Kubernetes Patterns 101: 边车模式详解，解锁容器设计的新视角
Table of Contents
Overview#
顾名思义，边车用大白话来讲就是加装在摩托车旁边，用来达到拓展现有功能的能力，可以让其坐上更多的人或物。边车很像软件工程里的代理模式，对服务进行包装，使其不改变原来的功能，拓展原来的服务。
现在微服务盛行，技术栈五花八门，其中最让人头疼的就是服务治理了，而 Sidecar 模式的出现，正好为服务治理提供了一种解决方案。
本篇文章的重点并不是服务治理，微服务的服务治理太难了，仅仅通过一两篇文章是讲不完了，后续我会专门开个系列来慢慢展开。
今天主要是带大家来开车的，一辆带边的三轮摩托车。。。
Architecture#
在讲 Sidecar 模式之前，不妨先来回顾一下系统架构的演进历程，从一步步的演进历程来看，或许我们对 Sidecar 模式的理解会更加的深刻。
下面主要以 日志收集 和 服务健康检查 这两个附加能力，来举例说明在不同时期 Sidecar 模式的实现方式。
1. VM#
我们早期是从物理服务器，通过虚拟化技术演进为虚拟机的，下面这个图片可以说是
远古时代的架构。
在远古时代的架构里，所有的服务都是以进程的方式逐一部署在 VM 里的，另外两个 Logs Progess 和 Health Check Progress 就相当于 Sidecar 的能力。
大家可以想象一下，异构系统架构在当时的条件下，运维工程师面对众多不同技术栈的 VM B、VM C、 VM D 以及没有尽头的 VM XXX...，他们需要做大量重复的工作，可以想象这种部署方式对于运维工程师来说是多么的奔溃。
2. Docker#
通过容器化技术演进为目前的
container，从而进入容器时代。
我们从上面的架构图可以看出，虽然以容器的部署方式解放了运维工程师的工作量，但是这种容器设计模式其实是不被允许的，它将所有 Sidecar 的能力和主应用程序打包在了一起，变成了一个富容器。容器应该是解决某个问题的功能单元，让容器保持单一用途才是正确的方式。
其实在这个容器时代，我们经历了 2 个阶段：
第一阶段#
所有服务治理相关的功能，比如 限流熔断、流量控制、服务限流 等等，都是和应用程序紧耦合在一起的，也就是说，我们的业务逻辑混合了各式各样非业务功能的代码，当时造成了开发人员很大的心智负担。
特别是在当业务逻辑功能没问题，因为加这些非功能性代码出了 bug，我们排查 bug 的过程往往是奔溃的。
令人更加奔溃的是，我们还是公司还是采用了不同的技术栈，Golang、TypeScript 和 Java 都有涉及。
第二阶段#
我们吸取了 第一阶段 的教训，做了 2 件大事。
- 一个是为了简化开发将这些非业务功能性代码做了剥离，将提供的能力代码拆分为独立的类库，有部分采用了开源的成熟框架，使其和业务代码做集成。
- 另外一件事是重构，将
部分服务统一往Golang上迁移。
问题#
系统在线上跑了几个月，顺利运行，好像一切很美好的样子对吧？但是，我们仔细想想其中还是存在很多问题的：
- 代码是侵入式的
- 不同类库和不同的开源框架，需要考虑团队的学习成本
- 技术栈难统一，新项目还好，可以直接统一用一种语言来实现。运行已久，且比较核心的项目其实很难去动它，代价非常高，大家都懂的(没人敢动)
- 迭代升级困难，比如有一个类库出了问题，涉及到的每个服务镜像全部都需要重新去做构建，这个工作量还是需要去衡量的
3. Kubernetes#
容器编排大战后，由
Kubernetes胜出，衍生出Pod的概念
我们从上面的架构图可以看出，Kubernetes 的 Pod 在容器的基础上，做了更高一层的抽象。一个 Pod 內可以有多个容器存在，它们共享了同一个 Network Namespace，并且可以声明共享同一个 Volume
左边是主应用程序所在的容器，右边两个是 服务治理 相关的辅助容器，也就是我们本篇文章的主题，可以称之为 Sidecar 容器。
我们可以在一个 Pod 中，启动一个或多个辅助容器，来完成一些独立于主容器之外的工作。这种模式的好处是显而易见的，每个容器都有它自己单一的用途，真正做到了职责分离，可以说是基本上解决了上述 容器时代架构 遗留下的大部分问题。
像上面提到的富容器打包模式，这种一个容器下跑多个功能不相干的进程时，在 Kubernetes 的世界里，我们自然而然地想到它们是不是应该被描述成一个 Pod 里的多个容器才是最合理的。
现代应用在 Kubernetes 里面的形态就是 Pod = App Container + Sidecar Container
Sidecar Pattern#
看完上面系统架构的演进历程，我相信大家心里面对 Sidecar Pattern 都有了自己的认识了吧，这种设计模式其实出现的很早，只是每个阶段对它实现的方式都不一样而已。
但是本质都是一样的，主应用和附加能力的应用它们拥有共同的生命周期，要么在同一个VM里，要么在同一个容器內，或者是在同一个Pod內。
Sidecar Pattern 可以说是现代云计算非常重要的设计模式，它通过职责分离与容器的隔离特性，能够降低容器的复杂度，同时能扩展并增强已有容器的功能。
Kubernetes的Init Container Pattern虽然也是关注点分离，但是它主要是做一些依赖准备性的工作，在应用容器启动前会成功退出。有需要的话可以点击文中链接回顾下Init Container这种容器设计模式。
优势#
- 不仅对原来的应用代码零侵入，而且不限制原来应用的语言，特别适合异构微服务的场景
- 开发只需专注业务代码实现，开发成本更低
- 减少业务开发人员的心智负担，使其沉浸在业务中，只需关注业务能力的实现
- 特别是对
老系统，Sidecar Pattern的价值更大
Use cases#
我们用 Pod 內的容器会共享 Volume 这个特性来举个例子，这个其实和 一文告诉你什么是 Kubernetes 容器设计模式之初始化容器 文中的Scenario 03 提的例子非常像，我稍微对其做了一下调整，下面是这个例子的一个架构图。
我们再来看下这个 Pod 的 YAML 结构，如下所示：
cat <<EOF | kubectl create -f -
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: nginx-example
spec:
containers:
- name: application-container
image: nginx:1.15.2
imagePullPolicy: Always
ports:
- containerPort: 80
volumeMounts:
- name: shared-files
mountPath: /usr/share/nginx/html
- name: sidecar-container
image: lqshow/busybox-curl:1.28
# 你可以想象成你的前端应用的静态文件全部打包在 /project/dist 目录下
command: ['/bin/sh', '-c', "echo 'Hello, World!' > /project/dist/index.html && sleep 3600"]
volumeMounts:
- name: shared-files
mountPath: /project/dist
workingDir: /project/dist
volumes:
# 通过同一个卷来共享数据，用来共享 Sidecar 静态文件
- name: shared-files
emptyDir: {}
EOF
将脚本放在 Kubernetes 集群內执行，并通过 port-forward 来验证结果。
➜ kubectl port-forward pod/nginx-example 3000:80
Forwarding from 127.0.0.1:3000 -> 80
Forwarding from [::1]:3000 -> 80
再验证访问结果，是否有达到我们的预期
➜ curl localhost:3000
Hello, World!
从这个例子我们可以看出，它对容器的 可重用性 利用的非常好，构建 Web 服务 就该这样子。应用开发者根本没必要将 Nginx 打包装进自己的容器里。有句老话说的好，让专业的人做专业的事，其实做通用性容器也是这个道理。
Service Mesh#
Sidecar Pattern 的使用越来越普遍，尤其是在 Service Mesh 领域， 它可以说是将 Sidecar Pattern 玩出了极致，且非常符合云原生的理念。
接上之前提的，系统架构的演进历程，Service Mesh 可以说是后微服务时代了。且随着系统复杂性的增强，可以说 Service Mesh 重新定义了微服务治理。
本篇文章不对
Service Mesh做阐述具体详见： Pattern: Service Mesh
Wrapping Up#
读到这里了，相信大家已经非常清楚 Sidecar Pattern 都能解决什么问题了吧，我来做个小结吧。
Sidecar Pattern 真正做到了让 控制与逻辑 的分离，沿用上面例子的话，它让专业的人去做专业的事成为可能，而且使开发一个高内聚、低耦合的软件变的更加容易。
后微服务时代，可以说是颠覆了传统的开发和运维模式，不仅对开发工程师要求高了，对运维工程师也是一个不小的挑战。
