2020/12/11 AliEaters Tokyo #16の発表資料。 「Kubernetes as a serviceの謎を解く。Alibaba Cloudが1万個のKubernetesクラスタを管理する方法」

1. Kubernetes as a serviceの謎を解く。
Alibaba Cloudが1万個のKubernetesクラスタを
管理する方法
マネージドサービスの裏側の努力を知る。
1
@mosuke5
AliEaters Tokyo #16 (2020/12/11)

2. 自己紹介
2
名前 もーすけ (@mosuke5)
仕事 Red HatでKubernetesに関するお仕事とか
それまで Alibaba Cloudの日本リージョンの立ち上げ・運営
（いちおう初代MVP。失効寸前ｗｗ）
モバイルネットワークの監視システムの開発・運用
Webアプリケーションエンジニア（学生時）
最近のこと 珈琲、自作家系ラーメン、
ブログ https://blog.mosuke.tech

3. Alibaba Cloudの最近のプロダクト動向につい
てはよくわかりません。
コンテナ界隈からみたAlibabaの存在感という
観点で。
中の人をやっていたときには理解できなかった
ことがつながってきた。

4. 少し前だけれど
4
執筆者は2年前の12月のAliEaters
に来てくれたZhimin。許可をとって
ブログを翻訳させてもらいました。
https://blog.mosuke.tech/entry/2020/
11/17/how-to-manage-lots-of-k8s/

5. なにが難しいか
1. Alibaba Cloud Container Service for Kubernetes（以下、ACK）は、世界で
10,000以上のクラスタが利用されている。
2. ひとつのクラスタが大きいのではなく、クラスタ数が多い。
a. 消したり作ったりされる
b. 大規模も小規模もある
c. 種類もたくさん
i. managed, serverless, gpu cluster, edge cluster, windows...
d. Kubernetesのバージョン違い
e. 20のリージョンで展開

6. ① Kube-on-kube and cell-based architecture
ACKは、KubernetesクラスタをKubernetes自体を使って管理している。
つまり、顧客のKubernetesクラスタのコントロールプレーンを管理するためにメタ Kubernetesクラスタを用いて
管理している。
セルA セルB セルC
meta
cluster
meta
cluster
meta
cluster
Customer clusters Customer clusters Customer clusters

7. そもそもKubernetes Clusterとは

8. 宣言的な構成管理
Kubernetesの強力なポイントに、マニ
フェストによるアプリケーションのワーク
ロードの「宣言的な構成管理」がある。ア
プリケーションが実行される環境はマニ
フェストに記述し、Git管理の対象とする
ことをおすすめする。可能な限り、
Kubernetesへの変更はマニフェストを軸
とし、実際のワークロードと管理している
マニフェストの乖離をなくすことをめざす。

9. Operatorとはなにか？
カスタムリソース
kind: MyDeployment
apiVersion: mosuke5.com/v1
metadata:
name: my-application
spec:
readReplicas: 3
image: my-image
configs:
- config-1
- config-2
- config-3
Kubernetes
利用者
Deployments
StatefulSets
Autoscalers
Secrets
ConfigMaps
PersistentVolume
K8s API
Operator / Custom Controller
(Podとして起動)
イベント監視
Reconciliation
（調整ループ）
別名カスタムコントローラ。ユーザ独自のコントローラを作成す
ることで、ネイティブの Kubernetesでできなかった動きを実現
することができる。Go言語等での開発が必要。
独自のロジックで
Kubernetesリソースを
作成・削除・調整
9

10. Kubernetes管理用のOperator
Ant Financial でも同様のKubernetesクラス
タ管理用方法を用いており、記事の内容から
推測するに、Kubernetesを生成するための
Operator（Kubernetesの拡張）を作って対応
していると思われる。
中国語参考記事:
万级规模 K8s 如何管理？蚂蚁双11核心技术公开
https://developer.aliyun.com/article/726802
カスタムリソース（下記はイメージです）
kind: AckCluster
apiVersion: aliyun.com/v1
metadata:
name: user-a-cluster-01
spec:
version: 1.18.0
cluster-type: managed
cluster-name: hoge-cluster
nodes:
- instance-type: ecs.t3.xlarge
disk: 50GB
ssh-key: hogekey
- instance-type: ecs.t3.xlarge
disk: 50GB
ssh-key: hogekey
cni-plugin: terway

11. ② Capacity planning for meta cluster
API Server
etcd
controller
manager
scheduler
control plane for userA
API Server
etcd
controller
manager
scheduler
control plane for userB
meta kubernetes cluster customer kubernetes cluster
ENI
kubelet
kube-proxy
kubelet
kube-proxy
User work loads
meta clusterのリソース使用量や、利
用しているVPCのネットワークリソース
などを見て、新しいセルを作るかどう
か検討する。
API Server向けSLB
(Control Planeはマネージド)
ENIでAlibaba Cloud管理側の
VPCとコネクト

12. ③ Scaling the master components of customer clusters
API Server
etcd
controller
manager
scheduler
control plane for userA
API Server
etcd
controller
manager
scheduler
control plane for userB
meta kubernetes cluster customer kubernetes cluster
ENI
kubelet
kube-proxy
kubelet
kube-proxy
User work loads
control planeのスケールし
なければいけないタイミング
がある。ある計算ロジックに
合わせて、3段階でスケー
ルする。
API Server向けSLB
(Control Planeはマネージド)
ENIでAlibaba Cloud管理側の
VPCとコネクト

13. ACK: professional managed cluster
最近ACKにSLAの高いクラスタモード（Professional Clustere）が追加された。その機
能の内容に下記がある。この機能の内容が、おそらくいま説明したものである。（おそ
らくと書いたのは明確にドキュメントに書かれていないので）
API Server
- Provides the automatic scaling feature.
- Monitors availability.

14. ④ Evolving customer clusters at scale
Kubernetesは3ヶ月に1つマイナーバージョンがあがる。サポート期間は1年間とかなり
速いペースで進化する。また、Kubernetes本体だけでなくその上で動く各種ソフトウェ
アもバージョンアップが行われる。
とにかくバージョンアップ追随が大変！！！
CSI
CNI
Device Plugin
Scheduler Plugin
Cloud Controller Manager
alicloud-monitor-controller
alicloud-application-controller
kube-flannel-ds
Nginx Ingress Controller
metrics-server
・・・

15. 大量クラスタのバージョンアップに追随するために
1. プラグイン可能なコンポーネントをすべて登録・管理するための一元化されたシス
テムの開発
2. 移行前のアップグレードが成功しているかどうかを確認するために、プラグインコ
ンポーネントのヘルスチェックシステムを開発。
アップグレードごとのチェックとアップグレード後のチェックを実施。
3. 運用効率化のためのカスタムコントローラ開発
a. Kubernetesの拡張のコントローラを独自開発し、OSS化
→ OpenKruise

16. ⑤ Global Observability Across Datacenters
Edge Prometheus
Customer cluster
Customer cluster
Customer cluster
Edge Prometheus
Customer cluster
Customer cluster
Customer cluster
Edge Prometheus
Customer cluster
Customer cluster
Customer cluster
Cascading
Prometheus
Cascading
Prometheus
Central
Prometheus
China Regions Europe rigions Asia Regions
Alert Manager
SRE
モニタリングは、典型的な多層
アグリゲーションモデルを用い
て設計。
DingTalk, etc

17. まとめ
1. Alibaba Cloudのサービスを支える側の努力がわかると安心して使えてくる
2. 裏側を知るとサービスの仕様も理解できてくる
3. 中国語や英語で結構いい記事たくさんでているのでチェックすべし
4. アリババは、クラウドネイティブコミュニティへの貢献度もそこそこ高い気がする！
References
1. 【翻訳】Kubernetes as a serviceの謎を解く。Alibaba Cloudが1万個のKubernetesクラスタを管理する
方法
2. 万级规模 K8s 如何管理？蚂蚁双11核心技术公开
3. OpenKruise