10个小技巧提高 Kubernetes 容器效率

近年来，容器以及 Kubernetes 成为开发者以及企业用户重点关注的技术趋势，本文总结了构建和管理容器的十个重要技巧来优化 IT 成本并提高效率。

容器是 Kubernetes 中应用程序的核心载体。当创建 Kubernetes 工作负载，例如创建用于调度、扩容或者升级应用程序的规则时，首先需要创建一个容器镜像，然后通过该镜像来运行服务或 Kubernetes 工作负载。在完成对镜像的测试并与应用程序其余代码整合后，用户通常会将镜像推送到容器注册中心。但在推送之前，仍然有很多实战技巧可以帮助构建和管理容器。

正文

通过 Kubernetes，用户可以自动扩展业务，而整个过程很少出现甚至零宕机，从而优化 IT 成本并提高系统可靠性。

1、使用最新 Kubernetes 模式

随着 Kubernetes 不断推出新功能，其应用模式也在逐步改变。为了确保 Kubernetes 集群遵循当前最新 Kubernetes 的应用模式，用户需要定期查阅Kubernetes 官方文档以及每一个版本的发布说明。

2、复用基础镜像以节省时间

在 Kubernetes 集群中创建应用容器时，用户需要构建一个 Docker 基础镜像，然后在此镜像基础上构建部分或全部应用容器。有很多应用共享依赖项、库和配置，因此可以在基础镜像完成对共享部分进行配置，从而实现复用。

Docker Hub和Google Container 注册中心有数千个可供下载的基础镜像，这些镜像已经预先完成应用配置，随时可以投入使用，这可以节省大量时间。

3、不要轻易相信任何镜像

尽管使用预先构建的镜像很方便，但要格外小心并确保对其运行特定漏洞扫描。

一些开发人员会从 Docker Hub 中获取一个其他用户创建的基础镜像，然后将这个容器推送到生产环境，而这一切只是因为乍一看这个镜像包含了所需要的包。

这里有很多错误：镜像中的代码版本可能不正确；这些代码可能有漏洞；或者更糟糕的情形是该项目可能已经被故意绑定了恶意软件。

为了缓解上述问题，用户可以通过 Snyder 或 Twistlock 来运行静态分析，然后将其整合到 CI/CD（持续集成和持续交付）管道中，进而扫描所有容器漏洞。

一般来说，一旦在基础镜像中发现漏洞，用户就应该重新构建整个镜像，而不是仅仅修复漏洞。容器应该是不变的，因此，需要引入补丁重新构建和部署镜像。

4、优化基础镜像

从最精简、最可行的基础镜像开始，然后在此基础上构建软件包。通过这种方式，可以准确掌握容器中的全部内容。

较小的基础镜像也可以减少开销。例如，应用可能只有 5MB 大小，如果要添加一个现成的 Node.js 镜像，然后再安装所有的库，整个镜像很可能会变成 600MB 大小，但实际上并不需要这些额外的库。

因此，尽量保持最精简的镜像可以使：

• 构建更快
• 存储空间更小
• 镜像拉取更快
• 潜在攻击面更小

5、确保容器只运行一个进程

同保持基础镜像最小化类似的是，确保每个容器只有一个进程。容器的生命周期与它托管的应用程序相同，这意味着每个容器应该只包含一个父进程。

按照Google Cloud的说法，把容器当作虚拟机并同时运行多个进程是一个常见的错误。虽然容器可以实现这种方式，但这样就无法使用 Kubernetes 的自我修复属性。

通常，容器和应用应该同时启动；同样，当应用停止时，容器也应该停止。如果在一个容器中有多个进程，可能会出现应用程序状态混杂的情形，这将导致 Kubernetes 无法确定一个容器是否健康。

6、正确处理 Linux 信号

容器通过 Linux 信号来控制其内部进程的生命周期。为了将应用的生命周期与容器联系起来，需要确保应用能够正确处理 Linux 信号。

Linux 内核使用了诸如 SIGTERM、SIGKILL 和 SIGINIT 等信号来终止进程。但是，容器内的 Linux 会使用不同的方式来执行这些常见信号，如果执行结果同信号默认结果不符，将会导致错误和中断发生。

创建专门的 init 系统有助于解决此问题，比如专门针对容器的Linux Tini系统。这个 工具 正确注册了信号处理程序（比如 PID），容器化应用可以正确执行 Linux 信号，从而正常关闭孤立进程和僵尸进程，完成内存回收。

7、充分利用 Docker 的缓存构建机制

容器镜像由一系列镜像层组成，这些镜像层通过模板或 Dockerfile 中的指令生成。这些层以及构建顺序通常被容器平台缓存。例如，Docker 就有一个可以被不同层复用的构建缓存。这个缓存可以使构建更快，但是要确保当前层的所有父节点都保存了构建缓存，并且这些缓存没有被改变过。简单来讲，需要把不变的层放在前面，而把频繁改变的层放在后面。

例如，假设有一个包含步骤 X、Y 和 Z 的构建文件，对步骤 Z 进行了更改，构建文件可以在缓存中重用步骤 X 和 Y，因为这些层在更改 Z 之前就已经存在，这样可以加速构建过程。但是，如果改变了步骤 X，缓存中的层就不能再被复用。

虽然这是一种方便的行为，可以节省时间，但是必须确保所有镜像层都是最新的，而不是从旧的、过时的缓存构建而成。

8、使用类似 Helm 的包管理器

Helm作为 Kubernetes 的非官方软件包管理器，可以帮助安装和更新集群中运行的共同负载和容器。Helm 可以使用Chart声明自定义应用程序依赖项，并提供滚动升级和回滚工具。

用户可以通过现有基础镜像为 Kubernetes 集群提供通用服务，如数据库或 Web 服务；也可以为内部应用程序创建自定义基础镜像，创建自定义的 Charts 可以简化部署，减少开发团队的工作负担和重复性工作。

9、使用标签和语义化版本号

作为基本原则，用户不应该使用 :latest 标记。对大多数开发人员来说，这是显而易见的。如果不为容器添加自定义标签，它将尝试从镜像仓库中拉取最新版本，而最新的容器可能并没有包括需要的更改。

在创建自定义镜像时，使用镜像标签和语义化版本号来追踪对 Docker 容器的更改。当它们在 Kubernetes 集群中运行时，Kubernetes 通过镜像标签确定应该运行哪个版本。在选择 Docker 镜像版本机制时，应该同时考虑生产负载和开发流程两种情况，这样才能在 Kubernetes 中获得更好的效果。

10、安全

在很多情况下，当构建 Docker 镜像时，需要让容器内的应用程序访问敏感数据，例如 API 令牌、私钥和数据库连接字符串等。

将这些秘密信息嵌入到容器中并不是一个安全的解决方案，即使只是保存到一个私有容器镜像中。将未加密的隐私数据作为 Docker 镜像的一部分进行处理会面临无数额外的安全风险，包括网络和镜像注册表的安全性，而 Docker 架构本身也决定了无法对容器中未加密的敏感数据进行优化。

相反，用户可以通过使用Kubernetes Secrets 对象将隐私信息存储在容器外面，这样更简单、安全。

Kubernetes 提供了一个 Secrets 抽象，允许在 Docker 镜像或 Pod 定义之外存储隐私数据。用户可以通过挂载卷或环境变量的方式把这些信息加载到容器中。更新时，只需更换相关服务的 Pod 并使用新的证书即可。用户也可以通过 Hashicorp Vault 以及Bitnami Sealed Secrets来保存隐私数据。