Serverless X OpenKruise 部署效率优化之道

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作者 | 许成铭（竞霄）

Serverless 作为云计算的最佳实践、云原生发展的方向和未来演进趋势，其核心价值在于快速交付、智能弹性、更低成本。SAE（Serverless 应用引擎）作为首款面向应用的 Serverless PaaS 平台，实现了 Serverless 架构与微服务架构的完美结合，使存量应用也可以零代码改造享受 Serverless 赋予的技术红利，目前正在增强多语言特性，向多负载类型多元化场景方向演进。作为 Serverless 平台，高效的应用部署效率无疑是产品的核心竞争力，也是弹性伸缩、智能托管的基础。更快的部署效率，意味着更好的用户体验，更低的用户成本，更极致的弹性能力。SAE 极致弹性项目，力求提升应用端到端启动速度，保证用户在突发场景下的快速扩容效率和系统稳定性 SLA 。

Serverless 应用引擎：https://www.aliyun.com/product/aliware/product/sae

项目背景

SAE 底层使用 Kubernetes 架构，使用神龙裸金属安全容器、 ECI 两种资源池，用户在 SAE 中运行的应用会映射到 Kubernetes 中相应的资源。

通过采集线上全量 K8s 事件，整个 Pod 的创建生命周期进行分节点、分阶段的耗时统计分析，以神龙节点为例，各阶段比例如图：

从图中可以看出，整个 pod 的创建生命周期包括调度，拉取并创建 init 容器，拉取用户业务镜像，创建和启动容器等。其耗时主要集中在调度和拉取用户镜像上。究其原因在于 SAE 神龙节点调度链路整体耗时较长，而镜像耗时主要在于拉取镜像与解压镜像的时长，特别是在大容量镜像部署的情况下尤为突出。

实施方案

SAE 团队从长期架构规划，使用场景通用性等多个方面进行方案调研分析, 考虑采用原地升级的部署策略代替重建升级策略，避免部署过程中重调度，减少整体耗时。

所谓原地升级，即只更新 Pod 中某一个或多个容器版本、而不影响整个 Pod 对象、其余容器的升级，而且在升级过程中保证 ip、node 不发生改变。在阿里巴巴内部，绝大部分电商应用在云原生环境都统一使用原地升级的方式做发布，这种原地升级的模式极大地提升了应用发布的效率，节省了调度，分配网络，挂载磁盘以及拉取镜像的耗时。通过分析线上 SAE 用户历史部署记录，发现只更新镜像/程序包部署应用的占大多数，也就是说原地升级能力非常适合在 SAE 产品中落地。

原地升级给 SAE 带来的优势在于：

避免重调度，避免 sidecar 容器重建，整个部署耗时只需要拉取和创建业务容器；
无需调度，可以预先在 Node 上缓存新镜像，提高弹性效率；
可以保持 ip 不变，避免因 ip 变化导致依赖组件如注册中心感知的延时；
减少重建 pod 对调度器，注册中心，业务上下游的压力。

与此同时，OpenKruise 项目已经将原地升级能力通过 CloneSet / AdvanceStatefulSet 贡献于开源。CloneSet 是 OpenKruise 中提供的核心 workload 之一，它主要面向无状态应用，提供了更加高效、确定可控的应用管理和部署能力，支持优雅原地升级、指定删除、发布顺序可配置、并行/灰度发布等丰富的策略，可以满足更多样化的应用场景。CloneSet 与原生 Kubernetes workload 功能对比如图：

OpenKruise 项目：https://openkruise.io/

SAE 决定采用 CloneSet 作为新的应用负载，一方面借助其原地升级的能力提升应用整体部署效率，另一方面也结合 OpenKruise 开源的力量，共同打造通用标准的无状态应用负载的大规模使用实践。针对于增量应用， SAE 会默认采用 CloneSet 进行用户应用的部署，并结合最大不可用实例数和优雅升级时长来保证发布的流量无损，而对于存量应用， SAE 将采用基于有限状态机的滚动升级进行在线迁移操作。

方案上线后效果显著，在一个月的时间内，已经有近千个应用使用 CloneSet 进行部署，且原地升级次数为重建升级的两倍，部署效率比原生 K8s 提升 42% ，结合镜像缓存，用户部署应用到容器启动在秒级内完成。SAE 后续会对更多 OpenKruise 的高级能力产品化，同时结合用户场景，不断打磨稳定性与最佳实践回馈于开源。

云原生 K8s 部署应用重建升级策略 VS SAE 部署应用原生升级策略：