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作者 |?悟鵬

動(dòng)態(tài)黑色音符

引子

性能測(cè)試在日常的開(kāi)發(fā)工作中是常規(guī)需求，用來(lái)摸底服務(wù)的性能。

那么如何做性能測(cè)試？要么是通過(guò)編碼的方式完成，寫一堆腳本，用完即棄；要么是基于平臺(tái)，在平臺(tái)定義的流程中進(jìn)行。對(duì)于后者，通常由于目標(biāo)場(chǎng)景的復(fù)雜性，如部署特定的 workload、觀測(cè)特定的性能項(xiàng)、網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)問(wèn)題等，往往導(dǎo)致性能測(cè)試平臺(tái)要以高成本才能滿足不斷變化的開(kāi)發(fā)場(chǎng)景的需求。

在云原生的背景下，是否可以更好解決這種問(wèn)題？

先看兩個(gè) yaml 文件：

performance-test.yaml 描述了在 K8s 中的操作流程：

創(chuàng)建測(cè)試用的 Namespace
啟動(dòng)針對(duì) Deployment 創(chuàng)建效率和創(chuàng)建成功率的監(jiān)控
下述動(dòng)作重復(fù) N 次：① 使用 workload 模板創(chuàng)建 Deployment；② 等待 Deployment 變?yōu)?Ready
刪除測(cè)試用的 Namespace

basic-1-pod-deployment.yaml 描述使用的 workload 模板

performance-test.yaml ：

apiVersion: aliyun.com/v1alpha1kind: Beidoumetadata:  name: performance  namespace: beidouspec:  steps:  - name: "Create Namespace If Not Exits"    operations:    - name: "create namespace"      type: Task      op: CreateNamespace      args:      - name: NS        value: beidou  - name: "Monitor Deployment Creation Efficiency"    operations:    - name: "Begin To Monitor Deployment Creation Efficiency"      type: Task      op: DeploymentCreationEfficiency      args:      - name: NS        value: beidou    - name: "Repeat 1 Times"      type: Task      op: RepeatNTimes      args:      - name: TIMES        value: "1"      - name: ACTION        reference:          id: deployment-operation  - name: "Delete namespace"    operations:    - name: "delete namespace"      type: Task      op: DeleteNamespace      args:      - name: NS        value: beidou      - name: FORCE        value: "false"  references:  - id: deployment-operation    steps:    - name: "Prepare Deployment"      operations:      - name: "Prepare Deployment"        type: Task        op: PrepareBatchDeployments        args:        - name: NS          value: beidou        - name: NODE_TYPE          value: ebm        - name: BATCH_NUM          value: "1"        - name: TEMPLATE          value: "./templates/basic-1-pod-deployment.yaml"        - name: DEPLOYMENT_REPLICAS          value: "1"        - name: DEPLOYMENT_PREFIX          value: "ebm"      - name: "Wait For Deployments To Be Ready"        type: Task        op: WaitForBatchDeploymentsReady        args:        - name: NS          value: beidou        - name: TIMEOUT          value: "3m"        - name: CHECK_INTERVAL          value: "2s"

basic-1-pod-deployment.yaml：

apiVersion: apps/v1kind: Deploymentmetadata:  labels:    app: basic-1-podspec:  selector:    matchLabels:      app: basic-1-pod  template:    metadata:      labels:        app: basic-1-pod    spec:      containers:      - name: nginx        image: registry-vpc.cn-hangzhou.aliyuncs.com/xxx/nginx:1.17.9        imagePullPolicy: Always        resources:          limits:            cpu: 2            memory: 4Gi

然后通過(guò)一個(gè)命令行工具執(zhí)行 performance-test.yaml：

$ beidou server -c ~/.kube/config services/performance-test.yaml

執(zhí)行效果如下 (每個(gè) Deployment 創(chuàng)建耗時(shí)，所有 Deployment 創(chuàng)建耗時(shí)的 TP95 值，每個(gè) Deployment 是否創(chuàng)建成功)：

這些 metrics 是按照 Prometheus 標(biāo)準(zhǔn)輸出，可以被 Prometheus server 收集走，再結(jié)合 Grafana 可以可視化展示性能測(cè)試數(shù)據(jù)。

通過(guò)在 yaml 中表達(dá)想法，編排對(duì) K8s 資源的操作、監(jiān)控，再也不用為性能測(cè)試的實(shí)現(xiàn)頭疼了 :D

動(dòng)態(tài)黑色音符

為什么要在?yaml 中編程？

性能測(cè)試、回歸測(cè)試等對(duì)于服務(wù)質(zhì)量保障有很大幫助，需要做，但常規(guī)的實(shí)現(xiàn)方法在初期需要投入較多的時(shí)間和精力，新增變更后維護(hù)成本比較高。

通常這個(gè)過(guò)程是以代碼的方式實(shí)現(xiàn)原子操作，如創(chuàng)建 Deployment、檢測(cè) Pod 配置等，然后再組合原子操作來(lái)滿足需求，如創(chuàng)建 Deployment -> 等待 Deployment ready -> 檢測(cè) Pod 配置等。

有沒(méi)有辦法在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中既可以盡量低成本實(shí)現(xiàn)，又可以復(fù)用已有的經(jīng)驗(yàn)？

可以將原子操作封裝為原語(yǔ)，如 CreateDeployment、CheckPod，再通過(guò) yaml 的結(jié)構(gòu)表達(dá)流程，那么就可以通過(guò) yaml 而非代碼的方式描述想法，又可以復(fù)用他人已經(jīng)寫好的 yaml 文件來(lái)解決某類場(chǎng)景的需求。

即在 yaml 中編程，減少重復(fù)性代碼工作，通過(guò) 聲明式 的方式描述邏輯，并以 yaml 文件來(lái)滿足場(chǎng)景級(jí)別的復(fù)用。

業(yè)界有很多種類型的 聲明式操作 服務(wù)，如運(yùn)維領(lǐng)域中的Ansible、SaltStack，Kubernetes 中的Argo Workflow、clusterloader2。它們的思想整體比較類似，將高頻使用的操作封裝為原語(yǔ)，使用者通過(guò)原語(yǔ)來(lái)表述操作邏輯。

通過(guò)聲明式的方法，將面向 K8s 的操作抽象成 yaml 中的關(guān)鍵詞，在 yaml 中提供串行、并行等控制邏輯，那么就可以通過(guò) yaml 文件完整描述想要進(jìn)行的工作。

這種思想和Argo Workflow?比較像，但粒度比 Argo 更細(xì)，關(guān)注在操作函數(shù)上：

下面簡(jiǎn)單描述該服務(wù)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

動(dòng)態(tài)黑色音符

設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

1. 服務(wù)形態(tài)

使用者在 yaml 中，通過(guò) 聲明式 的方式描述操作邏輯；
以 all-in-one 的二進(jìn)制工具或 Operator 的方式交付；
服務(wù)內(nèi)置常見(jiàn)原語(yǔ)的實(shí)現(xiàn)，以關(guān)鍵字的方式在 yaml 中提供；
支持配置原生 K8s 資源。

2. 設(shè)計(jì)

該方案的核心在于配置管理的設(shè)計(jì)，將操作流程配置化，自上而下有如下概念：

Service：Modules 或 Tasks 的編排；

Module：一種任務(wù)場(chǎng)景，是操作單元的集合（其中包含 templates/ 目錄，表征模板文件的集合，可用來(lái)配置 K8s 原生資源）；

Task：操作單元，使用 plugin 及參數(shù)執(zhí)行操作；

Plugin：操作指令，類似開(kāi)發(fā)語(yǔ)言中的函數(shù)。

抽象目標(biāo)場(chǎng)景中的通用操作，這些通用操作即為可在 yaml 中使用的原語(yǔ)，對(duì)應(yīng)上述 Plugin：

K8s 相關(guān)

CreateNamespace
DeleteNamespace
PrepareSecret
PrepareConfigMap
PrepareBatchDeployments
WaitForBatchDeploymentsReady
etc.

觀測(cè)性相關(guān)

DeploymentCreationEfficiency
PodCreationEfficiency
etc.

檢測(cè)項(xiàng)相關(guān)

CheckPodAnnotations
CheckPodObjectInfo
CheckPodInnerStates
etc.

控制語(yǔ)句相關(guān)

RepeatNTimes
etc.

上述 4 個(gè)概念的關(guān)系如下：

示例可參見(jiàn)文章開(kāi)頭的 yaml 文件，對(duì)應(yīng)形式二。

3. 核心實(shí)現(xiàn)

CRD 設(shè)計(jì)：

package v1alpha1
import (  corev1 "k8s.io/api/core/v1"  metav1 "k8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1")
// BeidouType is the type related to Beidou execution.type BeidouType string
const (  // BeidouTask represents the Task execution type.  BeidouTask BeidouType = "Task")
// +genclient// +k8s:deepcopy-gen:interfaces=k8s.io/apimachinery/pkg/runtime.Object
// Beidou represents a crd used to describe serices.type Beidou struct {  metav1.TypeMeta   `json:",inline"`  metav1.ObjectMeta `json:"metadata,omitempty" protobuf:"bytes,1,opt,name=metadata"`
  Spec   BeidouSpec   `json:"spec,omitempty" protobuf:"bytes,2,opt,name=spec"`  Status BeidouStatus `json:"status,omitempty" protobuf:"bytes,3,opt,name=status"`}
// BeidouSpec is the spec of a Beidou.type BeidouSpec struct {  Steps      []BeidouStep      `json:"steps" protobuf:"bytes,1,opt,name=steps"`  References []BeidouReference `json:"references" protobuf:"bytes,2,opt,name=references"`}
// BeidouStep is the spec of step.type BeidouStep struct {  Name       string            `json:"name" protobuf:"bytes,1,opt,name=name"`  Operations []BeidouOperation `json:"operations" protobuf:"bytes,2,opt,name=operations"`}
// BeidouOperation is the spec of operation.type BeidouOperation struct {  Name string      `json:"name" protobuf:"bytes,1,opt,name=name"`  Type BeidouType  `json:"type" protobuf:"bytes,2,opt,name=type"`  Op   string      `json:"op" protobuf:"bytes,3,opt,name=op"`  Args []BeidouArg `json:"args" protobuf:"bytes,4,opt,name=args"`}
// BeidouArg is the spec of arg.type BeidouArg struct {  Name        string                   `json:"name" protobuf:"bytes,1,opt,name=name"`  Value       string                   `json:"value,omitempty" protobuf:"bytes,2,opt,name=value"`  Reference   BeidouOperationReference `json:"reference,omitempty" protobuf:"bytes,3,opt,name=reference"`  Tolerations []corev1.Toleration      `json:"tolerations,omitempty" protobuf:"bytes,4,opt,name=tolerations"`  Checking    []string                 `json:"checking,omitempty" protobuf:"bytes,5,opt,name=checking"`}
// BeidouOperationReference is the spec of operation reference.type BeidouOperationReference struct {  ID string `json:"id" protobuf:"bytes,1,opt,name=id"`}
// BeidouReference is the spec of reference.type BeidouReference struct {  ID    string       `json:"id" protobuf:"bytes,1,opt,name=id"`  Steps []BeidouStep `json:"steps" protobuf:"bytes,2,opt,name=steps"`}
// BeidouStatus represents the current state of a Beidou.type BeidouStatus struct {  Message string `json:"message" protobuf:"bytes,1,opt,name=message"`}
// +k8s:deepcopy-gen:interfaces=k8s.io/apimachinery/pkg/runtime.Object
// BeidouList is a collection of Beidou.type BeidouList struct {  metav1.TypeMeta `json:",inline"`  metav1.ListMeta `json:"metadata" protobuf:"bytes,1,opt,name=metadata"`
  Items []Beidou `json:"items" protobuf:"bytes,2,opt,name=items"`}

核心流程：

// ExecSteps executes steps.func ExecSteps(ctx context.Context, steps []v1alpha1.BeidouStep, references []v1alpha1.BeidouReference) error {    logger, _ := ctx.Value(CtxLogger).(*log.Entry)
  var hasMonitored bool  for i, step := range steps {    for j, op := range step.Operations {      switch op.Op {      case "DeploymentCreationEfficiency":        if !hasMonitored {          defer func() {            err := monitor.Output()            if err != nil {              logger.Errorf("Failed to output: %s", err)            }          }()        }        hasMonitored = true      }
      err := ExecOperation(ctx, op, references)      if err != nil {        return fmt.Errorf("failed to run operation %s: %s", op.Name, err)      }    }  }
  return nil}
// ExecOperation executes operation.func ExecOperation(ctx context.Context, op v1alpha1.BeidouOperation, references []v1alpha1.BeidouReference) error {  switch op.Type {  case v1alpha1.BeidouTask:    if !tasks.IsRegistered(op.Op) {      return ErrNotRegistered    }
    if !tasks.DoesSupportReference(op.Op) {      return ExecTask(ctx, op.Op, op.Args)    }
    return ExecTaskWithRefer(ctx, op.Op, op.Args, references)  }
  return nil}
// ExecTask executes a task.func ExecTask(ctx context.Context, opname string, args []v1alpha1.BeidouArg) error {  switch opname {  case tasks.CreateNamespace:    var ns string    for _, arg := range args {      switch arg.Name {      case "NS":        ns = arg.Value      }    }
    return op.CreateNamespace(ctx, ns)    // ...    }    // ...}
// ExecTaskWithRefer executes a task with reference.func ExecTaskWithRefer(ctx context.Context, opname string, args []v1alpha1.BeidouArg, references []v1alpha1.BeidouReference) error {  switch opname {  case tasks.RepeatNTimes:    var times int    var steps []v1alpha1.BeidouStep    var err error    for _, arg := range args {      switch arg.Name {      case "TIMES":        times, err = strconv.Atoi(arg.Value)        if err != nil {          return ErrParseArgs        }      case "ACTION":        for _, refer := range references {          if refer.ID == arg.Reference.ID {            steps = refer.Steps            break          }        }      }    }
    return RepeatNTimes(ctx, times, steps)  }
  return ErrNotImplemented}

操作原語(yǔ)的實(shí)現(xiàn)示例：

// PodAnnotations is an operation used to check whether annotations of Pod are expected.func PodAnnotations(ctx context.Context, data PodAnnotationsData) error {  kclient, ok := ctx.Value(tasks.KubernetesClient).(kubernetes.Interface)  if !ok {    return tasks.ErrNoKubernetesClient  }
  pods, err := kclient.CoreV1().Pods(data.Namespace).List(metav1.ListOptions{})  if err != nil {    return fmt.Errorf("failed to list pods in ns %s: %s", data.Namespace, err)  }
  for _, pod := range pods.Items {    if pod.Annotations == nil {      return fmt.Errorf("pod %s in ns %s has no annotations", pod.Name, data.Namespace)    }
    for _, annotation := range data.Exists {      if _, exists := pod.Annotations[annotation]; !exists {        return fmt.Errorf("annotation %s does not exist in pod %s in ns %s", annotation, pod.Name, data.Namespace)      }    }
    for k, v := range data.Equal {      if pod.Annotations[k] != v {        return fmt.Errorf("value of annotation %s is not %s in pod %s in ns %s", k, v, pod.Name, data.Namespace)      }    }  }
  return nil}

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后續(xù)

目前阿里云容器服務(wù)團(tuán)隊(duì)內(nèi)部已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了初版，已用于部分云產(chǎn)品的內(nèi)部性能測(cè)試以及常規(guī)的回歸測(cè)試，很大程度上提升了我們的工作效率。

在 yaml 中編程，是對(duì)云原生場(chǎng)景下聲明式操作的體現(xiàn)，也是對(duì)聲明式服務(wù)的一種實(shí)踐。對(duì)于常規(guī)工作場(chǎng)景中重復(fù)編碼或重復(fù)操作，可考慮類似的方式進(jìn)行滿足。

歡迎大家對(duì)這樣的服務(wù)形態(tài)和項(xiàng)目進(jìn)行討論，探索這種模式的價(jià)值。

阿里云容器服務(wù)持續(xù)招聘，歡迎加入我們，一起在 K8s、邊緣計(jì)算、Serverless 等領(lǐng)域開(kāi)拓，讓當(dāng)前變得更美好，也為未來(lái)帶來(lái)可能性！聯(lián)系郵箱：[email protected]

References

Ansible：https://docs.ansible.com/ansible/latest/index.html
SaltStack：https://docs.saltstack.com/en/latest/
Argo Workflow：https://github.com/argoproj/argo
clusterloader2：https://github.com/kubernetes/perf-tests/tree/master/clusterloader2

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K8S進(jìn)階訓(xùn)練營(yíng)，點(diǎn)擊下方圖片了解詳情

Kubernetes 新玩法：在 YAML 中編程

作者 |?悟鵬

1. 服務(wù)形態(tài)

2. 設(shè)計(jì)

3. 核心實(shí)現(xiàn)

References