作者 | 孫健波（天元）
來源 | 阿裡巴巴雲原生公衆号
如今，圍繞 Kubernetes 建構應用傳遞平台已經逐漸成為共識。
Kubernetes 生态本身的能力池固然是豐富的，但社群裡并沒有一個可擴充的、友善快捷的方式，能夠幫助平台團隊把這些能力快速“組裝”成面向最終使用者的功能（Feature）。是以，盡管大家都在基于 Kubernetes 建構上層應用平台，但這些平台本質上并不能與 Kubernetes 生态完全打通，而是變成一個個的垂直“煙囪”。
有沒有方法讓平台團隊能夠在不造輪子、完全打通 Kubernetes 生态的前提下建構上層平台，進而同時保證平台的易用性和可擴充性呢？本文整理自阿裡雲容器技術專家、OAM 規範主要制定者之一、KubeVela 作者和負責人孫健波（天元）在阿裡雲開發者社群“周二開源日”的直播分享，将剖析目前 Kubernetes 應用傳遞體系存在的問題詳細介紹如何基于 OAM 和 KubeVela 體系賦能 PaaS，建構開放可擴充又易用的能力。
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https://developer.aliyun.com/live/246067什麼是 KubeVela
1. KubeVela 的起源
KubeVela是一個簡單易用又高度可擴充的雲原生應用管理引擎，是基于 Kubernetes 及阿裡雲與微軟雲共同釋出的雲原生應用開發模型 OAM 建構。
KubeVela 基于 OAM 模型建構了一套具體的實作，通過 Golang 編寫，可以端到端地為使用者建構雲原生應用的平台，提供一個相對完整的解決方案。
KubeVela 項目自 2020 年 7 月份在社群裡面發起，受到包括阿裡、微軟、Crossplane 等公司工程師在内的廣大社群志願者的歡迎，并一起投入到項目開發工作中。他們把在 OAM 實踐裡面的各種經驗與教訓，都總結沉澱到 KubeVela 項目中。
KubeVela 在 2020 年 11 月中旬正式釋出，并于釋出的第 4 天登頂 Github Go 趨勢榜榜首。這個項目的魅力在于，一方面項目本身比較容易了解，因為大家剛看到 OAM 釋出時，并不知道這個模型能夠做什麼，但是 KubeVela 提供許多開箱即用的功能以及可以實際操作的 Demo，使得大家更容易了解 OAM 模型以及 KubeVela 應用管理的能力。另一方面是由于許多使用者在應用管理方面的訴求越來越強烈，尤其是雲原生應用管理。
2. KubeVela 的使用者
KubeVela 的使用者主要面向的是平台團隊，它為平台團隊提供了一套模型，使得平台團隊的業務使用者可以通過簡單易用的方式管理其應用。
在 KubeVela 出現之前，傳統的 K8s 平台團隊的主要職責可以了解為基于 Kubernetes 為使用者建構應用管理平台。在實際操作中，有一些平台團隊是直接向外暴露了裸 Kubernetes 的概念，但這種做法通常會帶來一些問題，最突出的就是使用者使用門檻高，不易了解。
針對這類問題，KubeVela 提供了一層統一的方式。主要包含兩類模闆，一類是基于能力的模闆，包含工作負載類型，例如将一些概念封裝成 Web Service，一些概念封裝成 Database。還包含運維特征，是基于這些工作負載的擴充，特征包括金絲雀釋出、自動擴縮容、路由通路等能力。
另外一類是部署環境模闆。例如使用者在釋出應用前要先進行測試，測試完成後進行小流量的叢集灰階釋出，最後再慢慢灰階到生産叢集，這些不同的叢集對應的能力不一樣。基于這兩個方面的模闆，我們将它注冊到 CRD 注冊中心裡面，構成 KubeVela的完整能力池。
對于平台團隊的業務使用者，即平台團隊服務的一些應用開發者，這類開發者聚焦業務實作，對 Kubernetes 的細節并不關心。在這樣的前提下，開發者可以首先基于我們提供的環境模闆，根據自己的實際需求選擇并初始化部署環境。然後再選擇能力模闆，根據應用的工作負載，填寫運維特征等參數。
最後由 KubeVela 進行組裝渲染，變成 Kubernetes 的實際資源。
可以看到，KubeVela 為這兩類使用者各自提供了一些能力，平台團隊可以直接使用 Kubernetes 的概念組裝出來一些能力的抽象，應用開發者們可以基于這些抽象建構出應用。
KubeVela 的能力
KubeVela主要有三個能力：
- 快速建構抽象
- 快速建構使用者使用界面
- 以“應用為中心”的方式統一定義和管理雲資源
下面對這三個能力的實作原理進行分析。
1. 快速建構抽象
1）抽象的類型
在之前我們提到，使用者在使用 K8s 時有一個很大的 Gap，這個 Gap 實際上是可以通過抽象來解決的。
抽象是建構雲原生應用平台的基礎，抽象本質上分為這三種類型：轉換抽象（一變一）、組合抽象（一變多）和拆分抽象（多變一），以及抽象後的狀态回流。
- 組合抽象
以一個網絡通路的服務為例，底下由 Deployment 與 Service 組合建構而成，使用者希望拿到工作負載 WebService，這樣一個組合的抽象可以給使用者提供服務。
- 拆分抽象
當我們在灰階釋出時，K8s 生态經常會出現一些像 ArgoRollout 的釋出能力，這些釋出能力可能有個問題，就是把所有的概念全都糅雜在一起，有時使用者在一開始使用時不關心的釋出政策（如 Rollout）也在其中。“拆分抽像”的能力可以使使用者在使用時把這些概念拆開來使用，在單獨使用 Workload 部分時，應用也能正常運作，而不是說一定要填完 ArgoRollout。同時未來灰階釋出時，使用者如果希望有金絲雀的釋出政策，KubeVela 也能将 Workload 與 Rollout 組裝成 ArgoRollout。
- 轉換抽象
在K8s原來的概念中，有的部分使用者并不關心，如 Deployment 裡的 labelSelectors。KubeVela 可以做一層轉換，就像 Knative Revision，去掉多餘的參數，封裝出幹淨的模型。
通過以上三種方式，KubeVela 可以為使用者提供一個簡潔易用的應用管理界面。
講到這裡，可能會有人拿 KubeVela 與 Helm 做比較了，那麼它們的差別是什麼？Helm 大家比較熟悉，它可以把不同的 YAML 檔案寫成模闆，模闆裡面能摳出來一些 Values，然後填寫一些 Values 的資訊。但是這裡 Helm 有一個問題，就是組裝完後 Helm 整體會成為一個黑盒，使用者無法獲得 Helm 裡整體的狀态。
舉一個例子，Helm 安裝完後，它把這些抽象的能力變成K8s原始的資源，但這些資源是否安裝成功，Helm 很難獲得感覺。
同時使用者如果想做統一的能力，如要把 Rollout 抽出來的概念變成公共的功能給 WebService 與 Knative Revision 使用，這種情況在 Helm 中無法實作，包括後期做統一的監控、統一的釋出管理、統一的日志管理、統一的擴縮容等，Helm 均無法實作。但是在 KubeVela 中，基于 OAM 模型提供的公共标準，就可以實作一些公共的能力。
是以說，像狀态回流和公共能力抽象是HELM無法做到的兩點，但用KubeVela可以很容易做到。
2）KubeVela 對于抽象的實作：DCL(Data Configuration Language)
大家知道，Helm 的抽象能力是基于 Go 的 template，而 KubeVela 對于抽象的實作是則基于 DCL（DataConfiguration Language）。Kubernetes 的前身是 Borg，它在谷歌大規模使用時，有一個類似于腳本的配置語言 BorgConfig，然後它對外開源的版本可以了解成一個 CUE，即 DCL。
CUE 的功能如下圖所示：
首先使用者填抽象資料，接着通過 CUE 的模闆注冊在 KubeVela 的服務端，然後使用者填的資料和模闆直接合并，最後生成一個完整的 K8sYAML。這種過程看起來和 Helm 的 Go template 以及 Helm 的 Values 很像，但是 CUE 有很多強大的功能，比如：
- 專注于操縱資料，而不是寫代碼
- 完全相容 JSON
- 簡單直覺：Schema 和 Value 文法一緻
之前大家在 K8s 上做一些擴充時，通常情況下要寫一個 CRD，現在有了 KubeVela 這個引擎，在多數場景下建構抽象就不需再編寫代碼了，隻要注冊 CUE 配置即可使用。
以上方為例，首先定義 Workload， WorkloadDefinition 實際上就是一個模闆，這個模闆講的是工作負載裡一個 Deployment 模闆，Deployment 下面是我們建構出來的參數 Parameter，它包含兩個參數 Image 和 CMD；之後相當于把這個參數填到了 ③ 上面的工作負載中，它的類型叫 Worker，也就是 ① 裡面的 Worker。
同時還有一些抽離出來的參數，就是底下的 Deployment 裡面，比如 Sidecar，把它抽出來單獨使用變成一個 Trait，Trait 裡面可以寫一些内容如 NAME 或 Image。如果不加 Trait，單獨使用 Worker 也是完全可以的。同時這個 Trait 也可以給到其他基于 Development 或帶有 “spec：template:spec:containers” 這種數組模式的工作負載使用。
在 KubeVela 中，使用者隻要簡單填寫參數就會拿到這兩個模闆，然後在 KubeVela 中做 Merge，即 Patch 的合并，最後生成 Development。
2. 快速建構使用者使用界面
1）Appfile
除了建構抽象，如何讓使用者使用也是一個非常關鍵的問題。在這裡 KubeVela 給大家提供一個使用者層的視角，對于不關心 K8s 細細的業務應用研發者， KubeVela 提供了 AppFile 的概念。
如上圖所示，Appfile 裡會包含鏡像的建構、鏡像如何啟動、端口是怎樣的、資源有多少等資訊。同時包含了一些 Trait 的參數，例如使用者希望能夠對外的通路提供一個域名、自動擴縮容的參數等，大家可以看到它是圍繞應用展開的，沒有一些多餘的概念。同時它是一個檔案，當使用者在代碼倉庫裡做統一變更時，體驗效果非常好；同時它和應用環境沒有關系，可以自動适配任意 K8s 叢集與部署環境，并且具有很好的擴充能力。
總結 Appfile 概念如下：
- 一個完整的應用描述檔案（以應用為中心）；
- 放置于應用代碼庫中（Gitops 友好）；
- $ vela up（一鍵部署）；
- 無需學習 K8s 細節（完整的使用者側抽象）；
- 自動适配任意 K8s 叢集與部署環境（環境無關）。
2）示例：上線新功能 Metrics
具體流程如下所示。
- 平台研發團隊：
- 開發了一個新 Operator 叫做 Metrics（監控）。
- 編寫一個 K8s 能力描述檔案 metrics.yaml（如下方所示）。
- 平台管理者：執行 $ kubectl apply -f metrics.yaml。
- 使用者：立刻就可以在 Appfile 中定義一個新的字段 Metrics（如下方所示）；無需系統更新或重新開機。
對于業務使用者來說，不需要做任何系統的更新或重新開機，就可以看到這個 metrics 的能力，同時在 Appfile 裡拿到擴充能力的填寫規範，輕松地用起來。
3）業務使用者使用 KubeVela 的工作流程
大緻分為四個步驟：
- 首先執行 vela init 指令，回答問題生成基礎 Appfile。
- 通過 vela traits 檢視平台能力，vela show metrics 檢視能力細節。
- 根據能力的參數編輯 Appfile。
- 最後，通過 vela up 指令啟動應用。
4）Dashboard/Restful API 支援類似機制
如上圖所示，通過注冊 Definition 檔案，Vela 會提供一個 jsonschema 的 API 包含的參數資訊，這樣就可以自動生成前端。同時 Vela 裡面也會有一個前端的功能，大家可以參照這個來做一些實作。
3. 統一定義和管理雲資源
1）實作原理
在管理雲資源方面，尤其是對對不同雲資源管理的統一，社群裡比較流行的一個項目叫 Terraform。Terraform 有很多 Package，這些 Package 對應不同雲廠商的雲資源的驅動，即不同的雲資源都可以通過 Input一個Terraform Package，然後再填一些參數，就可以完成啟動。
KubeVela 和 Terraform 有非常好的關聯。當使用者用 workload defination 定義一個類似于 Terraform Package 之後，把相應參數填入，最後定義使用者應該填的是什麼。上圖右方可以看到，根據 Terraform 定義出來的參數，業務研發人員其實還是填簡單的 Appfile，使用者體驗和剛剛基于直接 Kubernetes 抽象的體驗是一樣的。
在使用者正常使用資料庫時，可以在 configRef 裡填一些配置的引用，這些引用來自 sample-db，填入後 KubeVela 會把 Terraform 的資源拉起，然後同時把獲得的資源輸出，加入 configRef 中，最後生成一個應用，如下圖所示。
2）KubeVela 架構
從整體的架構來看，最上層 KubeVela 從使用者側進來，然後是 Appfile / CLI / Dashboard 等使用界面，同時 KubeVela 給服務端的內建提供了許多能力，如使用者可以将 KubeVela 當成核心使用，然後再基于 Kubernetes 來內建。有一個 CRD 叫 Application，通過這個 CRD 可以直接對接 KubeVela 的能力，同時還會有像 RestfulAPI 這種對接方式，直接有一個 HTTP 的接口來給使用者對接。
然後到了 KubeVela 裡面，分為兩種概念，一個概念就是 Workload Types，另外一個概念是 Traits，這裡面其實就是 OAM 傳統應用模型的概念。
Workload 裡面定義的是應用運作的一些主體，Traits 裡是運維的特征及其它擴充。這些通過 CUE 配置語言，然後構模組化闆，對于使用者來說，在上層可以拿到使用這些使用能力的方法，包括一些文檔等。
下方是通過 CUE 把這些實際的資源翻譯出來，翻譯成 K8s 的 CRD 或原生的一些能力，然後 YourOwn 能力也是這樣注冊進去。注冊進去以後，包括一些 CRD Controller 或 CUE 的模闆，最上面提供一些發現的能力，再向下就是生成實際的資源。同時 KubeVela 還會提供一些 CRD 的注冊管理、能力的管理、能力中心等功能。
Roadmap
KubeVela 1.0 即将在 2021 年 3 月中旬釋出，它包含以下主體能力：
- KubeVela 的統一服務端接口Application CRD 正式釋出。
- 能力注冊中心與擴充能力的包管理（包格式/安裝/版本更新/依賴/沖突發現）。
- 基于 OAM 模型的統一釋出能力（金絲雀、灰階、分批、滾動更新、無人值守鈎子）。
- 使用者友好操作界面 KubeVelaDashboard，以及用于服務端對接的 Restful API。
- 內建 Helm，建構 KubeVela 應用傳遞鍊路，為 Helm 增加部署後的生命周期管理能力。
- 多叢集、多環境的應用部署能力以及 K8s 環境無關的 APIServer。
- 更豐富的編排能力--資料傳遞與資源綁定。
以上就是本次分享的全部内容。想要了解更多 OAM 和 KubeVela 資訊，請通路 KubeVela 官網或 Github 項目位址。也歡迎大家加入 OAM 社群交流釘釘群，與更多開發和運維人員深入了解項目及其實際使用場景。
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