12、跨平台开发与配置管理：测试、多租户模式及权衡分析

跨平台开发与配置管理：测试、多租户模式及权衡分析

1. TDD在XR开发中的应用

TDD（测试驱动开发）是一种软件开发实践，开发者先根据需求编写测试用例，再编写能通过这些测试用例的代码。这是一个迭代的开发模型，从失败的测试用例开始，逐步改进代码以通过测试。TDD有诸多好处，如代码简洁、测试覆盖率高。以下是在XR/Claim中应用TDD的步骤：
1. 定义API范围和边界 ：使用权衡分析来确定API的范围和边界。
2. 创建API规范 ：根据XRD配置和前面定义的范围与边界，创建XR/Claim API规范，这是API消费者的需求。
3. 定义资源的最终MR状态 ：明确组合中每个资源的最终MR状态，这仅涉及API实现要求，组织策略和合规要求也会成为实现要求的一部分。
4. 开发KUTTL测试用例 ：为步骤2和3中定义的所有要求开发KUTTL测试用例，并运行这些用例，此时所有实例应失败。
5. 开发组合并重新运行测试用例 ：开发组合并重新运行测试用例，不断迭代，直到所有测试用例都成功。
6. 优化API范围和边界要求 ：优化API范围和边界要求，继续循环。

可以将KUTTL与其他Kubernetes生态系统工具（如Skaffold）结合使用，使TDD更轻松。

graph LR
    A[定义API范围和边界] --> B[创建API规范]
    B --> C[定义资源的最终MR状态]
    C --> D[开发KUTTL测试用例]
    D --> E[运行测试用例（失败）]
    E --> F[开发组合]
    F --> G[重新运行测试用例]
    G --> H{测试用例是否成功}
    H -- 否 --> F
    H -- 是 --> I[优化API范围和边界要求]
    I --> A

2. 多租户控制平面模式

通常，多个产品团队需要访问控制平面平台，以利用平台工程师构建的组合配方。Crossplane支持以下两种多租户控制平面模式：
- 单集群多租户 ：所有产品团队使用单个Crossplane控制平面，该控制平面在同一集群中配置以实现多租户。具体设置如下：
- 产品团队通过Kubernetes的命名空间进行隔离，每个产品团队应分配一个命名空间。
- Claims是命名空间范围的，而XR是集群范围的，且XR仅供平台团队使用。
- 可以根据团队成员角色和API组，对给定命名空间中的Claim API应用精确的RBAC。组织可以使用默认的Kubernetes RBAC API或通用策略引擎（如OPA（Gatekeeper））来实现RBAC。
- 每个团队应拥有不同的外部提供商凭证，以便跟踪使用情况、成本、监控、审计等。可以使用以命名空间命名的ProviderConfig轻松实现这一点，并在组合中从Claims命名空间引用中修补ProviderConfigRef。

以下是示例代码：

# ProviderConfig for each team 
# Match the ProviderConfig name to the namespace
# Example ProviderConfig for team-alpha
apiVersion: aws.crossplane.io/v1beta1
kind: ProviderConfig
metadata:
  name: team-alpha
spec:
  credentials:
    source: Secret
    secretRef:
      namespace: crossplane-system
      name: team-alpha-creds
      key: creds

在组合的每个资源下，动态地将Claims命名空间修补到ProviderConfigRef：

# Patch claims namespace to the ProviderConfigRef of the MR
patches:
  - fromFieldPath: spec.claimRef.namespace
    toFieldPath: spec.providerConfigRef.name

• 多集群多租户 ：一些组织可能有多个独立的业务单元，它们有不同的基础设施要求，如监控、成本管理和合规性。Crossplane支持以下两种基本模式来满足这种环境：
  • 配置 ：利用前面讨论的XR/Claim打包机制，可靠地开发和分发XR/Claim。
  • 嵌套Crossplane ：一个中央Crossplane控制平面可以管理每个业务单元的其他Kubernetes集群。可以使用中央Crossplane集群中的Helm提供程序在其他集群中设置Crossplane。

也可以在单个集群中尝试为每个租户/团队设置多个Crossplane，可使用vcluster等工具，这是一种高级模式。

3. 统一自动化范围

统一应用和基础设施自动化意味着使用相同的工具、流程和模式来配置定制开发的定制应用和现成的COTS组件。定制应用通常是无状态的容器化工作负载，运行在Kubernetes的Pod上；COTS组件通常是有状态的基础设施组件，如数据库、缓存系统等。在云原生时代，大多数COTS组件是黑盒的、完全托管的SaaS或PaaS，供应商提供CRUD API和精确的配置选项。

统一自动化的优势包括：
- 减少产品团队的认知负担，提高交付速度。
- 减少管理COTS组件所需的专业团队，进一步加速交付。
- 简化策略配置数据的验证，可在一个地方和格式中验证架构适应性、安全和合规标准。
- 所有COTS供应商可以提供符合KRM的API，作为通用的应用依赖和集成标准。

4. 配置复杂度时钟、要求和模式

4.1 配置复杂度时钟

从Kubernetes配置管理的角度来看，配置复杂度会随着时间增加。最初，Kubernetes工件（如Deployment、Service和Ingress）可以作为单独的配置工件进行管理，但随着应用配置分散在多个资源中，发布和回滚变得困难。此时会考虑使用Helm等模板化配置管理工具，通过参数化变量实现配置抽象。随着组织部署更多类似工作负载，会进一步参数化变量以支持多个应用。但当需要定制时，模板化抽象难以复用，会产生大量难以同步的分支，并且会引入新的参数，导致抽象泄漏。

随着配置时钟的推进，需要加强配置的安全性，但Helm的后渲染功能在处理大量定制分支和意外渲染输出时，对基础设施运营商来说管理困难。一些开发者可能会选择使用DSL（如Terraform），但DSL也存在参数化问题、学习曲线复杂和工具支持有限等问题。

4.2 配置管理要求

为避免陷入配置复杂度时钟带来的问题，在选择配置管理工具和模式时，应遵循以下指导原则：
- 保持配置数据可读性 ：使配置数据对人和机器都易于在配置管道中进行修改，避免将配置作为代码维护，因为代码难以操作，其渲染输出可能对机器不友好。
- 分离配置数据和代码 ：配置扫描（如审计、合规和安全）在将配置作为数据处理时效果更好，尽可能在整个管道中保持配置为数据，并分离操作配置的代码。
- 关注分离 ：并非所有自动化所需的配置选项都适合由一个人定义，应管理好配置，以便不同人员能够轻松协作。
- 构建专用抽象 ：构建专用抽象以支持配置的定制和复用，例如Pod是Deployment、ReplicationController等的基础配置抽象。
- 版本控制配置 ：对源配置和最终修改后的配置进行版本控制，避免在应用到集群后修改配置，尽量避免使用变异准入控制器。
- 使用组合绑定应用和资源 ：使用组合将应用及其依赖资源绑定到单个API，同时通过嵌套子API保持关注点分离，便于应用包的发现、生命周期管理和依赖管理。

4.3 配置复用模式及权衡

常见的配置复用模式及其优缺点如下：
| 模式 | 优点 | 缺点 |
| ---- | ---- | ---- |
| 分叉（Fork） | 易于定制，短期内提供高度的灵活性和维护舒适性 | 随着时间推移，分支会出现很大差异，难以同步；独立团队管理不同分支时，可能会忽视复用优势 |
| 模板参数化 | 小规模时效果好，Helm等工具具有应用发现和发布管理等其他功能 | 扩展时会出现抽象泄漏和团队协作问题，定制复杂，会促使使用分叉模式 |

跨平台开发与配置管理：测试、多租户模式及权衡分析

5. 开放应用模型

开放应用模型（Open Application Model）为应用的描述和部署提供了一种标准化的方式。它有助于统一应用和基础设施自动化，使得不同的组件和工具能够更好地协同工作。通过定义应用的结构、依赖关系和部署要求，开放应用模型可以提高应用的可移植性和可管理性。

6. 专用和可扩展抽象

在配置管理中，专用和可扩展抽象是非常重要的概念。通过构建专用的抽象层，可以将复杂的底层细节隐藏起来，为用户提供更简单、更易于理解的接口。例如，在Crossplane中，可以创建自定义资源定义（CRD）来表示特定的资源或服务，用户只需要关注这些抽象层的配置，而不需要了解底层的实现细节。

同时，这些抽象应该是可扩展的，以便能够适应不断变化的需求。例如，当新的功能或资源需要添加时，可以通过扩展现有的抽象层来实现，而不需要重新设计整个系统。

7. 变更频率的影响

变更频率对配置管理有着重要的影响。如果配置的变更频率较高，那么需要更加灵活和自动化的配置管理工具和流程。例如，使用持续集成/持续部署（CI/CD）工具来自动化配置的部署和更新，以确保配置的一致性和正确性。

相反，如果配置的变更频率较低，那么可以采用更传统的配置管理方法。但即使变更频率低，也需要确保配置的版本控制和备份，以便在出现问题时能够快速恢复。

8. 总结与建议

通过对上述内容的分析，我们可以得出以下总结和建议：
- TDD应用 ：在XR开发中，TDD是一种有效的开发实践，可以提高代码质量和测试覆盖率。按照定义API范围、创建规范、开发测试用例等步骤进行迭代开发，并结合Kubernetes生态系统工具，能够使开发过程更加高效。
- 多租户模式选择 ：根据组织的需求和基础设施情况，选择合适的多租户控制平面模式。单集群多租户模式适用于资源共享和隔离需求相对简单的场景；多集群多租户模式则更适合多个独立业务单元有不同基础设施要求的情况。
- 配置管理策略 ：在配置管理中，要遵循保持配置数据可读性、分离配置数据和代码、关注分离等指导原则，避免陷入配置复杂度时钟带来的问题。同时，根据不同的配置复用模式的优缺点，选择合适的模式进行配置管理。

graph LR
    A[TDD开发] --> B[多租户模式选择]
    B --> C[配置管理策略]
    C --> D[统一自动化实现]

总之，在跨平台开发和配置管理中，需要综合考虑各种因素，选择合适的工具和模式，以实现高效、可靠的应用和基础设施自动化。通过遵循最佳实践和指导原则，可以提高开发效率、降低成本，并确保系统的安全性和合规性。