现代“十二要素应用”与 Kubernetes

“十二要素应用”为开发SaaS应用提供了方法上的指导，而Docker能够提供打包依赖，解耦后端服务等特性，使得两者非常吻合。这篇文章介绍了Docker特性怎样满足了开发“十二要素应用”的对应要点。

“十二要素应用”为构建SaaS应用提供了方法论，是由知名PaaS云计算平台Heroku的创始人Adam Wiggins提出的。请参考这篇 Heroku 创始人 Adam Wiggins 发布十二要素应用宣言。

Dockerfile 与k8s/helm 正在成为用代码定义服务的标准，通过它们可以定义服务的所有内容：依赖、环境、端口、各种进程以及后端服务。 Docker镜像和容器为操作系统提供了保证，使得开发环境和生产环境可以有效地保持一致。

依赖—显示地声明和隔离依赖关系

Docker镜像基于显示的Dockerfile构建，而Docker容器作为独立的运行环境。Dockerfile提供了显示声明基础操作系统的方法（FROM）, 而且通过运行命令来安装附加的系统包以及应用的依赖包（RUN）。通过这些方法，你可以声明你需要ubuntu 18.04、ASP.NET Core 2.2.2然后一次性安装。

配置—在环境中储存配置

Docker容器非常依赖Linux的环境变量进行配置。k8s/helm 有一个环境变量的哈希表，你可以通过它显示的定义容器的环境变量。这些默认的或者未定义的值将在运行时从主机中继承。另外，还有Dokckerfile的ENV命令以及『docker run –env=[]』和『docker run –env-file=[]』运行选项可以设置环境变量。 通过这些方法，你可以声明你的应用需要环境变量GITHUB_AUTH_TOKEN。

K8s 还有ConfigMap ，ConfigMap是存储通用的配置变量的。ConfigMap有点儿像一个统一的配置文件，使用户可以将分布式系统中用于不同模块的环境变量统一到一个对象中管理；而它与配置文件的区别在于它是存在集群的“环境”中的，并且支持K8s集群中所有通用的操作调用方式。而资源的使用者可以通过ConfigMap来存储这个资源的配置，这样需要访问这个资源的应用就可以同通过ConfigMap来引用这个资源。相当通过创建Configmap封装资源配置。configmap以一个或者多个key:value的形式保存在k8s系统中供应用使用，既可以用于表示一个变量的值（eg.apploglevel:info)，也可以用于表示一个完整配置文件的内容（eg： server.xml=<?xml...>...)

端口绑定—通过端口绑定来提供服务

Docker非常依赖端口绑定。k8s的pod也使用了端口映射的功能，可以把一个pod中的所有container的port都通过net container export出去，便于和外界通信。 通过这些方法，你可以声明你的应用的网络服务器将监听端口5000，而且你可以通过主机的端口5000获取服务。

后端服务—把后端服务当作附加资源

Docker容器与其它容器几乎完全隔离，所以需要通过网络与后端服务进行通信。在应用中，一个组件依赖指定的中间件服务和业务服务，在传统的软件部署方式中，应用启动、停止都要依照特定的顺序完成。当采用 Kubernetes 等容器编排技术在分布式环境下部署应用时，一方面不同组件之间并行启动无法保证其启动顺序，另一方面在应用运行时，其所依赖的服务实现有可能发生失败和迁移，我们利用Kubernetes Pod自身机制添加依赖检查逻辑，通常是利用初始化容器来进行依赖服务的检查。首先我们需要对Pod的生命周期有一定的理解，下图来自于 https://blog.openshift.com/kubernetes-pods-life/ 一文

首先在Pod中有三类容器

• infra container: 这就是著名的pause容器
• init container: 初始化容器 通常用于应用的初始化准备，只有等所有的初始化容器正常执行完毕之后，才会启动应用容器
• main container: 应用容器

下面我们通过一个Wordpress的实例来展示其使用方法。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mysql
spec:
  clusterIP: None
  ports:
  - name: mysql
    port: 3306
  selector:
    app: mysql
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: wordpress
spec:
  ports:
  - name: wordpress
    port: 80
    targetPort: 80
  selector:
    app: wordpress
  type: NodePort
---
apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: mysql
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: mysql
  serviceName: mysql 
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mysql
    spec:
      containers:
      - name: mysql
        image: mysql:5.7
        env:
        - name: MYSQL_ALLOW_EMPTY_PASSWORD
          value: "true"
        livenessProbe:
          exec:
            command: ["mysqladmin", "ping"]
          initialDelaySeconds: 30
          periodSeconds: 10
          timeoutSeconds: 5
        readinessProbe:
          exec:
            # Check we can execute queries over TCP (skip-networking is off).
            command: ["mysql", "-h", "127.0.0.1", "-e", "SELECT 1"]
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 2
          timeoutSeconds: 1
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: wordpress
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: wordpress
  template:
    metadata:
      labels:
        app: wordpress
    spec:
      containers:
      - name: wordpress
        image: wordpress:4
        ports:
        - containerPort: 80
        env:
        - name: WORDPRESS_DB_HOST
          value: mysql
        - name: WORDPRESS_DB_PASSWORD
          value: ""
      initContainers:
      - name: init-mysql
        image: busybox
        command: ['sh', '-c', 'until nslookup mysql; do echo waiting for mysql; sleep 2; done;']

我们在Wordpress Deployment的Pod定义中添加了initContainers，它会通过检查 mysql 域名是否可以解析来判断所依赖的mysql服务是否就绪。

同时，在MySQL StatefulSet中我们也引入了readinessProbe 和 livenessProbe探针，它们会判定是否MySQL进程已经业务就绪。在K8S中，只有健康的Pod才可以通过ClusterIP访问或者DNS解析。

进程—以一个或者多个无状态进程运行应用

默认情况下，Docker容器是不带储存的进程。k8s/helm 定义了一系列服务，每一个服务都有自己的镜像或者构建文件(Dockerfile)以及命令。 通过这些方法，你可以声明你的应用同时有一个网络进程和工作进程。

管理进程—后台管理任务当做一次性进程运行

Docker镜像可以很容易地运行一次性进程。‘docker run myapp CMD’可以在与你的网络进程一致的环境中运行任意命令。 通过这些方法，你可以基于你的Postgres数据库运行交互式的bash或者运行一次性的’rake db:migrate’进程。