前言近年來隨著微服務(wù)和容器的采用，我們?cè)O(shè)計(jì)、開發(fā)和運(yùn)行軟件的方式發(fā)生了重大變化。如今的應(yīng)用程序在可用性、可擴(kuò)展性以及上市的速度等方面都得到了優(yōu)化。在這些需求的驅(qū)動(dòng)下，現(xiàn)代架構(gòu)需要不同的模式和實(shí)踐。本書旨在幫助開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)和學(xué)習(xí)使用Kubernetes 創(chuàng)建云原生應(yīng)用程序時(shí)最Z常用的模式。首先，讓我們簡(jiǎn)要介紹一下本書的兩個(gè)主要成分：Kubernetes 和設(shè)計(jì)模式。KubernetesKubernetes 是一個(gè)容器編排平臺(tái)。Kubernetes 起源于谷歌的數(shù)據(jù)中心，谷歌的內(nèi)部容器編排平臺(tái)Borg（參考鏈接：https://oreil.ly/x12HH）也誕生于此。多年來，谷歌一直通過Borg 來運(yùn)行應(yīng)用程序。2014 年，谷歌決定利用Borg 的經(jīng)驗(yàn)建立一個(gè)名為Kubernetes（希臘語為舵手或飛行員）的新開源項(xiàng)目。2015 年，該項(xiàng)目成為首個(gè)捐贈(zèng)給新成立的云原生計(jì)算基金會(huì)（Cloud Native Computing Foundation，簡(jiǎn)稱CNCF）的項(xiàng)目。Kubernetes 自創(chuàng)建之初就贏得了一個(gè)完整的用戶社區(qū)，而且貢獻(xiàn)者的數(shù)量以驚人的速度增長(zhǎng)。如今，Kubernetes 成為GitHub 上最Z流行的項(xiàng)目之一。公平地說，Kubernetes 是最Z常用且功能最Z豐富的容器編排平臺(tái)。此外，Kubernetes 還成為構(gòu)建于其上的其他平臺(tái)的基礎(chǔ)。在這些平臺(tái)即服務(wù)的系統(tǒng)中，最Z為突出的是紅帽的OpenShift，它為Kubernetes 提供了各種附加功能。這些只是我們選擇Kubernetes 作為本書云原生模式參考平臺(tái)的部分原因。本書假定你具備一定的Kubernetes 基本知識(shí)。第d1 章概括了Kubernetes 的核心概念，并為后續(xù)各個(gè)模式奠定了基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)模式設(shè)計(jì)模式的概念可以追溯到20 世紀(jì)70 年代的建筑領(lǐng)域。建筑師及系統(tǒng)理論家Christopher Alexander 與其團(tuán)隊(duì)于1977 年發(fā)表了開創(chuàng)性的《建筑模式語言》（參考鏈接：https://oreil.ly/TKzwz）（牛津大學(xué)出版），其中描述了建立城鎮(zhèn)、大樓和其他建筑項(xiàng)目的建筑模式。后來，這個(gè)想法被新興的軟件業(yè)采用。該領(lǐng)域最Z著名的書籍《設(shè)計(jì)模式：可復(fù)用面向?qū)ο筌浖�的基礎(chǔ)》（參考鏈接：https://oreil.ly/k5toF）由Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 與John Vlissides 四人合著，后以四人組著稱。我們談?wù)摰膯卫�模式、工廠方法或委托模式正是來自于這本書。從那以后，許多優(yōu)秀的模式書籍紛紛問世，針對(duì)各個(gè)領(lǐng)域從不同程度上進(jìn)行了講解，比如Gregor Hohpe 和Bobby Woolf 的《企業(yè)集成模式》（參考鏈接：https://oreil.ly/5aRjR），以及Martin Fowler 的《企業(yè)應(yīng)用架構(gòu)模式》（參考鏈接：https://oreil.ly/yOdWA）（Addison-Wesley 出版）。簡(jiǎn)而言之，模式描述了問題的可復(fù)用解決方案注1。這個(gè)定義同樣適用于本書描述的模式，只不過我們的解決方案中沒有那么多變數(shù)。模式不同于配方，因?yàn)槟Ｊ讲粫?huì)提供解決問題的步驟說明，只提供了解決某一類問題的大概思路。例如，Alexander 的模式啤酒館描述了如何建造公共的飲酒場(chǎng)所，陌生人和朋友都可以在這種地方結(jié)伴飲酒，不再做一只孤獨(dú)的錨。所有依據(jù)這種模式建造的場(chǎng)所都會(huì)有所不同，但它們也有共同之處，例如可容納4 ～ 8 人的隔間，以及可供百人飲酒、聽音樂以及其他活動(dòng)的場(chǎng)所。然而，模式不僅限于提供解決方案，它還關(guān)系到一種語言的形成。本書中的模式形成了一種緊湊、以名詞為中心的語言，其中每個(gè)模式都帶有唯W一的名稱。在這種語言建立后，當(dāng)人們談?wù)撨@些模式時(shí)，這些名稱會(huì)自動(dòng)讓人們聯(lián)想到類似的表征。舉個(gè)例子，當(dāng)我們談?wù)撘粡堊雷訒r(shí)，我們會(huì)假設(shè)我們談?wù)摰氖怯兴臈l腿的一塊木頭，而且可以在上面放東西。軟件工程也一樣，例如當(dāng)我們談?wù)摴�廠時(shí)，在面向?qū)ο蟮木幊陶Z言上下文中，我們會(huì)立即將工廠與生成其他對(duì)象的對(duì)象相關(guān)聯(lián)。由于我們會(huì)立刻想起模式背后的解決方案，因此就可以節(jié)約時(shí)間來處理尚未解決的問題。模式語言還有其他特征。各個(gè)模式之間相互關(guān)聯(lián)且可以重疊，因此很多模式加在一起就可以解決大部分問題。此外，正如《建筑模式語言》中描述的那樣，模式?jīng)]有統(tǒng)一的詳細(xì)程度和范圍。寬泛的模式可以涵蓋更廣泛的問題，并為如何解決問題提供粗略的指導(dǎo)。詳細(xì)的模式有非常具體的解決方案，但無法廣泛適用。本書包含所有類型的模式，其中許多模式都引用了其他模式，甚至可能將其他模式作為解決方案的一部分。模式的另一個(gè)特征是它們都遵循嚴(yán)格的格式。然而，每個(gè)作者都定義了不同的格式，遺憾的是，我們沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定模式。Martin Fowler 在《Writing Software Patterns》（參考鏈接：https://oreil.ly/6IA6k）中概述了模式語言的格式。本書的結(jié)構(gòu)我們?yōu)楸緯�選擇了一種簡(jiǎn)單的模式格式。我們不遵循任何特定的模式描述語言。針對(duì)每個(gè)模式，我們使用以下結(jié)構(gòu)：名稱每個(gè)模式都帶有一個(gè)名稱，這也是各章的標(biāo)題。名稱是模式語言的中心。問題本節(jié)給出了寬泛的上下文，并詳細(xì)描述了模式的空間。解決方案本節(jié)介紹了模式以Kubernetes 特有的方式解決問題的方法。當(dāng)其他模式與當(dāng)前模式相關(guān)，或是當(dāng)前模式的一部分時(shí)，本節(jié)還會(huì)包含交叉引用。討論本節(jié)討論了在特定上下文中解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)。參考資料最Z后一節(jié)包含了與模式相關(guān)的其他信息來源。我們按照如下結(jié)構(gòu)組織了本書中的模式：? 第d一篇，基礎(chǔ)模式，涵蓋了Kubernetes 的核心概念。這些章節(jié)介紹了構(gòu)建基于容器的云原生應(yīng)用程序的基本原則和實(shí)踐。? 第二篇，行為模式，描述了基本模式之上的模式，并詳細(xì)介紹了管理各種類型的容器和平臺(tái)交互的概念。? 第三篇，結(jié)構(gòu)化模式，涵蓋了與在Pod 內(nèi)組織容器相關(guān)的模式Pod 是Kubernetes 平臺(tái)的原子。? 第四篇，配置模式，深入講解在Kubernete 中處理應(yīng)用程序配置的各種方法。這些章節(jié)的模式涉及很多細(xì)節(jié)，包括將應(yīng)用程序連接到配置的具體方案。? 第五篇，安全模式，介紹了應(yīng)用程序容器化并部署到Kubernetes 時(shí)出現(xiàn)的各種安全問題。? 第六篇，高級(jí)模式，容納了很多高級(jí)概念，例如擴(kuò)展平臺(tái)本身的方式，以及在集群內(nèi)直接構(gòu)建容器鏡像的方式。根據(jù)上下文不同，同一個(gè)模式可能也可以適用于多個(gè)類別。每章的模式都是獨(dú)立的，你可以按照任意順序單獨(dú)閱讀各個(gè)章節(jié)。本書的讀者對(duì)象本書面向希望將Kubernetes 作為平臺(tái)，設(shè)計(jì)和開發(fā)云原生應(yīng)用程序的開發(fā)人員。如果你對(duì)容器和Kubernetes 的概念有基本的了解，并希望提升自身的水平，那么本書非常適合你。但是，理解本書中的用例和模式無需掌握Kubernetes 的底層細(xì)節(jié)。架構(gòu)師、技術(shù)顧問和開發(fā)人員都可以從本書中描述的可復(fù)用模式中受益。本書的內(nèi)容基于真實(shí)項(xiàng)目的用例和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，囊括了我們多年從事該領(lǐng)域總結(jié)出來的最Z佳實(shí)踐和模式。我們希望幫助你理解以Kubernetes 為核心的思維方式，并創(chuàng)建更好的云原生應(yīng)用程序，而不是重新發(fā)明輪子。本書的寫作風(fēng)格非常輕松，各章均可以作為系列論文單獨(dú)閱讀。下面，我們簡(jiǎn)要地介紹一下本書不包含的內(nèi)容：? 本書不是Kubernetes 的入門教程，也不是參考手冊(cè)。我們介紹了大量Kubernetes 的功能，并給出了詳細(xì)的解釋，但我們關(guān)注的是這些功能背后的概念。第d1 章簡(jiǎn)要介紹了Kubernetes 的基礎(chǔ)知識(shí)。如果你需要有關(guān)Kubernetes 使用方面的綜合性書籍，那么我們強(qiáng)烈推薦MarkoLuk?a 的著作《Kubernetes in Action》。? 本書不是關(guān)于如何設(shè)置Kubernetes 集群的指南。每個(gè)示例的前提都是你已有啟動(dòng)并運(yùn)行Kubernetes。你可以通過多種方式嘗試這些示例。如果你有興趣學(xué)習(xí)如何設(shè)置Kubernetes 集群，我們推薦Brendan Burns、Joe Beda、Kelsey Hightower 和Lachlan Evenson 的著作《Kubernetes 即學(xué)即用》。? 本書不討論如何為其他團(tuán)隊(duì)操作和管理Kubernetes 集群。我們有意跳過了Kubernetes 的管理和操作相關(guān)內(nèi)容，而是從開發(fā)者的角度來看待Kubernetes。本書可以幫助運(yùn)維團(tuán)隊(duì)了解開發(fā)人員如何使用Kubernetes，但有關(guān)Kubernetes 集群的管理和自動(dòng)化的討論并不多。如果你有興趣學(xué)習(xí)如何操作Kubernetes 集群，我們推薦Brendan Burns、Eddie Villalba、Dave Strebel 和Lachlan Evenson 的著作《Kubernetes Best Practices》。主要內(nèi)容本書有很多值得探索的地方。有些模式看起來可能像Kubernetes 手冊(cè)中的摘錄，但仔細(xì)觀察后，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)這些模式是從概念的角度呈現(xiàn)的，這是其他書籍中從未有過的角度。有些模式則通過不同的方法進(jìn)行了解釋，并針對(duì)具體的問題提供了詳細(xì)的指導(dǎo)，如第四篇中的配置模式。有些章節(jié)介紹的Kubernetes功能不完全符合模式定義。請(qǐng)不要糾結(jié)這究竟是模式還是功能。所有章節(jié)都從基本原理出發(fā)，考察所涉及的各種因素，重點(diǎn)介紹用例、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和最Z佳實(shí)踐。這才是有價(jià)值的部分。無論模式呈現(xiàn)的細(xì)節(jié)多少，你都可以通過大量示例針對(duì)這些概念的說明，了解Kubernetes 為每種特定模式提供的所有內(nèi)容。書中所有的示例都經(jīng)過了測(cè)試，你可以通過后續(xù)使用代碼示例小節(jié)中介紹的方式獲取完整的源代碼。第二版的新內(nèi)容自幾年前第d一版發(fā)行以來，Kubernetes 生態(tài)系統(tǒng)一直在不斷發(fā)展，出現(xiàn)了許多Kubernetes 的新版本，以及更多使用Kubernetes 的工具和模式已經(jīng)成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。幸運(yùn)的是，本書中描述的大多數(shù)模式經(jīng)受住了時(shí)間的考驗(yàn)，依然有效。因此，我們更新了這些模式，添加了截止到Kubernetes 1.26 之前的新特性，并刪除了過時(shí)和棄用的部分。第29 章和第30 章由于領(lǐng)域的新發(fā)展而進(jìn)行了重大修改，除此之外的章節(jié)都沒有太大的改動(dòng)。此外，我們還新增了五種模式，并引入了一個(gè)新類別，第五篇安全模式，以彌補(bǔ)第d一版的不足，并為開發(fā)人員提供重要的安全相關(guān)模式。我們的GitHub 示例（地址：https://oreil.ly/kXGjC）已更新并進(jìn)行了擴(kuò)展。最Z后，本書還增加了50% 的新內(nèi)容。排版約定本書使用了下述排版約定。斜體（Italic）表示新術(shù)語、URL、電子郵件地址、文件名和擴(kuò)展名。等寬字體（Constant Width）表示程序片段，以及正文中出現(xiàn)的變量、函數(shù)名、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)類型、環(huán)境變量、語句和關(guān)鍵字等。如上所述，模式形成了一種簡(jiǎn)單、彼此關(guān)聯(lián)的語言。為了強(qiáng)調(diào)這種模式的關(guān)聯(lián)，每種模式都用斜體字來表示（例如，邊車）。當(dāng)模式根據(jù)Kubernetes 的核心概念（如初始化容器或控制器）命名時(shí)，我們僅在直接引用模式本身時(shí)才使用這種特定的格式。如果有必要，我們還會(huì)給出相應(yīng)的章節(jié)。此外，本書還采用下述約定：? 凡是可以在shell 或編輯器中鍵入的內(nèi)容都以固定寬度的字體顯示。? Kubernetes 資源的名稱始終以大寫形式呈現(xiàn)（如Pod）。如果資源采用了組合名稱（如ConfigMap），我們也會(huì)采用這種形式，因?yàn)檫@種形式可以更為清晰地顯示config map，而且還表明它指代Kubernetes 概念。? 有時(shí)，Kubernetes 的資源名稱與服務(wù)或節(jié)點(diǎn)等常見概念相同。在這些情況下，我們僅在引用資源本身時(shí)使用資源名稱格式。使用代碼示例本書中的每個(gè)模式都有完整的可執(zhí)行示例支持，你可以通過本書的主頁(yè)找到這些示例（地址：https://k8spatterns.io/）。你還可以在每章末尾參考資料一節(jié)中找到每個(gè)模式示例的鏈接。參考資料小節(jié)還包含許多指向與模式相關(guān)信息的鏈接。我們會(huì)通過示例代碼庫(kù)更新參考資料的列表。本書通過GitHub 提供了所有示例的源代碼（地址：https://oreil.ly/bmj-Y）。本書的代碼庫(kù)和主頁(yè)還有關(guān)于如何在Kubernetes 集群中嘗試這些示例的指導(dǎo)和說明。在閱讀這些示例時(shí)，請(qǐng)查看示例提供的資源文件，其中包含許多有用的注釋，有助于進(jìn)一步理解示例代碼。許多示例都采用了一個(gè)名為random-generator（隨機(jī)數(shù)生成器）的REST服務(wù)，調(diào)用該服務(wù)將返回隨機(jī)數(shù)。該服務(wù)是為了很好地配合本書中的示例而專門設(shè)計(jì)的。你也可以通過GitHub 找到該服務(wù)的源代碼（地址：https://oreil.ly/WuYSu），而它的容器鏡像k8spatterns/random-generator 托管在Docker Hub 上（地址：https://oreil.ly/N36MB）。本書采用了JSON 路徑表示法來描述資源字段。例如，.spec.replicas 資源spec 部分的replicas 字段。如果你發(fā)現(xiàn)示例代碼或文檔中存在任何問題，或有任何疑問，請(qǐng)大膽地在GitHub 的問題跟蹤器中建票（地址：https://oreil.ly/hCnmn）。我們會(huì)持續(xù)關(guān)注GitHub 上的問題，并愿意解答上面的所有問題。本書所有代碼均在Creative Commons Attribution 4.0（CC BY 4.0）許可（參考鏈接：https://oreil.ly/QuiQc）下分發(fā)。這些代碼可以免費(fèi)使用，你也可以自由地分享和修改，并用于商業(yè)和非商業(yè)項(xiàng)目。但是，如果你復(fù)制或分發(fā)這些代碼，則應(yīng)保留本書的署名。署名一般包括書名、作者、出版社和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)圖書編號(hào)。例如：Kubernetes Patterns, 2nd Edition, by Bilgin Ibryam and Roland Hu? (OReilly). Copyright 2023 Bilgin Ibryam and Roland Hu?, 978-1-098-13168-5。另外， 你也可以在本書的主頁(yè)上添加鏈接以及版權(quán)聲明并鏈接到許可證（地址：https://k8spatterns.io/）。我們歡迎你為本書貢獻(xiàn)代碼！如果你認(rèn)為我們的示例有待改進(jìn)，那么衷心希望能夠收到您的來信。你只需在GitHub 上建立問題票，或創(chuàng)建一個(gè)拉取請(qǐng)求，就可以與我們?nèi)〉寐?lián)系。OReilly 在線學(xué)習(xí)平臺(tái)（OReilly Online Learning）近40 年來，OReilly Media 致力于提供技術(shù)和商業(yè)培訓(xùn)、知識(shí)和卓越見解，來幫助眾多公司取得成功。公司獨(dú)有的專家和改革創(chuàng)新者網(wǎng)絡(luò)通過OReilly 書籍、文章以及在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，分享他們的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。OReilly 在線學(xué)習(xí)平臺(tái)按照您的需要提供實(shí)時(shí)培訓(xùn)課程、深入學(xué)習(xí)渠道、交互式編程環(huán)境以及來自O(shè)Reilly 和其他200 多家出版商的大量書籍與視頻資料。更多信息，請(qǐng)?jiān)L問網(wǎng)站：https://www.oreilly.com/。聯(lián)系我們?nèi)魏斡嘘P(guān)本書的意見或疑問，請(qǐng)按照以下地址聯(lián)系出版社。美國(guó)：OReilly Media, Inc.1005 Gravenstein Highway NorthSebastopol, CA 95472中國(guó)：北京市西城區(qū)西直門南大街2 號(hào)成銘大廈C 座807 室（100035）奧萊利技術(shù)咨詢（北京）有限公司這本書有專屬網(wǎng)頁(yè)，你可以在那兒找到本書的勘誤、示例和其他信息。地址是：https://oreil.ly/kubernetes_patterns-2e。如果你對(duì)本書有一些評(píng)論或技術(shù)上的建議，請(qǐng)發(fā)送電子郵件到 errata@oreilly.com.cn。要了解OReilly 圖書、培訓(xùn)課程、會(huì)議和新聞的更多信息，請(qǐng)?jiān)L問我們的網(wǎng)站，地址是：http://www.oreilly.com。我們的LinkedIn：https://linkedin.com/company/oreilly-media。我們的Twitter：http://twitter.com/oreillymedia。我們的Youtube：http://www.youtube.com/oreillymedia。本書作者的Twitter：https://twitter.com/bibryam，https://twitter.com/ro14nd。本書作者的Mastodon：https://fosstodon.org/@bilgin，https://hachyderm.io/@ro14nd。本書作者的GitHub：https://github.com/bibryam，https://github.com/rhuss。本書作者的博客：https://www.ofbizian.com，https://ro14nd.de。致謝作者Bilgin 非常感激妻子Ayshe。在他撰寫本書期間，妻子給予了無盡的支持和耐心。他還想感謝可愛的女兒Selin 和Esin，她們總能讓他露出笑容。兩個(gè)女兒是他的一切。最Z后，Bilgin 還想感謝合著伙伴Roland，感謝他的付出，本書才能順利完結(jié)。作者Roland 向妻子Tanja 表示深深的感謝。感謝妻子在他撰寫本書期間給予的支持和寬容，并感謝兒子Jakob 的鼓勵(lì)。此外，Roland 還特別感謝Bilgin，本書得以付梓，Bilgin 的真知灼見以及出色的寫作功不可沒。兩版書的撰寫經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歲月，我們要感謝在整個(gè)過程中幫助我們始終朝著正確方向前進(jìn)的評(píng)審員們。對(duì)于第d一版，特別感謝Paolo Antinori 和Andrea Tarocchi 在創(chuàng)作過程中給予的幫助。感謝Marko Luk?a、Brandon Philips、Michael Httermann、Brian Gracely、Andrew Block、Jiri Kremser、Tobias Schneck 和Rick Wagner，他們?yōu)槲覀兲峁┝藢�業(yè)知識(shí)和建議。最Z后，還要感謝孜孜不倦的編輯Virginia Wilson、John Devins、Katherine Tozer、Christina Edwards，以及OReilly 所有人幫助我們出版本書。第二版的創(chuàng)作絕非易事，我們感謝所有在整個(gè)過程中支持我們的人。感謝我們的技術(shù)評(píng)審員Ali Ok、Dávid ?imansk?、Zbyněk Roubalík、Erkan Yanar、Christoph St?bler、Andrew Block 和Adam Kaplan，以及我們的開發(fā)編輯Rita Fernando 在整個(gè)過程中給予的耐心和鼓勵(lì)。非常感謝OReilly 生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)，尤其是Beth Kelly、Kim Sandoval 和Judith McConville，感謝他們?cè)谧頩終定稿時(shí)對(duì)細(xì)節(jié)的一絲不茍。我們特別感謝Abhishek Koserwal 為第26 章創(chuàng)作付出的不懈努力。他為我們提供了及時(shí)的幫助，并推動(dòng)了本書的出版。