总量限额 EOF # kubectl apply -f resourceQuota-testxx.yaml ★第7章、pod控制器 pod控制器是由kube-c

Sealos API Sealos CLI Desktop 裸金属 AWS 阿里云 更多······ boot 集群镜像 租户管理 应用管理 函数计算 消息队列 数据库 缓存 计算驱动 网络驱动 存储驱动 自由组装 内聚解耦 化整为零 大道至简 sealos 的能力 • 10 秒上线一个自带域名和 https 的 nginx 应用 • 其它应用同理如博客系统 低代 码平台等 系统 日至 系统 数据库 消息队列 对象存储 计算 储存 网络 kubernetes SaaS服务 30min 1人 一键打包 整体交付 一次建构 到处运行 使用sealos 技术实现 行业 痛点 在公网不可信的环境中提供多 租户共享一个kubernetes集群 的能力， ，如etcd存储， k8s apiserver，对象存储，数 据库等 技术 方案 优势 利用 等技术可做到计算安 等技术可做到计算安 全隔离，存储隔离且获得本地 磁盘同等IO能力 ， 可以把整个集群像Docker 一样打包，一键交付 ， 有轻量化、超高性能、极易管 理等特点 自研 负载均衡器， 可支撑超大规模数万节点 集群运行 ，运行速度全球领先，毫秒级发布 更高稳定性 实现安全隔离 轻量化 数万节点集群运行 运行速度 全球领先 超高性能 极易管理 使用场景 私有云 完全 离线

8卡 : 157.9元/小时 x 4 = 631.6 元 P100 1卡：12.78 元/小时 x108 = 1380.24 元 数据访问的新挑战 1.强大的算力需要匹配的I/O吞吐 2.计算存储分离导致I/O延迟 3.单机缓存无法满足海量数据加速 9993.6 3189.6 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Synthetic ESSD云盘 PL2 fuse TensorFlow TensorFlow Alluxio Master Pod Pod MXNet MXNet Pod Pod Caffe Caffe oss 阿里云 对象存储 statefulset daemonset 一键式部署Alluxio，中心化配置集群参数 $ cat << EOF > config.yaml properties: fs.oss.accessKeyId: policy LocalFirstAvoidEvictionPolicy Alluxio读取的数据块优先保存到本地，但是当本地空间不足时， 不会驱逐本地数据块而是将读取数据缓存到邻近节点 alluxio.worker.tieredstore.level0.dirs.quota 100GB 缓存存储的容量上限。 alluxio.worker.tieredstore.level0.watermark

和 Great Expectations 等工具自动化数据质量检查。 数 据可观测性可同时通过 Monte Carlo 等平台实现。 我们已经看到数据产品随着时间的推移，演变为多个用例的可重用构建块。随着我们在识别和构建价值驱动的 数据产品上的进展，后续用例的上市时间也随之加快。因此，我们的建议是，采纳针对 FAIR 数据的数据产品 思维。 技术 © Thoughtworks, Inc Connect（OIDC）等联合身份机制对流水线进行 身份验证，以访问云服务。这一重要的技术仍未被充分利用在 GitHub Actions 中，因此推荐 OIDC for GitHub Actions。通过这种方式，可以避免存储长期的访问令牌来访问云资源，同时确保流水线无法直接访问机密信息。 然而，请务必谨慎地限制访问权限，以确保操作以最低权限运行。 8. 使用 Terraform 创建监控和告警 试验 基础设施及代码（IaC） 工具的团队需要重视这类风险。 团队可以通过对依赖进行健康检查化解包幻觉风险：在选择依赖之前查看它的创建日期、下载数量、github 评论 及星标数、贡献者数量、活动历史记录等。一些依赖健康检查可以在包存储仓库和 GitHub 上执行，而像 deps. dev 和 Snyk advisor 等工具也可以提供帮助。尽管依赖健康不是一项新技术，但随着团队在软件开发过程中越 来越多地尝试 GenAI 工具，该实践正在获得新的关注。

链路路跟踪 负载均衡 ⾃自动容灾 持续集成 持续部署 灰度发布 服务注册/发现 关系数据库 KV存储 对象存储 块存储 DNS 消息队列列 API- Gateway 镜像仓库 统⼀一代码管理理 统⼀一编程框架 统⼀一通讯协议 统⼀一部署环境 计算平台/KUN 公共服务 存储平台 Think in Cloud . 北北京 基于RBAC实现 账号管理理隔离 01 IPv6 Pod与集群外部互通 其他⽅方案 • Calico/Flannel: 基于 BGP、IPIP、VXLAN 或⽤用户态程序, 每个节点需要部署 Agent程 序, 数据需要进⾏行行单独的存储（etcd），整 体上⽐比较复杂、⽽而复杂往往和可靠性成反⽐比 Dual Stack IPv4 IPv6 CIDR /64 --- IPv4 --- IPv6 集群外 服务器器 Containers Think in Cloud . 北北京 监控系统⽅方案 • 监控基于 Prometheus 构建，Prometheus 部署于 K8s 集群中，使⽤用 HostPath 存储数据； • Metrics 采集： A. 采集 apiserver、controller-manager、scheduler、etcd、kube-proxy、Kubelet 等组件提供的 metrics

种子技术来提供。目前最新的 版本是1.16版本。（https://github.com/kubernetes/kubernetes） Kubernetes 的目标旨在消除编排物理/虚拟计算，网络和存储基础设施的负担，并使应用程序运营商和开发人员完全将重点放 在以容器为中心的业务上进行自助运营。Kubernetes 也提供稳定、兼容的基础（平台），用于构建定制化的workflows 和更 高级的自动化任务。Kubernetes 服务发现和负载均衡：实现内部负载均衡可以实现服务访问负载。 自动发布和回滚：可以自动实现版本的发布和回滚。 秘钥和配置管理：对于密码等信息，专门提供了Secert对象为其解耦。 存储编排：支持多种不同类型的存储，包括本地存储、云存储、网络存储等。 批量处理执行：除服务型应用，还支持批处理作业CI（持续集成），如有需要，一样可以实现容器故障后修复。 Kubernetes特点： 可移植: 支持公有云，私有云 Scheduler调度器（kube-scheduler）：负责资源调度（Pod调度）的进程，相当于“调度室”。按照预定的调度策略 将Pod调度到相应的机器上 etcd：集群的数据存储，他存储着集群中所有的资源对象。数据存储采用的是键值对存储。保存了整个集群的状态。 11 www.h3c.com Confidential 秘密 11 11 K8s基本概念和术语介绍（Node） 工作节点（Node/Worker）：

⾸云容器产品Kubernetes操作指南 简介 �.产品简介 �.使⽤须知 集群管理 �.简介 �.使⽤须知 �.操作说明 节点管理 �.简介 �.使⽤须知 �.操作说明 存储管理 �.简介 �. 操作说明 应⽤管理 �. 简介 �. 前提条件 �. 操作说明 ⽹络管理 �.简介 �.操作说明 监控管理 �.简介 �.操作说明 （�）开启监控 （�）概览⻚监控查看以及资源介绍 Wordpress 容器服务 Kubernetes 版（CCK），提供⾼性能可伸缩的容器应⽤管理能⼒，⽀持Kubernetes社区原⽣应 ⽤和⼯具。简化集群的搭建和扩容等运维类⼯作，整合⾸云虚拟化（裸⾦属）、存储、⽹络和安全能⼒， 打造云端最佳的容器化应⽤运⾏环境。 简介 1.产品简介 3 ⽬前开放节点：⽆锡A，东京A，⾹港A，新加坡A，达拉斯A，法兰克福A。 注：根据客户需求可以⼀天内在新节点部署好容器服务。 ⾸云提供了NAS⽂件存储服务，并且针对Kubernetes集群提供了⾃研的存储驱动的⽀持 创建⽂件存储 NAS 选择⽂件存储NAS后，选择右上的新建按钮可以创建⼀块新的NAS存储 存储管理 1.简介 2. 操作说明 13 在新⻚⾯中，依次选择可⽤区，输⼊名称，选择类型和容量，最后单击确定 在该⻚⾯，可以看到所配置的存储的价格 可以⽤去的选择要和容器集群所在区域⼀致，不同区域的集群和存储间不能挂载和访问

载，包括⽆状态、有状态以及数据处理⼯作负载。 如果应⽤程序可在容器中运⾏，那么它应该能够很好地在 Kubernetes上运⾏。 不提供中间件（例如消息总线）、数据处理框架（例如Spark）、数据库（例如MySQL），也不提供分布式存储系 统（例如Ceph）作为内置服务。 这些应⽤可在Kubernetes上运⾏。 没有点击部署的服务市场。 01-什么是Kubernetes 6 不部署源代码，并且不构建应⽤。持续集成（CI ⽔平扩展——也就是通过部署 更多实例来实现扩容。详⻅ Building High-Availability Clusters 。 etcd etcd ⽤作Kubernetes的后端存储。集群的所有数据都存储在此。请为你Kubernetes集群的etcd数据提供备份计划。 kube-controller-manager kube-controller-manager 运⾏Controlle 将容器的通⽤时序指标记录到⼀个中⼼化的数据库中，并提供⼀个UI以便于浏览该数 据。 Cluster-level Logging（集群级别的⽇志） Cluster-level logging 机制负责将容器的⽇志存储到具有搜索/浏览界⾯的中央⽇志存储中去。 Node组件 Node组件在每个Node上运⾏，维护运⾏的Pod并提供Kubernetes运⾏时环境。 kubelet kubelet 是主要的Node代理。它监视已

全局管理 10 可观测性 10 应用工作台 11 多云编排 11 微服务引擎 12 服务网格 13 中间件 14 镜像仓库 14 云原生网络 15 存储 17 参考文档 18 版权 © 2023 DaoCloud 第 3 页 简介 DaoCloud Enterprise 5.0（DCE 5.0）是一款高性能、可扩展的云原生操作系统。 涉及的模块：全局管理、容器管理、云原生网络、云原生存储、信创异构 中间件服务 专为有状态应用设计的云原生本地存储能力，满足中间件高 I/O 的存储需求，提升运 维管理效率。精选各类数据库、分布式消息和日志检索等中间件，提供多租户、部 署、观测、备份、运维操作等全生命周期的中 间件管理能力，实现数据服务的自助化 申请、弹性扩展、高并发处理和稳定高可用。 涉及的模块：全局管理、容器管理、云原生网络、云原生存储、精选中间件 台、云原生网络、云原生存储 可观测性 基于日志、链路、指标、eBPF 等技术手段，全面采集服务数据，深入获取请求链路信 息，动态观测、多维度掌控集群、节点、应用和服务的实时变化，通过统一控制面实 现所有集群及负载观测数据的查询，引入拓扑分析技术可视化掌握应用健康状态，实 现秒级故障定位。 涉及的模块：全局管理、容器管理、可观测性、云原生网络、云原生存储 版权 © 2023 DaoCloud