作者：溪洋

在云原生浪潮的推进下，容器和 Kubernetes 技能和运用开展迅猛。最近，云原生核算基金会 CNCF 发布了与 SlashData 联手编撰的 最新版《云原生开发现状陈述》，该陈述显现，“Kubernetes 在曩昔的 12 个月取得了令人瞩目的增长——今日，全球共有 560 万开发人员在运用 Kubernetes。关于那些具有 500 多名职工的大型组织而言，Kubernetes 和容器的采用率猛增，这意味着 Kubernetes 已经彻底满足企业的需求。许多时分，开发人员甚至在没有意识到 Kubernetes 的情况下就在运用它。”

云原生已经成为数字经济技能的创新基石，与此一起，容器正在成为企业运用云的新界面，为企业的核算基础设施、运用架构、组织文明和研制流程带来新一轮革新。最近，阿里云容器服务团队几位中心成员在一次访谈中，同享了他们对企业级容器运用市场的改变和 2022 年容器技能重点开展方向的趋势调查。本文期望结合 2021 年阿里如此原生容器服务的重点事件，协助大家梳理云原生容器范畴的中心开展头绪，掌握技能趋势走向。

盘点：2021 阿里如此原生容器服务大事记

1. 全面晋级，让云的鸿沟拓宽至企业需求的每个场景

2021 阿里云容器服务年度盘点：企业级容器应用变化和技术趋势观察

2021 年 9 月，阿里云容器服务宣告全面晋级为 ACK Anywhere，并发布 ACK 发行版、ACK 敏捷版、ACK ONE 分布式云容器渠道；以及面向异构核算支撑、资源调度、网络、云原生 AI、智能化运维、云原生制品分发等六大方向的优化晋级。晋级后的 ACK Anywhere 具有“一起体验、弹性算力、才能下沉、简化容灾”四大中心才能，使企业在任何事务场景下运用容器服务时，都能完成一致集群办理、一致资源调度、一致数据容灾和一致运用交给。

2. 发掘潜能，支撑新一代容器架构晋级

跟着企业对容器的拥抱更加活跃，对容器中心技能的发动功率、资源开支、调度功率都有了更高的要求，阿里云容器团队也支撑了新一代的容器架构晋级，经过对容器、裸金属、操作系统等全栈优化，继续发掘容器的潜能。

  • 高效调度：全新晋级 Cybernetes 调度器，支撑对多架构神龙的 NUMA 负载感知、拓扑调度和细粒度的资源隔离和混部，提高运用功能 30%。此外，在调度器上做了大量端到端优化，在 1000 节点规划集群中，能够供给 20000Pods／min 以上的调度速度，确保在线服务和离线使命都能高效地运行在 Kubernetes 上；

  • 高功能容器网络：最新一代的阿里云容器网络 Terway 3.0，一方面经过神龙芯片 offload 虚拟化网络开支，一方面在 OS 内核中经过 eBPF 完成容器 Service 转发和网络战略，真正完成零损耗，高功能。

  • 容器优化 OS：面向容器场景，推出轻量、快速、安全、镜像原子办理的容器优化操作系统 LifseaOS，比较传统操作系统软件包数量削减 60%，镜像大小削减 70%，OS 初次发动从传统 OS 的 1min 以上下降到了 2s 左右。支撑镜像只读和 ostree 技能，将 OS 镜像版别化办理，更新操作系统上的软件包、或许固化的装备时，以整个镜像为粒度进行更新。

  • 高密布置极致弹性：依据阿里云安全沙箱容器 2.0，优化沙箱容器内的资源开支，最小可达 30M 左右，完成了在单一物理机上的 2000 实例的高密服务才能。一起经过管控链路的缩短以及组件的精简，并辅以对沙箱内存分配流程、host cgroup 办理流程和 IO 链路的优化，完成了 Serverless 场景的 6 秒 3000 弹性容器实例的弹性才能。

3. 职业引领，技能老练度与产品丰厚度继续保持全球抢先

  • 4 月，Gartner 发布 2021 年容器竞赛格局陈述，阿里云成为国内唯一连续三年当选的我国企业，产品丰厚度与老练度继续保持全球抢先水平。与从前比较，在 Kubernetes 支撑、容器镜像、Serverless 容器、服务网格等传统维度基础上，本次陈述新增了集群布置形状和管控平面两个维度，阿里云容器产品再次取得世界高度认可。

  • 5月，在 2021 云原生工业大会中，阿里云容器服务 ACK/Serverless Kubernetes (ASK + ECI）、阿里云服务网格 ASM 解决方案被我国信通院评为 2021 年度云原生技能创新解决方案/产品。

  • 6 月，阿里云边际容器服务 ACK@Edge 经过信通院 33 项测评，取得“2021 云边协同才能认证”，依据 ACK@Edge 完成的申通快递 IoT 云边端架构，当选“2021 分布式云与云边协同十佳实践案例”。

  • 7 月，在 2021 年可信云大会中，我国信通院公布了多项可信云认证的评估结果。其间申通依据阿里云边际容器 ACK@Edge 的 IoT 云边端架构获可信云用户最佳实践（申通-阿里云边际容器），包含 Serverless 容器服务 ASK 在内的无服务器架构、阿里云服务网格 ASM 取得专项首批先进级认证。

  • 8 月，容器服务 ACK 作为阿里云上最优的容器履行环境、容器镜像服务 ACR 作为最优的容器运用分发基础设施，经过高效安稳、极致弹性、安全智能等才能的输出 ，推进世界赛事以云原生的方法加快向数字化演进开展。

  • 11 月，一致调度技能成功支撑 2021 年双 11 大促，完成了从容器调度到快上快下全流程的全面晋级和优化，协助阿里双 11 大促成本下降 50%，出产环境常态化 CPU 使用率 65%。

  • 12 月，阿里云边际云原生一体机经过信通院 67 项测评，取得“边际一体机才能要求认证”。

4. 开源敞开，携生态伙伴构筑边际、AI、安全、多集群等场景下容器才能地图

  • 1 月，OpenYurt 凭仗业界首个开源非侵入式边际核算云原生渠道的技能优势，当选边际核算社区评选的“ 2020年边际核算范畴十大热门开源项目”。

  • 3 月，阿里云与 GitHub 联合发布了快速布置至阿里云 ACK 的 GitHub Action Workflow。开发者无需自建布置维护 CI/CD 东西，依据开箱即用的 GitHub Action 及阿里云布置模板，即可完成 GitHub 代码变更后，主动运用打包构建上传阿里云容器镜像服务 ACR、快速布置至阿里云容器服务 ACK 的流程。

  • 4 月，由阿里云容器团队与南京大学、Alluxio 社区联合开源的开源的云原生数据编列和加快系统 Fluid 正式进入 CNCF Sandbox；9月，该项目在由我国信息通讯研究院、我国通讯标准化协会联合主办的“2021 OSCAR 开源工业大会”上荣获“ OSCAR 尖峰开源项目和开源社区”奖。

  • 5 月，在2021 阿里云开发者大会“云原生技能与最佳实践”论坛现场，阿里云容器服务负责人易立、VMware 我国研制中心研制总监路广联合宣告到达两边在“云原生边际核算”范畴的技能战略合作，期望未来依托开源社区力量，加快边际云原生生态系统的构建，一起推进云边融合进程，协助更多企业全面拥抱数智化转型晋级。

  • 8 月，阿里如此原生团队联合 Linux 开源软件学园在 GOTC 2021 “云原生人才开展”分论坛联合发布“阿里如此原生人才计划 2.0”，打造面向 CKA、ACA 专业人才双认证才能的课程系统，推进业界培养云原生和 Kubernetes 专业人才。

  • 9 月，由阿里云操作系统安全团队和云原生容器渠道团队一起发起的开源项目 Inclavare Containers 进入 CNCF Sandbox，这是业界首个面向机密核算场景的开源容器运行时项目。

  • 11 月，间隔正式宣告开源仅 3 个多月后，由来自阿里云容器团队、蚂蚁金服和红帽的工程师一起发起并开源的多集群办理渠道 OpenClusterManagement（OCM）项目正式进入 CNCF Sandbox。

调查：企业级容器化运用方法和需求改变

1. 容器化运用向边际事务场景延伸

跟着 5G、IoT、音视频、直播、CDN 等职业和事务的开展，咱们看到一个职业现象：企业开端将更多的算力和事务下沉到间隔数据源或许终端用户更近的地方，从而来取得很好的响应时间和下降成本。CNCF 最新发布的《云原生开发现状陈述》显现，在边际开发人员傍边，Kubernetes 的采用率添加了 11 个百分点，到达 63%。边际开发人员运用容器的份额为 76%。

这显着区别传统的中心式的云核算模式 — 边际核算。边际核算作为云核算的延伸，将被广泛运用于混合云/分布式云、IoT 等场景，它需求未来的基础设施能够去中心化、边际设施自治、以及强大的边际云端保管才能。云原生架构的新鸿沟 — “云边端一体“的IT基础设施开端出现在整个职业面前，而这也是企业对云原生技能、容器化运用在新场景落地的需求。

边际核算云原生架构和技能系统需求解决以下问题：云边运维协同、弹性协同、网络协同、边际 IoT 设备办理、轻量化、成本优化等。针对云边端一体的新需求，在 2021 年，OpenYurt（CNCF Sandbox 项目）也发布了 0.4、0.5 等版别，继续优化边际容器的 IoT 设备办理、资源开支、网络协平等才能。

2. 以深度学习为代表的 AI 使命正在成为容器支撑的重要作业负载之一

跟着企进一步的大规划运用容器，企业内部运用容器的规划也从开端的在线事务逐步向 AI 大数据演进，对 GPU 等异构资源的办理和 AI 使命和作业的办理的需求也越来越多。一起，开发人员在考虑如何经过云原生技能，以一致架构、一致技能仓库支撑更多类型的作业负载。以避免不同负载，运用不同架构和技能，带来“烟囱”系统、重复投入和运维负担。

在阿里云，咱们提出“云原生 AI”的界说、技能全景图和参考架构，以期为这个全新技能范畴，供给可落地的最佳实践，并推出了云原生 AI 套件，经过数据核算类使命的编列、办理，以及对各种异构核算资源的容器化一致调度和运维，显著提高 GPU/NPU 等异构核算集群的资源运用功率和 AI 工程交给速度。

针对 AI 核算类使命的特性，在 Kubernetes 中心 Scheduler Framework 的基础上进行了大量扩展和增强，供给了支撑 Gang Scheduling、Capacity Scheduling、Binpack 等使命调度战略，提高集群的资源使用率。并与 Kubernetes 社区活跃合作，继续推进 Kubernetes 调度器框架演进，保证了 Kubernetes 调度器经过标准的 plugin 机制，可按需扩展出各种调度战略，来满足各种作业负载的调度需求。一起避免了相似其他 custom scheduler 对集群资源分配带来数据不一起的危险。

  • 支撑 GPU 同享调度和拓扑感知调度，NPU/FPGA 等定制芯片调度，提高 AI 使命的资源使用率，一起经过阿里云自研 cGPU 方案，在无需修正运用容器的前提下，供给了 GPU 显存和算力的隔离。

  • 在核算和存储分离的大背景驱动下，依据 Fluid 供给一层高效快捷的数据笼统，将数据从存储笼统出来，经过数据亲和性调度和分布式缓存引擎加快，完成数据和核算之间的融合，从而加快核算对数据的访问。并支撑以 Alluxio 和 JIndoFS 为缓存引擎。

  • 支撑 GPU 等异构资源的弹性弹性，经过智能的削峰填谷，避免不必要的云上资源消费。一起支撑弹性模型训练和模型推理。

3. Kubernetes 运用大规划落地，集群高可用成为首要应战

跟着企业的 Kubernetes 运用大规划运用和落地，如何继续提高 Kubernetes 集群的全体安稳性是中心应战。然后 Kubernetes 集群作为一个分布式系统存在高度复杂性，在运用、基础设施、布置进程中任何一个地方的问题，都可能导致事务系统的毛病。这不仅需求运用 Kubernetes 的企业有对云原生容器技能的高可用系统保障，还需求企业云原生运维系统理念的全体晋级。

  • 以 SLO 界说驱动可观测性系统：针对 Kubernetes 的容量规划建造了功能压测常态化才能，必须对 Kubernetes 集群之上的事务场景能够对包含节点数、POD 数、Job 数，中心 Verb 的 QPS 数有明确了解。结合事务的实在场景进行 SLO 的梳理，继续关注请求量，推迟、错误数、饱和度等黄金目标。

  • 常态化的毛病演练和混沌测试：比方结合混沌工程理念的 ChaosBlade，正对容器集群的不同危险动作，注入不同的反常案例，从 VM、Kubernetes、网络、存储到运用的全方面毛病模拟。

  • 精细化的流控风控：针对压测和毛病演练进程中发现的反常进行防护才能建造，能够凭借 Kubernetes 在 1.20 beta 了 API 优先级和公平性的细粒度流控战略。阿里云容器服务也内置了自研的 UserAgent Limiter 进一步保障 Kubernetes。

除了大局高可用才能的建造外，需求能够有 SRE 团队渠道化才能的建造：

  • 打造一致的 Kubernetes 运维服务界面，沉积运维和可观测才能，让每个 SRE/DEV 能够无差别的 OnCAll 或支撑，有 2 个子目标：1）尽量避免发生问题；2）赶快发现和定位问题，以及赶快恢复问题，建造大局高可用应急系统。

  • 重实践和演练：依据场景进行实践，知行合一。从知触发，到行完成是一个闭环，然后不断经过知行的一个循环进程。以赛带练，比方双十一大促，限电，断网等极端场景，安稳性建造，需求针对极端场景进行，容量的规划和压测，组件管理等都是需求一些特别的场景催生。有了赛场，要打好这场仗，就需求通力协作，就会不断形成一个大的协同协作机制。

4. 依据容器的分布式云办理加快落地

2021 年，依据 Kubernetes 来屏蔽异构环境的差异，建立分布式云架构已经成为企业和云厂商的共识。2021 年 5 月的云峰会上，阿里云发布了一云多形状的布置方法，依据飞天架构的一朵云能够全面覆盖从中心地域到客户数据中心的各种核算场景,为客户供给低成本、低推迟、本地化的公共云产品。在一云多形状发布之前，阿里云容器服务在 2019 年的云栖大会上发布了云下 Kubernetes 的注册集群才能，支撑一致纳管云上云下的不同 Kubernetes 集群。

今年，阿里云容器服务进一步全面晋级了中心云、本地云、边际云容器集群的一致办理。能够将老练的云上原生可观测、安全防护才能布置到用户环境，更能够将云端先进的中间件、数据剖析和 AI 才能下沉到本地，满足客户关于产品丰厚度以及数据管控的需求，加快事务创新。并依托强大的弹性算力，经过保管弹性节点，企业能够按需从本地扩容到云端，完成秒级弹性，从容应对周期性或突发事务流量顶峰。

趋势：容器技能重点开展方向剖析

1. 容器技能高效调度助力绿色低碳核算

数据中心作为数字经济的动力引擎，其能耗增长已成为云核算开展中不可忽略的问题。据报道，2020 年数据中心耗电量超过国内总用电量的 2.3%。并且占比将逐年添加。阿里云在事必躬亲地推进绿色核算，比方使用浸没式液冷服务器来下降数据中心 PUE。除此之外，咱们看到数据中心的核算功率也有很大提高空间，据统计，全球数据中心的均匀资源使用率不到 20%，这是巨大资源和能源糟蹋。

继续发挥容器技能的高效调度和弹性才能，能够协助企业有用提高全体的 IT 资源使用率，供给极致的能效比。结合最新的节能数据中心技能、新一代神龙架构、自研芯片、容器优化操作系统完成上下游的全栈优化，提高运用的全体功能和调度功率。以数据驱动的方法，依据运用运行时资源画像完成智能化调度和实时调整，简化了运用资源装备的复杂性，进一步提高运用的混合布置，下降资源成本，助力企业全体的 FinOps 办理。

2. 云原生 AI 应对 AI 工程化应战

Gartner 猜测，到 2023 年，70% 的 AI 运用将依据容器和 Serverless 等核算模型构建。AI 要成为企业出产力，就必须以工程化的技能来解决模型开发、布置、办理、猜测、推理等全链路生命周期办理的问题。咱们发现，AI 工程化范畴有三大亟待推进的工作：数据和算力的云原生化，调度和编程范式的规划化，开发和服务的标准化普惠化。这些需求继续优化 GPU 等异构架构的高效调度，结合分布式缓存、分布式数据集加快等技能，结合 Kubeflow Arena 的 AI 使命流水线和生命周期办理,全面晋级 AI 工程化才能。

3. 集群智能自治和智能化运维系统建造

云原生已经成为势不可挡的技能趋势。Gartner 猜测到 2025 年，95% 数字化运维将经过云原生渠道进行支撑。完成容器集群能自治才能将成为重点开展方向之一 ，经过引入更多的数据化智能化手法，推进容器的智能化运维系统，下降企业对复杂容器集群和运用的办理，包含增强 Kubernetes master、组件和节点的自愈自恢复才能，供给更加友爱的反常诊断、Kubernetes 装备推荐、弹性猜测等才能。

4. 全面推进 DevOps 向 DevSecOps 演进

容器安全合规问题还将继续受到关注，需求全面推进 DevOps 向 DevSecOps 演进，在容器软件供应链中，对安全危险进行主动化剖析、修正和阻断。比方面向 Helm、Operator 等 OCI Artifacts 优化全体的安全界说、签名、同步和三方交给；加固容器的南北向和东西向的网络隔离和管理，推进零信赖的链路安全；进一步提高安全容器和机密核算容器的功能和可观测才能。

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