一 OpenShift特性
1.1 OpenShift概述
Red Hat OpenShijft Container Platform (OpenShift)是一個容器應(yīng)用程序平臺，它為開發(fā)人員和IT組織提供了一個云應(yīng)用程序平臺，用于在安全的、可伸縮的資源上部署新應(yīng)用程序，而配置和管理開銷最小。
OpenShift構(gòu)建于Red Hat Enterprise Linux、Docker和Kubernetes之上，為當今的企業(yè)級應(yīng)用程序提供了一個安全且可伸縮的多租戶操作系統(tǒng)，同時還提供了集成的應(yīng)用程序運行時和庫。
OpenShift帶來了健壯、靈活和可伸縮的特性。容器平臺到客戶數(shù)據(jù)中心，使組織能夠?qū)崿F(xiàn)滿足安全性、隱私性、遵從性和治理需求的平臺。不愿意管理自己的OpenShift集群的客戶可以使用Red Hat提供的公共云平臺OpenShift Online。
1.2 OpenShift特性
OpenShift容器平臺和OpenShift Online都是基于OpenShift Origin開源軟件項目的，該項目本身使用了許多其他開源項目，如Docker和Kubernetes。
應(yīng)用程序作為容器運行，容器是單個操作系統(tǒng)內(nèi)的隔離分區(qū)。容器提供了許多與虛擬機相同的好處，比如安全性、存儲和網(wǎng)絡(luò)隔離，同時需要的硬件資源要少得多，啟動和終止也更快。OpenShift使用容器有助于提高平臺本身及其承載的應(yīng)用程序的效率、靈活性和可移植性。
OpenShift的主要特性如下:
- 自助服務(wù)平臺：OpenShift允許開發(fā)人員使用Source-to-Image(S21)從模板或自己的源代碼管理存儲庫創(chuàng)建應(yīng)用程序。系統(tǒng)管理員可以為用戶和項目定義資源配額和限制，以控制系統(tǒng)資源的使用。
- 多語言支持：OpenShift支持Java、Node.js、PHP、Perl以及直接來自Red Hat的Ruby。同時也包括來自合作伙伴和更大的Docker社區(qū)的許多其他代碼。MySQL、PostgreSQL和MongoDB數(shù)據(jù)庫。Red Hat還支持在OpenShift上本地運行的中間件產(chǎn)品，如Apache httpd、Apache Tomcat、JBoss EAP、ActiveMQ和Fuse。
- 自動化：OpenShift提供應(yīng)用程序生命周期管理功能，當上游源或容器映像發(fā)生更改時，可以自動重新構(gòu)建和重新部署容器。根據(jù)調(diào)度和策略擴展或故障轉(zhuǎn)移應(yīng)用程序。
- 用戶界面：OpenShift提供用于部署和監(jiān)視應(yīng)用程序的web UI，以及用于遠程管理應(yīng)用程序和資源的CLi。它支持Eclipse IDE和JBoss Developer Studio插件，以便開發(fā)人員可以繼續(xù)使用熟悉的工具，并支持REST APl與第三方或內(nèi)部工具集成。
- 協(xié)作：OpenShift允許在組織內(nèi)或與更大的社區(qū)共享項目。
- 可伸縮性和高可用性：OpenShift提供了容器多租戶和一個分布式應(yīng)用程序平臺，其中包括彈性，以處理隨需增加的流量。它提供了高可用性，以便應(yīng)用程序能夠在物理機器宕機等事件中存活下來。OpenShift提供了對容器健康狀況的自動發(fā)現(xiàn)和自動重新部署。
- 容器可移植性：在OpenShift中，應(yīng)用程序和服務(wù)使用標準容器映像進行打包，組合應(yīng)用程序使用Kubernetes進行管理。這些映像可以部署到基于這些基礎(chǔ)技術(shù)的其他平臺上。
- 開源：沒有廠商鎖定。
- 安全性：OpenShift使用SELinux提供多層安全性、基于角色的訪問控制以及與外部身份驗證系統(tǒng)(如LDAP和OAuth)集成的能力。
- 動態(tài)存儲管理：OpenShift使用Kubernetes持久卷和持久卷聲明的方式為容器數(shù)據(jù)提供靜態(tài)和動態(tài)存儲管理
- 基于云(或不基于云)：可以在裸機服務(wù)器、活來自多個供應(yīng)商的hypervisor和大多數(shù)IaaS云提供商上部署OpenShift容器平臺。
- 企業(yè)級：Red Hat支持OpenShift、選定的容器映像和應(yīng)用程序運行時?？尚诺牡谌饺萜饔诚?、運行時和應(yīng)用程序由Red Hat認證。可以在OpenShift提供的高可用性的強化安全環(huán)境中運行內(nèi)部或第三方應(yīng)用程序。
- 日志聚合和metrics：可以在中心節(jié)點收集、聚合和分析部署在OpenShift上的應(yīng)用程序的日志信息。OpenShift能夠?qū)崟r收集關(guān)于應(yīng)用程序的度量和運行時信息，并幫助不斷優(yōu)化性能。
- 其他特性：OpenShift支持微服務(wù)體系結(jié)構(gòu)，OpenShift的本地特性足以支持DevOps流程，很容易與標準和定制的持續(xù)集成/持續(xù)部署工具集成。
二 OpenShift架構(gòu)
2.1 OpenShift架構(gòu)概述
OpenShift容器平臺是一組構(gòu)建在Red Hat Enterprise Linux、Docker和Kubernetes之上的模塊化組件和服務(wù)。OpenShift增加了遠程管理、多租戶、增強的安全性、應(yīng)用程序生命周期管理和面向開發(fā)人員的自服務(wù)接口。
OpenShift的架構(gòu)：
- RHEL：基本操作系統(tǒng)是Red Hat Enterprise Linux；
- Docker：提供基本的容器管理API和容器image文件格式；
- Kubernetes：管理運行容器的主機集群(物理或虛擬主機)。它處理描述由多個資源組成的多容器應(yīng)用程序的資源，以及它們?nèi)绾位ミB；
- Etcd：一個分布式鍵值存儲，Kubernetes使用它來存儲OpenShift集群中容器和其他資源的配置和狀態(tài)信息。
OpenShift在Docker + Kubernetes基礎(chǔ)設(shè)施之上添加了提供容器應(yīng)用程序平臺所需的更富豐的功能：
OpenShift-Kubernetes extensions：其它資源類型存儲在Etcd中，由Kubernetes管理。這些額外的資源類型形成OpenShift內(nèi)部狀態(tài)和配置，以及由標準 Kubernetes管理的應(yīng)用程序資源；
Containerized services：完成許多基礎(chǔ)設(shè)施功能，如網(wǎng)絡(luò)和授權(quán)。其中一些一直運行，另一些則按需啟動。OpenShift使用Docker和Kubernetes來實現(xiàn)大多數(shù)內(nèi)部功能。即大多數(shù)OpenShift內(nèi)部服務(wù)作為由Kubernetes管理的容器；
Runtimes and xPaaS：供開發(fā)人員使用的 base image，每個image都預(yù)配置了特定的runtime或db。xPaaS提供了一組用于JBoss中間件產(chǎn)品（如JBoss EAP和ActiveMQ）的 base image；
DevOps tools and user experience：OpenShift提供了Web UI和CLI管理工具，從而實現(xiàn)配置和監(jiān)視應(yīng)用程序、OpenShift服務(wù)和資源。Web和CLI工具都是由相同的REST api構(gòu)建的，可供IDE和CI平臺等外部工具使用。OpenShift 還可以訪問外部SCM存儲庫和容器registry，并將它們的構(gòu)件引入OpenShift Cloud。
OpenShift不會向開發(fā)人員和系統(tǒng)管理員屏蔽Docker和Kubernetes的核心基礎(chǔ)設(shè)施。相反，它將它們用于內(nèi)部服務(wù)，并允許將Docker和Kubernetes資源導(dǎo)入OpenShift集群，同時原始Docker和資源可以從OpenShift集群導(dǎo)出，并導(dǎo)入到其他基于docker的基礎(chǔ)設(shè)施中。
OpenShift添加到Docker + Kubernetes的主要價值是自動化開發(fā)工作流，因此應(yīng)用程序的構(gòu)建和部署在OpenShift集群中按照標準流程進行。開發(fā)者不需要知道底層Docker的細節(jié)。OpenShift接受應(yīng)用程序，打包它，并將其作為容器啟動。
2.2 Master和nodes
OpenShift集群是一組節(jié)點服務(wù)器，它們運行容器，并由一組主服務(wù)器集中管理。服務(wù)器可以同時充當master和node，但是為了增加穩(wěn)定性，這些角色通常是分開的。
OpenShift工作原理和交互視圖：
master節(jié)點運行OpenShift核心服務(wù)，如身份驗證，并未管理員提供API入口。
nodes節(jié)點運行包含應(yīng)用程序的容器，容器又被分組成pod。
OpenShift master運行Kubernetes master服務(wù)和Etcd守護進程；
node運行Kubernetes kubelet和kube-proxy守護進程。
雖然在描述中通常沒有聲明，但實際上master本身也是node。
scheduler和management/replication是Kubernetes主服務(wù)，而Data Store是Etcd守護進程。
Kubernetes的調(diào)度單元是pod，它是一組共享虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、內(nèi)部IP地址、TCP/UDP端口和持久存儲的容器。pod可以是任何東西，從完整的企業(yè)應(yīng)用程序(包括作為不同容器的每一層)到單個容器中的單個微服務(wù)。例如，一個pod，一個容器在Apache下運行PHP，另一個容器運行MySQL。
Kubernetes管理replicas來縮放pods。副本是一組共享相同定義的pod。
三 管理OpenShift
3.1 OpenShift項目及應(yīng)用
除了Kubernetes的資源(如pods和services)之外，OpenShift還管理projects和users。一個projects對Kubernetes資源進行分組，以便用戶可以使用訪問權(quán)限。還可以為projects分配配額，從而限制了已定義的pod、volumes、services和其他資源。
OpenShift中沒有application的概念，OpenShift client提供了一個new-app命令。此命令在projects中創(chuàng)建資源，但它們都不是應(yīng)用程序資源。這個命令是為標準開發(fā)人員工作流配置帶有公共資源的proiect的快捷方式。
OpenShift使用lables(標簽)對集群中的資源進行分類。默認情況下，OpenShift使用app標簽將相關(guān)資源分組到應(yīng)用程序中。
3.2 使用Source-to-image構(gòu)建映像
OpenShift允許開發(fā)人員使用標準源代碼管理倉庫(SCM)和集成開發(fā)環(huán)境(ide)來發(fā)布應(yīng)用。
OpenShift中的source -to-lmage (S2I)流程從SCM倉庫中提取代碼，自動判斷所需的runtime，基于runtime啟動一個pod，在pod中編譯應(yīng)用。
當編譯成功時，將在runtime image中添加層并形成新的image，推送進入OpenShift internal registry倉庫，接著基于這個image將創(chuàng)建新的pod，運行應(yīng)用程序。
S2I可被視為已經(jīng)內(nèi)置到OpenShift中的完整的CI/CD管道。
CI/CD有不同的形式，根據(jù)具體場景表現(xiàn)不同。例如，可以使用外部CI工具(如Jenkins)啟動構(gòu)建并運行測試，然后將新構(gòu)建的映像標記為成功或失敗，將其推送到QA或生產(chǎn)。
3.2 管理OpenShift資源
OpenShift資源定義,如image、container、pod、service、builder、template等，都存儲在Etcd中，可以由OpenShift CLI, web控制臺或REST API進行管理。
OpenShift的資源科通過JSON或YAML文件查看，并且在類似Git或版本控制的SCM中共享。OpenShift甚至可以直接從外部SCM檢索這些資源定義。
大多數(shù)OpenShift操作不需要實時響應(yīng)，OpenShift命令和APIs通常創(chuàng)建或修改存儲在Etcd中的資源描述。Etcd然后通知OpenShift控制器，OpenShift控制器會就更改警告這些資源。
這些控制器采取行動，以便使得資源的最終態(tài)反應(yīng)達到更改效果。例如，如果創(chuàng)建了一個新的pod資源，Kubernetes將在node上調(diào)度并啟動該pod，使用pod資源確定要使用哪個映像、要公開哪個端口，等等?；蛘咭粋€模板被更改，從而指定應(yīng)該有更多的pod來處理負載，OpenShift會安排額外的pod(副本)來滿足更新后的模板定義。
注意：雖然Docker和Kubernetes是OpenShift的底層，但是必須主要使用OpenShift CLi和OpenShift APls來管理應(yīng)用程序和基礎(chǔ)設(shè)施。OpenShift增加了額外的安全和自動化功能，當直接使用Docker或Kubernetes命令和APls時，這些功能必須手動配置，或者根本不可用。因此強烈建議不要使用docker或Kubernetes的命令直接管理應(yīng)用。
四 OpenShift網(wǎng)絡(luò)
4.1 OpenShift網(wǎng)絡(luò)概述
Docker網(wǎng)絡(luò)相對簡單，Docker創(chuàng)建一個虛擬內(nèi)核橋接器（docker0網(wǎng)卡），并將每個容器網(wǎng)絡(luò)接口連接到它。
Docker本身沒有提供允許一個主機上的pod連接到另一個主機上的pod的方法。Docker也沒有提供向應(yīng)用程序分配公共固定IP地址的方法，以便外部用戶可以訪問它。
但Kubernetes提供service和route資源來管理pods之間的網(wǎng)絡(luò)，以及從外部到pods的路由流量。service在不同pods之間提供負載均衡用于接收網(wǎng)絡(luò)請求，同時為service的所有客戶機(通常是其他pods)提供一個內(nèi)部IP地址。
container和pods不需要知道其他pods在哪里，它們只連接到service。route為service提供一個固定的惟一DNS名稱，使其對OpenShift集群之外的客戶端可見。
Kubernetes service和route資源需要外部（功能）插件支持。service需要軟件定義的網(wǎng)絡(luò)(SDN)，它將在不同主機上的pod之間提供通信，route需要轉(zhuǎn)發(fā)或重定向來自外部客戶端的包到服務(wù)內(nèi)部IP。
OpenShift提供了一個基于Open vSwitch的SDN，路由由分布式HAProxy farm提供。
五 OpenShift持久性存儲
5.1 永久存儲
pod可以在一個節(jié)點上停止，并隨時在另一個節(jié)點上重新啟動。同時pod的默認存儲是臨時存儲，通過對于類似數(shù)據(jù)庫需要永久保存數(shù)據(jù)的應(yīng)用不適合。
Kubernetes為管理容器的外部持久存儲提供了一個框架。Kubernetes提供了PersistentVolume資源，它可以在本地或網(wǎng)絡(luò)中定義存儲。pod資源可以使用PersistentVolumeClaim資源來訪問對應(yīng)的持久存儲卷。
Kubernetes還指定了一個PersistentVolume資源是否可以在pod之間共享，或者每個pod是否需要具有獨占訪問權(quán)的自己PersistentVolume。當pod移動到另一個節(jié)點時，它將保持與相同的PersistentVolumeClaim和PersistentVolumne資源的關(guān)聯(lián)。這意味著pod的持久存儲數(shù)據(jù)跟隨它，而不管它將在哪個節(jié)點上運行。
OpenShift向Kubernetes提供了多種VolumeProvider，如NFS、iSCSI、FC、Gluster或OpenStack Cinder。
OpenShift還通過StorageClass資源為應(yīng)用程序提供動態(tài)存儲。使用動態(tài)存儲，可以選擇不同類型的后端存儲。后面存儲根據(jù)應(yīng)用程序的需要劃分為不同的“tiers”。例如，可以定義一個名為“fast”的存儲類和另一個名為“slow”的存儲類，前者使用更高速的后端存儲，后者提供普通的存儲。當請求存儲時，最終用戶可以指定一個Persistentvolumeclaim，并使用一個注釋指定他們所需的StorageClass。
六 OpenShift高可用
6.1 OpenShift高可用概述
OpenShift平臺集群的高可用性(HA)有兩個不同的方面：
OpenShift基礎(chǔ)設(shè)施本身的HA(即主機)；
以及在OpenShift集群中運行的應(yīng)用程序的HA。
默認情況下，OpenShift為master提供了完全支持的本機HA機制。
對于應(yīng)用程序或“pods”，如果pod因任何原因丟失，Kubernetes將調(diào)度另一個副本，將其連接到服務(wù)層和持久存儲。如果整個節(jié)點丟失，Kubernetes會為它所有的pod安排替換節(jié)點，最終所有的應(yīng)用程序都會重新可用。pod中的應(yīng)用程序負責(zé)它們自己的狀態(tài)，因此它們需要自己維護應(yīng)用程序狀態(tài)(如HTTP會話復(fù)制或數(shù)據(jù)庫復(fù)制)。
七 Image Streams
7.1 Image Streams
要在OpenShift中創(chuàng)建一個新的應(yīng)用程序，除了應(yīng)用程序源代碼之外，還需要一個base image(S2I builder image)。如果源代碼或image任何一個更新，就會生成一個新的image，并且基于此新image創(chuàng)建新的pod，同時替換舊的pod。
即當應(yīng)用程序代碼發(fā)生更改時，容器映像需要更新，但如果構(gòu)建器映像發(fā)生更改，則部署的pod也需要更新。
Image Streams包括由tag標識的大量的image。應(yīng)用程序是針對Image Streams構(gòu)建的。Image Streams可用于在創(chuàng)建新image時自動執(zhí)行操作。構(gòu)建和部署可以監(jiān)視Image Streams，以便在添加新image時接收通知，并分別執(zhí)行構(gòu)建或部署。
OpenShift默認情況下提供了幾個Image Streams，包括許多流行的runtime和frameworks。
Image Streams tag是指向Image Streams中的image的別名。通常縮寫為istag。它包含一個image歷史記錄，表示為tag曾經(jīng)指向的所有images的堆棧。
每當使用特定的istag標記一個新的或現(xiàn)有的image時，它都會被放在歷史堆棧的第一個位置(標記為latest)。之前tag再次指向舊的image。同時允許簡單的回滾，使標簽再次指向舊的image。
