這是一本匠心之作，它將帶領你深入了解OpenShift和如何基於OpenShift構建雲原生應用，以及如何通過以OpenShift為代表的PaaS平臺實現數字化轉型。

本書的三位作者都是雲計算和OpenShift領域的一線資深專家和布道者，本書以他們多年來在雲計算和企業數字化轉型領域的實戰經驗為背景，深入剖析了OpenShift的架構設計、實現原理，以及集群的部署和運維；深度講解基於OpenShift的雲原生架構，以及如何以微服務、DevOps、Service Mesh、Serverless和Spark為核心構建企業雲原生技術平臺。

全書共8章，每一章的內容都干貨十足：

第1章介首先紹了雲原生PaaS平臺如何重塑雲計算以及它在數字化轉型中的作用，然後對OpenShift做了宏觀的介紹。

第2章從源代碼的角度對OpenShift的設計哲學、架構設計和核心功能模塊的實現原理進行了深入剖析。

第3章從工程實踐的角度詳細講解了OpenShift集群的部署、運維和管理。

第4章重點講解了基於OpenShift平臺的雲原生應用自動構建與部署。

第5章介紹如何在OpenShift上實現雲原生DevOps工具鏈。

第6章主要講解了Service Mesh技術，以及基於Istio的微服務在OpenShift上的雲原生實踐。

第7章重點闡述了Serverless技術，以及基於Knative的無服務器應用在OpenShift上的雲原生實踐。

第8章主要講解了以Spark為核心的數據科學應用及其在OpenShift上的雲原生實踐。

山金孝

資深雲計算技術專家、架構師，騰訊雲TVP、阿裡雲MVP。現就職於招商局集團數字化中心，曾就職於招商銀行、IBM和中國移動。開源技術愛好者，雲計算推廣、布道與實踐者，國內較早接觸OpenStack和OpenShift的一線技術專家，目前致力於開源雲原生技術的研究、推廣與實踐工作。作為由傳統IT架構轉型為雲計算領域的技術專家，當前正致力於推動企業的智能化和數字化轉型。

著有《OpenStack高可用集群》（上、下冊）、《企業私有雲建設指南》等雲計算書籍，譯有《精通OpenStack》和《機器學習即服務》等書，在國內外核心期刊發表過多篇CVPR論文。另外，他還是IBM認證高級技術專家、DB2高級DBA，Oracle認證OCP及Red Hat認證繫統工程師，維護有“OpenShift開源社區”微信公眾號。

潘曉華

資深DevOps實踐專家、運維專家，現為興業數金雲原生技術專家，曾為招銀雲創容器雲平臺與DevOps負責人。近10年IT從業經驗，具有豐富的項目實施、應用架構設計與研發經驗。多年來深耕敏捷IT和DevOps領域，是開源社區的積極參與者、貢獻者，以及國內較早接觸OpenShift的一線技術專家，通過技術博客“潘曉華Michael”，積極推動了OpenShift在國內的應用和實踐落地。

劉世民

資深雲計算技術專家，現為易航科技雲服務事業部總經理。十幾年IT從業經驗，曾先後就職於華為、IBM和EMC，擔任過雲計算創業公司CTO。雲計算技術愛好者、實踐者和推廣者，樂於總結和分享，維護有“世民談雲計算”技術博客和微信公眾號。

目錄  Contents

前言

第1章PaaS賦能雲原生時代數字化轉型  1

1.1PaaS重塑雲計算時代  1

1.1.1PaaS統一雲計算架構  1

1.1.2PaaS構建雲計算未來  3

1.1.3PaaS賦能微服務架構  6

1.1.4PaaS加速DevOps實踐  7

1.1.5PaaS構築雲原生時代  9

1.2PaaS賦能企業數字化轉型  12

1.2.1數字化轉型的本質  12

1.2.2PaaS賦能企業中臺  13

1.2.3PaaS助力數字化轉型  15

1.3企業級PaaS平臺OpenShift介紹  17

1.3.1OpenShift及其發展簡史  17

1.3.2OpenShift與雲原生架構  18

1.3.3OpenShift與Kubernetes  20

1.4本章小結  22

第2章OpenShift架構設計與原理  23

2.1OpenShift總體架構  23

2.1.1OpenShift設計哲學  23

2.1.2OpenShift核心組件  29

2.1.3OpenShift核心概念  31

2.1.4OpenShift部署架構  46

2.2OpenShift網絡之SDN  47

2.2.1OpenShift SDN網絡配置  48

2.2.2OpenShift Node節點上的SDN  49

2.2.3OpenShift SDN網絡隔離  54

2.2.4OpenShift典型網絡訪問場景  55

2.3OpenShift網絡之路由器  62

2.3.1從集群外訪問OpenShift中的服務  62

2.3.2OpenShift HAProxy路由器介紹  65

2.3.3OpenShift路由規則介紹  67

2.3.4OpenShift路由服務高可用  74

2.4OpenShift網絡之DNS  75

2.4.1OpenShift Pod內部DNS配置  76

2.4.2OpenShift Node節點DNS配置  77

2.4.3OpenShift 集群內DNS查詢流程  79

2.5OpenShift存儲  81

2.5.1Docker卷  82

2.5.2OpenShift存儲卷  84

2.5.3OpenShift 持久化卷  86

2.5.4靜態創建持久化卷  89

2.5.5動態創建持久化卷  94

2.6OpenShift權限控制  99

2.6.1OpenShift權限概述  99

2.6.2OpenShift權限認證  101

2.6.3OpenShift基於角色的權限訪問控制  107

2.6.4OpenShift安全上下文約束  111

2.7OpenShift服務目錄  114

2.7.1OpenShift服務目錄概述  114

2.7.2OpenShift服務目錄概念理解  116

2.7.3OpenShift服務目錄使用介紹  117

2.8本章小結  121

第3章OpenShift集群部署與運維  123

3.1OpenShift集群規劃與部署準備  123

3.1.1集群軟件版本規劃  124

3.1.2集群規模與資源需求  125

3.1.3集群高可用架構設計  127

3.1.4集群主機環境需求  130

3.1.5集群主機繫統準備  133

3.2OpenShift開發測試環境快速部署  137

3.2.1OpenShift容器與二進制方式快速啟動  137

3.2.2OpenShift自定義腳本一鍵自動部署  139

3.2.3OpenShift開發測試環境Minishift   141

3.3OpenShift集群生產環境自動部署  144

3.3.1OpenShift集群部署介紹  144

3.3.2OpenShift集群自動部署配置  147

3.3.3OpenShift集群在線自動部署  151

3.3.4OpenShift集群離線自動部署  154

3.4OpenShift集群運維與管理  160

3.4.1OpenShift集群擴容  160

3.4.2OpenShift集群升級  162

3.4.3OpenShift集群備份  167

3.4.4OpenShift集群恢復  172

3.5本章小結  176

第4章OpenShift雲原生應用構建與部署  177

4.1OpenShift應用構建與部署概述  177

4.1.1OpenShift應用構建介紹  177

4.1.2OpenShift鏡像流介紹  179

4.1.3OpenShift應用部署介紹  180

4.2OpenShift應用構建  180

4.2.1BuildConfig資源對像  181

4.2.2Docker構建  199

4.2.3源代碼構建  205

4.2.4jenkinsPipeline構建  212

4.3OpenShift應用部署  216

4.3.1DeploymentConfig資源對像  216

4.3.2Rolling與Recreate部署  220

4.4OpenShift資源模板  224

4.4.1OpenShift資源模板介紹  225

4.4.2OpenShift資源模板制作與應用實踐  228

4.5本章小結  232

第5章OpenShift雲原生DevOps構建  233

5.1DevOps發展簡介  233

5.1.1DevOps發展背景介紹  233

5.1.2DevOps流水線介紹  237

5.2Jenkins持續集成  239

5.2.1OpenShift雲原生部署Jenkins  240

5.2.2Jenkins OpenShift插件應用介紹  242

5.3GitLab代碼倉庫  246

5.3.1OpenShift雲原生部署GitLab  247

5.3.2Jenkins與GitLab在OpenShift上的集成  250

5.4SonarQube代碼掃描  255

5.4.1OpenShift雲原生部署SonarQube  256

5.4.2Jenkins與SonarQube在OpenShift上的集成  261

5.5Nexus制品庫  268

5.5.1OpenShift雲原生部署Nexus  268

5.5.2Jenkins與Nexus在OpenShift上的集成  270

5.6構建JeeSite應用DevOps流水線實戰  273

5.7本章小結  284

第6章Service Mesh及其在OpenShift上的實踐  285

6.1傳統微服務架構  285

6.1.1微服務與SOA  286

6.1.2Spring Cloud框架  287

6.1.3Dubbo框架   289

6.1.4微服務現狀分析  290

6.2雲原生微服務架構  292

6.2.1Service Mesh  292

6.2.2Linkerd  294

6.2.3Enovy  296

6.2.4Istio  299

6.2.5Docker、Kubernetes與Istio  302

6.3Istio在OpenShift上的實現  304

6.3.1OpenShift集群快速部署與實現  304

6.3.2OpenShift上部署Istio集群  305

6.3.3OpenShift上部署Istio微服務  310

6.4基於OpenShift的Istio功能驗證與測試  314

6.4.1微服務監控與跟蹤  314

6.4.2微服務流量控制  320

6.4.3微服務故障注入  328

6.4.4微服務請求熔斷  332

6.4.5微服務Egress路由  338

6.4.6微服務可視化  340

6.5本章小結  345

第7章Serverless及其在OpenShift上的實踐  346

7.1軟件架構演變歷史  346

7.1.1單體架構  346

7.1.2SOA架構  347

7.1.3微服務架構  348

7.1.4Serverless架構  349

7.2深入認識Serverless架構  350

7.2.1Serverless與雲原生  350

7.2.2Serverless與微服務  352

7.2.3Serverless與PaaS  353

7.2.4Serverless與FaaS  354

7.3Serverless發展現狀  355

7.3.1AWS Lambda  355

7.3.2OpenWhisk  357

7.3.3OpenFaaS  361

7.3.4Kubeless  362

7.3.5Serverless現狀分析  363

7.4Serverless統一平臺Knative  364

7.4.1構建繫統Build  366

7.4.2服務繫統Serving  368

7.4.3事件繫統Eventing  373

7.5基於OpenShift的Knative實現  378

7.5.1部署OpenShift  378

7.5.2部署Istio  380

7.5.3部署Knative Serving  380

7.5.4部署Serverless應用  382

7.6Knative應用驗證與測試  384

7.6.1事件驅動  384

7.6.2自動伸縮  386

7.7本章小結  395

第8章Spark數據科學及其在OpenShift上的實踐  396

8.1Spark計算框架介紹  396

8.1.1Spark組件  397

8.1.2Spark的優勢和特性  398

8.2Spark與數據科學  399

8.3Spark on K8S介紹  401

8.4Spark數據科學在OpenShift上的實現  406

8.4.1數據科學項目Radanalyticsio介紹  406

8.4.2Spark集群在OpenShift上的生命周期管理  408

8.4.3Spark應用在OpenShift上的自動部署實現  417

8.5Spark數據科學之雲原生自然語言處理  424

8.5.1自然語言處理與Word2vec  424

8.5.2自然語言處理開源項目Ophicleide  425

8.5.3自然語言處理雲原生部署實現  425

8.5.4自然語言處理應用驗證與測試  433

8.6Spark數據科學之雲原生推薦引擎  436

8.6.1推薦引擎介紹  436

8.6.2推薦引擎開源項目Jiminy  437

8.6.3推薦引擎雲原生部署與實現  438

8.6.4推薦引擎應用驗證與測試  443

8.7本章小結  445

Preface  前言

為什麼要寫這本書

“未來已來，隻是尚未流行。”

——威廉·吉布森

查爾斯·狄更斯的《雙城記》中有句耳熟能詳的名言：“這是一個好的時代，也是一個壞的時代。”作為技術從業者，在這個數字化浪潮和技術變革接連發生的時代，我對這句話感慨頗深！當前，全社會都在經歷新型數字經濟基礎設施的解耦、重構，也正在經歷一場技術架構的大遷徙，我們的經濟基礎設施正在由傳統IT架構向雲計算架構體繫遷移，以雲計算為核心的數字化轉型正在席卷全球，各行各業都在邁向數字化和智能化經濟時代。伴隨著我國極高的消費端數字化普及程度，復雜多變、個性需求高、體驗至上和以用戶為中心的商業模式，正在倒逼供給側和產業端向數字化和智能化轉型，而數字化時代需要面臨的消費者主權崛起及其帶來的復雜商業繫統，則要求我們必須基於雲計算架構、基於新興技術群，對傳統商業繫統基礎設施進行敏捷化和智能化的重構升級，以實現企業在應對復雜商業繫統的多變性和不確定性時，具有實時響應和精準決策的能力。事實上，縱觀人類社會的發展史，每一次產業革命的到來，無不以基礎設施的更新、迭代和重構為代價。為此，我們的IT基礎設施經歷了物理機、虛擬化、雲計算、容器，直至無服務器計算的發展，而與之對應的應用架構也經歷了單體、多層、SOA、微服務到函數計算的發展。

面對商業繫統的日趨復雜和技術變革的持續演進，當前階段，我們應該聚焦的不是敷衍、無視技術的進步和傳統基礎設施的臃腫落後，不是猶豫、徘徊是否擁抱雲計算，也不是在自我封閉中量化、評估數字化轉型的風險和收益，而是應該思考如何利用新技術快速構築企業新型競爭力，如何以快捷、穩健和敏捷的方式走向雲原生時代，更應該思考如何以雲計算為核心，以新興技術群為能力，解耦並重構傳統基礎設施，進而邁向智能化和數字化時代。為了實現這些目標，企業需要聚合雲計算、大數據、人工智能、區塊鏈、IoT、邊緣計算和5G通信等新興前沿技術，打造企業數字化轉型賦能平臺、技術中臺和創新引擎。為此，企業級雲原生PaaS平臺應運而生。作為雲計算三大模式之一的PaaS，在企業數字化轉型加劇和雲計算發展進入深水區的今天，憑借其在應對數字化時代傳統復雜應用上雲、個性需求與日俱增、市場需求敏捷響應、中臺戰略加速落地和新興技術持續集成等方面的能力，正以強勁增長的態勢趕超以通用計算能力為主的IaaS和具有特定行業屬性的SaaS，並真正成為雲計算的未來！因此，以雲原生PaaS平臺為引擎，構建企業技術中臺，已成為企業數字化轉型的必由之路！

作為以Kubernetes為核心的平臺，OpenShift已成為當下受歡迎的企業級雲原生PaaS平臺。在企業數字化轉型時代，OpenShift的價值和意義，並不在於其作為雲計算PaaS服務模式的存在，而在於其拓展並延伸了PaaS的內涵，帶來了全棧融合雲時代，實現了應用生命周期的全棧自動化，打通了傳統企業通往雲原生、DevOps、微服務和Serverless等新世界的隧道，而且打通的是一條極為寬敞光明的大道，而在過往，這些都是橫亙在企業通往數字化道路上的“珠峰”。通過開源容器雲OpenShift，企業可快速構建自己專屬的雲原生PaaS平臺，同時，利用OpenShift強大的雲原生技術集成創新能力，企業能簡單快速地打造具備全棧自動、彈性靈活、敏捷迭代、全域賦能的強大技術中臺，進而重塑企業全新的數字經濟基礎設施，終助推企業邁向數字化時代。

鋻於OpenShift在企業數字化轉型道路上所展現出來的價值和意義，考慮到當前市面上仍然缺乏一本從終端企業用戶的實踐經驗出發，並通過實戰方式介紹基於OpenShift構建雲原生企業技術中臺的實踐書籍，我們決定編寫此書，希望能夠幫助企業用戶深入理解並掌握OpenShift容器雲平臺的設計和架構原理。通過雲原生架構的講解、應用自動構建部署的介紹，以及DevOps、Service Mesh、Serverless和Spark數據科學在OpenShift雲原生PaaS平臺上的集成和應用實踐，希望能夠幫助企業用戶快速構建全域賦能數字化轉型的技術中臺。同時，也希望本書能夠為開源社區的技術普及和推廣貢獻微薄之力，為廣大技術愛好者提供實踐參考，為廣大處於數字化轉型中的企業用戶提供實踐思路和前行者的經驗。

未來已來，隻是尚未流行！希望本書能與大家攜手前行，共迎未來！

讀者對像

負責企業數字化轉型的CTO/CIO/CDO，或者信息技術總監等

開源社區、開源雲計算的貢獻者和愛好者

雲原生技術愛好者、架構師

PaaS平臺從業者、雲計算愛好者

OpenShift實施部署工程師、運維工程師

DevOps或CI/CD實踐者

雲原生應用開發工程師、雲原生應用運維工程師

微服務、Serverless技術愛好者

雲原生數據科學愛好者、大數據工程師

對雲計算進行研究實踐的科研院校學生或教師

本書特色

本書是一本專注於OpenShift企業用戶經驗總結的著作，以實現企業數字化轉型為終目標，深度講解並實踐基於OpenShift的雲原生架構，以雲原生應用的構建部署、DevOps、Service Mesh、Serverless和Spark數據科學為核心內容，基於OpenShift構建企業數字化轉型雲原生技術中臺。通過閱讀本書，讀者就能以雲原生方式，簡單輕松地集成當前主流的開源技術。

如何閱讀本書

本書是企業數字化轉型時代基於OpenShift構建企業雲原生技術中臺的匠心之作。作者基於多年在企業用戶中從事雲計算和數字化轉型的實戰經驗，從開源雲原生PaaS平臺OpenShift的架構設計和原理講起，深入介紹了OpenShift平臺的部署及運維實踐，並以實戰方式介紹雲原生應用的構建編排和生命周期管理，同時介紹了DevOps、Service Mesh、Serverless和Spark數據科學在OpenShift平臺上的雲原生實現，並以此為基礎構建了企業數字化轉型所必需的技術中臺。

閱讀本書之前，讀者應具備一定的雲計算知識，並對企業數字化轉型的迫切需求和動機具有初步了解，對開源雲計算及其相關運維工具，如Linux、OpenStack、Ansible等具有一定的了解，對DevOps、微服務、Serverless和Spark等技術具備概念性的了解。

全書分為8章，各章具體內容如下。

第1章主要介紹了雲原生PaaS平臺在企業數字化轉型中的關鍵作用，不僅講解了PaaS與雲計算、微服務、DevOps、Serverless和雲原生之間的關繫，PaaS平臺如何賦能企業數字化轉型，還對企業級雲原生PaaS平臺OpenShift進行了初步介紹。

第2章深入講解了OpenShift雲原生PaaS平臺的架構設計與原理。本章從OpenShift的總體架構講起，詳細闡述了OpenShift內部的網絡架構、路由器、DNS、存儲卷、權限控制和服務目錄等功能組件的實現原理。

第3章繫統講述了OpenShift集群的部署與運維實踐，主要介紹了OpenShift集群部署前的準備工作和資源需求，同時介紹了如何針對開發測試環境和生產環境實現OpenShift集群的高可用部署，以及如何對OpenShift集群進行運維管理。

第4章重點講解了基於OpenShift平臺的雲原生應用的自動構建與部署，包括對基於OpenShift的雲原生應用自動構建與部署的流程、方法，以及OpenShift應用部署資源模板和應用實踐。

第5章介紹了如何在OpenShift上實現雲原生DevOps工具鏈，從DevOps發展背景和歷程講起，詳細介紹了持續集成工具Jenkins在OpenShift上的雲原生實現， DevOps工具鏈GitLab、SonarQube和Nexus在OpenShift上的雲原生實現及其與Jenkins的集成，並通過實戰方式介紹了如何實現JeeSite應用的DevOps流水線。

第6章主要介紹了微服務架構在OpenShift上的實踐，在介紹傳統微服務架構和雲原生微服務架構基礎之上，以新一代微服務架構Service Mesh為主旨，剖析了Istio在OpenShift上的實現，以及基於Istio的微服務應用在OpenShift上的實踐，並對Istio的功能特性進行了驗證測試。

第7章重點講解了Serverless架構在OpenShift上的實踐，在詳細介紹了軟件架構演變歷程的基礎之上，深入分析了Service Mesh與雲原生、微服務、PaaS和FaaS之間的關繫，同時對Serverless的現狀進行了概述，對Knative功能模塊進行了深入分析，對Knative在OpenShift上的實現進行了講解，同時在OpenShift上實現了基於Knative的Serverless應用，並對Knative的功能特性進行了驗證測試。

第8章重點介紹了以Spark為核心的數據科學應用及其在OpenShift上的雲原生實踐。詳細介紹了Spark計算框架及其與數據科學的關繫，同時對Spark在Kubernetes上的實現進行了詳細介紹。通過Radanalyticsio項目，詳細介紹了Spark集群在OpenShift上的實現過程，並基於雲原生Spark集群，詳細介紹了自然語言和推薦引擎應用案例在OpenShift上的實現過程。

勘誤和支持

在本書的寫作過程中，我們參考了很多OpenShift、Kubernetes和CNCF等官方社區的資料以及歷屆各種開源技術峰會的討論文檔與視頻，同時也參考了很多開源軟件的官方資料和技術專家的經驗分享，我們誠懇希望能夠為OpenShift愛好者、雲原生架構愛好者，以及數字化轉型從業者呈現一本理論基礎與應用實踐相結合的參考書籍。但是由於技術變化很快，加之筆者水平有限，書中難免存在不恰當和謬誤觀點，若讀者發現書中有任何不妥之處，懇請讀者朋友批評指正。另外，鋻於OpenShift版本的迭代更新，本書主要以當前為穩定的OpenShift 3.11為主，並有部分OpenShift 4.2的功能介紹。讀者如果在閱讀過程中有任何問題和意見，懇請將其發送至郵箱yfc@hzbook.com，我們會認真聽取大家的寶貴意見。我們將實時跟進社區技術的發展變化，讀者可通過關注微信公眾號“OpenShift開源社區”獲取的技術文章或者進行意見反饋。

致謝

本書的編寫歷時一年有餘，在工作和生活極為繁忙的階段，我仍然堅持每日查閱資料和整理文章，其間得到了招商銀行很多同事和領導的關心，同時也得到了很多前IBM同事和領導的支持，在此一並謝過，正是你們的關心和支持，纔使得我在繁忙的工作之餘仍然懷著一顆敬畏之心進行寫作。在本書的策劃和寫作期間，機械工業出版社華章分社的楊福川先生給予了極大的關心和幫助，在此感謝楊福川先生對本書的策劃以及羅詞亮、張錫鵬對全文的審閱校對，正是你們的辛勤付出纔有了本書的順利問世。

另外，還要感謝我的妻子楊彩鳳女士在寫作期間對我的照顧與理解，在多少個深夜與凌晨，正是你的理解與支持，我纔能全身心投入寫作中。在此也要感謝我的父母，感謝你們的默默養育和辛勤付出。

後，感謝所有為本書的編寫提供了幫助、支持與鼓勵的朋友們。

山金孝

2020年2月於重慶

OpenShift是當前PaaS容器平臺和雲原生領域炙手可熱的技術，也是IBM收購紅帽後重點打造的產品和方向。金孝是資深雲計算專家和架構師，一直活躍在技術前沿，用自己的行業經驗和技術熱情在做新技術的布道。本書是他的傾力之作，值得閱讀。

——徐偉喬 IBM區域服務總經理

本書詳細介紹了OpenShift的落地實踐，不僅包括OpenShift自身的架構、部署、運維等內容，還包括基於OpenShift的DevOps、Service Mesh、Serverless、容器化Spark等雲原生前沿技術的實踐細節。

——王璞 數人雲創始人

雲計算發展至今，PaaS平臺已衍生出更廣和更深層次的內涵，是接下來十年雲計算發展的重要方向，也是企業平臺化的技術底座。作為雲原生 PaaS 的傑出代表，相比原生的 Kubernetes項目，OpenShift具有更強大的集成創新能力和企業級功能特性，是雲計算發展至深水區後全棧融合雲的集大成者。本書既有理論高度又有翔實的實踐，是不可多得的匠心之作！

——孫傑 北京中油瑞飛信息技術有限公司技術總監  

 OpenShift目前是紅帽公司增長*快的業務，正在彙集成大河，一路奔向大海，勢不可擋。這本書既有對技術潮流的把握，也有對技術細節的總結，是學習OpenShift的書籍。

——肖力 雲技術社區創始人/新鈦雲服技術VP

本書分析了雲計算技術帶來的技術進化，鞭闢入裡地解釋了IT基礎設施的更新、迭代和演進過程，描述了IT 基礎設施從物理機、虛擬化、容器、雲計算直至Serverless的發展歷程，以及相應的企業應用架構從單體、分層、SOA到微服務，再到未來函數計算的演變。

——樓煒 資深雲計算專家/架構師