Kubernetes：本書的參照平台#

Kubernetes 是一套容器編排（container orchestration）平台，源頭可以追溯到 Google 資料中心內部的容器編排系統 Borg。Google 用 Borg 跑自家應用多年，2014 年決定把這些經驗轉化成一個新的開源專案，命名為 Kubernetes（希臘文的「舵手」或「領航員」）；2015 年，它成為新成立的雲原生運算基金會（Cloud Native Computing Foundation，CNCF）接收的第一個捐贈專案。

從一開始，Kubernetes 就聚集了龐大的使用者社群，貢獻者數量以驚人的速度成長，如今是 GitHub 上最活躍的專案之一。它不只是目前最常被使用、功能最豐富的容器編排平台，也成為其他平台的地基——其中最具代表性的 PaaS 系統是 Red Hat OpenShift，它在 Kubernetes 之上提供了額外能力，包括在平台內建置應用程式的機制。這些都是本書選擇 Kubernetes 作為雲原生模式參照平台的理由。

本書假設讀者已具備 Kubernetes 的基本知識。第 1 章會重述核心概念，為後續的模式打好基礎。

什麼是設計模式#

設計模式（design pattern）的概念可追溯到 1970 年代的建築領域。建築師與系統理論家亞歷山大（Christopher Alexander）與其團隊在 1977 年出版了開創性的《A Pattern Language》（Oxford University Press），描述了建造城鎮、建築與各類營造工程的架構模式。這個想法稍後被新興的軟體業採納，其中最著名的是 Gamma、Helm、Johnson 與 Vlissides——四人幫（Gang of Four）——所著的《Design Patterns—Elements of Reusable Object-Oriented Software》（Addison-Wesley）。我們今天談單例（Singleton）、工廠（Factory）、委派（Delegation），都源自這部奠基之作。此後各領域陸續出現了不同粒度的模式書，例如 Hohpe 與 Woolf 的《Enterprise Integration Patterns》、Fowler（Martin Fowler）的《Patterns of Enterprise Application Architecture》。

簡言之，模式描述的是某個問題的可重複解法。它與食譜（recipe）不同：食譜給你逐步的操作指令，模式則提供一份藍圖，用來解決一整類相似的問題。以亞歷山大的「啤酒廳」（Beer Hall）模式為例，它描述公共飲酒場所應如何建造，使其成為「陌生人與朋友共飲之處」，而非「孤獨者的錨點」。依循這個模式蓋出來的廳堂外觀各不相同，卻共享相同特徵：可容納四到八人的開放式壁龕、以及一個能讓上百人帶著飲料、音樂與活動聚集的空間。

但模式的價值不只在於提供解法，更在於形成一種語言。獨特的模式名稱構成一套密度極高、以名詞為中心的語言。當這套語言被建立起來，名稱本身就會在人們談論時自動喚起相似的心智圖像。就像說到「桌子」，任何懂中文的人都會假設那是有四隻腳與一個檯面、可以放東西的木製物件；軟體工程裡談到「工廠」，在物件導向的脈絡下我們立刻聯想到「生產其他物件的物件」。因為模式背後的解法已經是共識，我們才能把心力挪去處理尚未解決的問題。

亞歷山大團隊對模式的原始定義是：「每個模式描述一個在我們環境中反覆出現的問題，接著描述該問題解法的核心，其方式使你能將這個解法運用上百萬次，卻不必重複做出一模一樣的東西。」（《A Pattern Language》, 1977, p. x）這個定義同樣適用於本書的模式，只是本書解法的變異程度大概沒那麼高。

模式語言還有其他特性。模式之間彼此連結、可以重疊，合起來覆蓋大部分的問題空間。此外，正如《A Pattern Language》所指出的，模式的粒度與範圍並不一致：較通用的模式覆蓋廣大的問題空間，只能給出粗略指引；較細緻的模式有非常具體的解法提案，適用面卻較窄。本書兩種都有，而且許多模式會引用其他模式，甚至把其他模式納入自身解法的一部分。

模式的另一個特徵是遵循固定格式，但每位作者定義的格式都不同，業界並沒有共通標準。Fowler 在《Writing Software Patterns》中對模式語言的各種格式有精采的整理。

本書的結構#

本書採用一套簡單的模式格式，不特別遵循任何既有的模式描述語言。每個模式都以下列結構呈現：

• 名稱（Name）：即章節標題。名稱是模式語言的核心。
• 問題（Problem）：交代更寬廣的脈絡，詳述問題空間。
• 解法（Solution）：說明此模式如何以 Kubernetes 特有的方式解決問題，並交叉引用相關的、或構成本解法一部分的其他模式。
• 討論（Discussion）：在給定脈絡下，討論此解法的優點與缺點。
• 更多資訊（More Information）：與該模式相關的延伸資料來源。

全書模式的分部組織如下：

• 第一部・基礎模式（Foundational Patterns）：涵蓋 Kubernetes 的核心概念，是建構容器化雲原生應用的底層原則與實踐。
• 第二部・行為模式（Behavioral Patterns）：座落於基礎模式之上，為各類容器與平台互動加上更細緻的概念。
• 第三部・結構模式（Structural Patterns）：關於如何在 Pod——Kubernetes 平台的原子單位——之內組織容器。
• 第四部・組態模式（Configuration Patterns）：說明在 Kubernetes 中處理應用組態的各種方式。這些模式粒度很細，包含把應用連接到其組態的具體配方。
• 第五部・進階模式（Advanced Patterns）：進階概念的集合，例如如何擴充平台本身、如何在叢集內直接建置容器映像檔。

一個模式未必只屬於一個分類；依脈絡不同，同一模式可能落在數個分類裡。每個模式章節都是自足的，可以單獨閱讀，也可以任意順序閱讀。

本書寫給誰#

本書寫給想為 Kubernetes 平台設計與開發雲原生應用的開發者。最適合的讀者是已對容器與 Kubernetes 概念有基本認識、想更上一層樓的人。你不需要懂 Kubernetes 的底層細節，也能理解書中的使用案例與模式。架構師、技術顧問與開發者都能從這些可重複套用的模式中獲益。

本書的內容建立在真實專案的使用案例與教訓之上。目標是幫助你寫出更好的雲原生應用——而不是重新發明輪子。

你會學到什麼（以及本書不是什麼）#

書中有些模式乍看像是 Kubernetes 手冊的節錄，但仔細讀會發現這些模式是從概念視角切入，這是同類書籍少見的角度。另一些模式則採取不同取徑，針對非常具體的問題給出詳細指引，例如第四部的組態模式。無論粒度粗細，你都會學到 Kubernetes 針對該模式所提供的一切，並有大量範例佐證。

在開始之前，先說清楚本書不是什麼：

• 不是架設 Kubernetes 叢集的指南。 每個模式與範例都假設你已有可運作的 Kubernetes。若想學如何架設叢集，可參考 Burns 與 Tracey 的《Managing Kubernetes》（O’Reilly），或 Hausenblas 與 Goasguen 的《Kubernetes Cookbook》（O’Reilly）。
• 不是 Kubernetes 入門書，也不是參考手冊。 書中會觸及並詳述許多 Kubernetes 功能，但焦點放在功能背後的概念。第 1 章提供基礎概念的簡短複習。若想找一本全面的 Kubernetes 使用指南，推薦 Lukša（Marko Lukša）的《Kubernetes in Action》（Manning）。

本書以輕鬆的筆調書寫，形式接近一系列可獨立閱讀的隨筆。