Per Anhalter durch den Cloud Native Stack. #SEACONHH 2017

Cloud-Größen wie Google, Twitter und Netflix haben die Kern-Bausteine ihrer Infrastruktur quelloffen verfügbar gemacht. Das Resultat aus vielen Jahren Cloud-Erfahrung ist nun frei zugänglich, jeder kann selbst cloud-native Anwendungen entwickeln – Anwendungen, die in der Cloud zuverlässig laufen und fast beliebig skalieren. Die Bausteine wachsen zu einem großen Ganzen zusammen: dem Cloud Native Stack. Wir stellen die wichtigsten Konzepte und Schlüssel-Technologien vor, und bringen eine Beispiel Anwendung schrittweise in der Cloud zum Laufen.

#qaware #CloudNativeNerd #SEACONHH @LeanderReimer

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1. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware PER ANHALTER DURCH DEN CLOUD NATIVE STACK 1
2. #GIFEE Google’s
   (and Facebook’s, Twitter’s, Airbnb’s, ...) Infrastructure
   For
   Everyone
   Else
3. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Let’s talk about Cloud Native Applications 3
4. CONTINUOUS
 DELIVERY & DEVOPS ANTIFRAGILITY HYPERSCALE 
 TRAFFIC, DATA, FEATURES OPEX SAVINGS
 (automation & utilization) CLOUD NATIVE APPLICATIONS DISRUPT INDUSTRIALIZE
5. PACKAGED AND DISTRIBUTED AS CONTAINERS BUILD AND COMPOSED AS MICROSERVICES DYNAMICALLY EXECUTED IN THE CLOUD CLOUD NATIVE APPLICATIONS 3 KEY PRINCIPLES
6. „There ain’t no such thing as a free lunch.“ Robert A. Heinlein, 1966, The Moon Is a Harsh Mistress
7. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Die 5 Gebote der Cloud. 1. Everything Fails All The Time. 2. Focus on MTTR and not on MTTF. 3. Know the Eight Fallacies of Distributed Computing. 4. Scale out, not up. 5. Treat resources as cattle, not pets. 7
8. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Design Prinzipien Cloud-nativer Anwendungen • Design for Distribution: Container, Microservices, API-getriebene Entwicklung • Design for Performance: Responsive, nebenläufig, Ressourcen schonend. • Design for Automation: Dev- und Ops-Aufgaben automatisieren. • Design for Resiliency: Fehlertolerant und selbst-heilend. • Design for Elasticity: Dynamisch skalierbar und reaktiv. • Design for Delivery: Kurze Roundtrips und automatisierte Provisionierung. • Design for Diagnosability: Cluster-weite Logs, Metriken und Traces. 8
9. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Maturity Model Cloud-nativer Anwendungen 9 https://www.opendatacenteralliance.org/docs/architecting_cloud_aware_applications.pdf Level 0: Virtualized Level 1: Loosely Coupled Level 2: Abstracted Level 3: Adaptive Cloud Native - Skaliert elastisch abhängig von Stimuli. - Dynamische Migration auf andere Infrastruktur
 ohne eine Service Downtime. Cloud Resilient - Fehler-tolerant und resilient entworfen. - Metriken und Monitoring eingebaut. - Runs anywhere. Infrastruktur agnostisch. Cloud Friendly - Besteht aus lose gekoppelten Diensten. - Dienste können über Namen gefunden werden. - 12-Factor App Principles. Cloud Ready - Keine Anforderungen an das Datei-System. - Läuft auf virtualisierter Hardware. - Self-contained, kann als Image ausgeführt werden.
10. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Die Anatomie des Cloud Native Stack 10 Application Platform Cloud Native App Cluster Orchestrator Applications Cluster Scheduler Containers Cluster Virtualization Resources Cluster Operating System Entkoppelt von physischer Hardware. Verwaltet Ressourcen für die Ausführung von Containern Führt Applikationen auf dem Cluster aus. Stellt Ablauf- Umgebung und APIs für Apps bereit.
12. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Cloud Native Stack mit Spring Cloud und K8S. 12 Application Platform Cloud Native App Cluster Orchestrator Applications Cluster Scheduler Containers Cluster Virtualization Resources
13. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Orchestration Composition Die 4 Schritte zur Cloud-nativen Anwendung 1. MICROSERVICES 2. CONTAINERIZATION 3. COMPOSITION 4. ORCHESTRATION 13 Containerization Microservices docker compose
14. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware MICROSERVICES 14
16. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware 2002 16 Items Registration Buying
17. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware 2008 17 Additional Services
18. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware 2011 18 Additional Services
19. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Bad News. 19 § “[…] it was unable to scale for 6 million pageviews per minute and was down for most of the day during peak events.” § “This is the multi-million dollar question which the IT Department of Walmart Canada had to address after they were failing to provide to their users on Black Fridays for two years in a row.” https://blog.risingstack.com/how-enterprises-benefit-from-microservices-architectures Walmart auf http://www.oneops.com Sehr lange Release-Zyklen Mangelnde Skalierbarkeit
20. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware 2016 20 Additional Services
21. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Good News. 21 Walmart auf http://www.oneops.com “They wanted to prepare for the world by 2020, with 4 billion people connected, 25+ million apps available, and 5.200 GB of data for each person on Earth. Walmart replatformed […] with the intention of achieving close to 100% availability with reasonable costs.” https://blog.risingstack.com/how-enterprises-benefit-from-microservices-architectures § “In fact, the organization reports that some 3,000 engineers […] drive 30,000 changes per month to Walmart software.” § “Those new applications, which span everything from mobile devices to the Internet of things (IoT), are crucial weapons in a global e-commerce contest that pits Walmart against the likes of Amazon and Alibaba, as well as a host of other rivals that are emerging as the cost of entry into the online retail sector continues to decline in the age of the API economy.” http://www.baselinemag.com/enterprise-apps/walmart-embraces-microservices-to-get- more-agile.html § “The Walmart […] servers […] were able to handle all mobile Black Friday traffic with about 10 CPU cores and 28Gb RAM.” § “On Thanksgiving weekend, Walmart servers processed 1.5 billion requests per day. 70 percent of which were delivered through mobile.” http://techcrunch.com/2014/12/02/walmart-com-reports-biggest-cyber-monday-in- history-mobile-traffic-at-70-over-the-holidays 1000 deployments a day … … triggered by dev teams. ~ 100% availability Resource efficiency Suitable scalability Enabled new kinds of applications ( IoT, mobile, APIs) to compete globally
22. 3 WHAT DID THEY DO?
23. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Die Antwort: Dekomposition. 23
24. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware • Planning unit • Team assignment unit • Development unit • Integration unit Komponenten entlang des Software-Lebenszyklus 24 DESIGN BUILD RUN Design Components Dev Components Ops Components • Complexity unit • Data integrity unit • Cohesive feature unit • Decoupled unit • Release unit • Deployment unit • Runtime unit • Scaling unit ?:1 1:1
25. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware 25 System Subsystem Komponenten Services Monolith Macroservices Microservices Nanoservices Good starting point Dev Components Ops Components ?:1 Decomposition Trade-Offs + More flexible to scale + Runtime isolation (crash, slow-down, …) + Independent releases, deployments, teams + Higher resources utilisation - Distribution debt: Latency - Increased infrastructure complexity - Increased troubleshooting complexity - Increased integration complexity
26. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Die Anatomie des Zwitscher Microservice 26 Zwitscher Controller Zwitscher Repository /tweets API ZwitscherServiceApp search(…) https://github.com/qaware/hitchhikers-guide-cloudnative
27. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware CONTAINERIZATION 27
28. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Hardware Virtualisierung vs. OS Virtualisierung 28 Real Hardware Virtual Hardware OS OS Libraries Application Real Hardware (Virtual Hardware) OS OS Libraries Application HSI* SCI* Hardware Virtualization OS Virtualization Private Copy Shared Resources § Less volume of private copy § Near zero runtime overhead (RAM, CPU) § Short start-up time (~ time to lauch a process) § Stronger Isolation *) HSI = Hardware Software Interface SCI = System Call Interface Virtual Machine Container Isolated Hardware Isolated NW-interface, process space, file system
29. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Der Docker Workflow 29 $ docker build -t zwitscher-service:1.0.1 . $ docker run --name zwitscher-service -d \ -p 8080:8080 zwitscher-service:1.0.1 $ docker stop zwitscher-service $ docker start zwitscher-service $ docker tag zwitscher-service:1.0.1 \ hitchhikersguide/zwitscher-service:latest $ docker push hitchhikersguide/zwitscher-service
30. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Beispiel Dockerfile für Zwitscher Service 30 FROM qaware/alpine-k8s-ibmjava8:8.0-3.10
 MAINTAINER QAware GmbH <qaware-oss@qaware.de>
 
 RUN mkdir -p /app
 
 COPY build/libs/zwitscher-service-1.0.1.jar /app/zwitscher-service.jar
 COPY src/main/docker/zwitscher-service.conf /app/
 
 EXPOSE 8080
 CMD /app/zwitscher-service.jar
31. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Einige Tips für den Umgang mit Docker • Kenne dein Base-Image! Auf die Größe kommt es an. • Ein Docker Build muss wiederholbar sein. • Jeder RUN Befehl erzeugt ein Layer. Nutze Mehrfachbefehle! • Entferne temporäre Dateien. • Veröffentliche wichtige Ports mit EXPOSE. • Definiere Umgebungs-Variablen für wichtige Parameter. • Nutze ein Image für alle Umgebungen. • Versioniere deine Images. • Verwende Tools zur QS von Dockerfiles und Images. 31
32. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware COMPOSITION 32
33. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware 33 Cluster-weite Konfiguration und Konsensus Überwachung und Fehler-Diagnose Geregelter Zugriff 
 auf Service 
 Endpoints von Außen Registrierung und Suche von Service Endpoints Laufzeit-Umgebung für Service Endpoints Resistenter Aufruf von anderen Service Endpoints
34. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware 34 Netflix Zuul
35. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware 35 Zwitscher Controller Zwitscher Repository /tweets ZwitscherServiceApp /zwitscher-service/* Discovery Configure Actuator /admin/health Register Read K/V Get Services /prometheus
36. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Beispiel docker-compose.yml 36 version: '2' services: zwitscher-consul: ... zwitscher-traefik: ... zwitscher-service: image: hitchhikersguide/zwitscher-service:1.0.1 environment: - CONSUL_HOST=zwitscher-consul - CONSUL_PORT=8500 - TWITTER_APP_ID=${TWITTER_APP_ID} - TWITTER_APP_SECRET=${TWITTER_APP_SECRET} depends_on: - zwitscher-consul links: - zwitscher-consul ports: - "8080:8080" networks: - zwitscher-net $ docker-compose -p zwitscher up -d $ docker-compose -p zwitscher ps $ docker-compose -p zwitscher logs -f $ docker-compose -p zwitscher down docker compose
37. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware ORCHESTRATION 37
38. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Verfügbare Cluster Operating Systems 38
39. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Einfaches K8S Setup in der Cloud oder Lokal 39 echo "- Use Vagrant for local K8s setup" export KUBERNETES_PROVIDER=vagrant export NUM_NODES=1 echo "- The default provider is GCE" export KUBERNETES_PROVIDER=gce export KUBE_GCE_ZONE=europe-west1-d export NUM_NODES=4 echo "- Another possible provider is AWS" export KUBERNETES_PROVIDER=aws export KUBE_AWS_ZONE=eu-central-1a export NODE_SIZE=t2.small curl -sS https://get.k8s.io | bash Minikube
40. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Die Kubernetes Bausteine im Überblick 40 Master Minion API Server Controller Manager Scheduler etcd kubelet kube-proxy Container Engine
 (Docker / rkt) Pod Pod Pod C1 … Cn Users Admin
41. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Die wichtigsten K8S Konzepte und Begriffe • Services sind eine Abstraktion für eine logische Sammlung von Pods • Pods sind die kleinste deploybare Compute Einheit in K8S • Deployments dienen der Deklaration von Pods, Volumes und RCs • Replica Sets stellen die geforderte Anzahl an Replicas sicher • Labels sind Key/Value Paare die zur Identifikation verwendet werden 41 Deployment Service Replica Set 
 Pod Container Container DNS Name Labels: <K,V> Port Volume
42. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Kubernetisierung: Single oder Multi-Container Pod? POD Deployment POD Deployment 42 POD Deployment POD Deployment POD Deployment ZWITSCHER-BOARD ZWITSCHER-TRAEFIK ZWITSCHER-CONSUL ZWITSCHER-MONITOR ZWITSCHER-SERVICE Service Service Service Service Service
43. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware 43 zwitscher-traefik Kubernetes DNS zwitscher-consul zwitscher-service Manage Manage Manage Resolve Ops
44. | OOP 2017 | A Hitchhiker’s Guide to the Cloud Native Stack | @adersberger @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Aufbau einer K8S-only Zwitscher Variante. 44 zwitscher-service Manage Manage Ops zwitscher-board Ingress DNS ConfigMap
45. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Deployment Definition für Zwitscher Service 45 apiVersion: extensions/v1beta1 kind: Deployment metadata: name: zwitscher-service spec: replicas: 3 template: metadata: labels: zwitscher: service spec: containers: - name: zwitscher-service image: "hitchhikersguide/zwitscher-service:1.0.1" ports: - containerPort: 8080 env: - name: CONSUL_HOST value: zwitscher-consul
46. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware K8s Service Definition pro Deployment 46 apiVersion: v1 kind: Service metadata: name: zwitscher-service labels: zwitscher: service spec: # use NodePort here to be able to access the port on each node # use LoadBalancer for external load-balanced IP if supported type: NodePort ports: - port: 8080 selector: zwitscher: service
47. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Vorsicht bei Definition von Resource Constraints 47 resources: # Define resources to help K8S scheduler # CPU is specified in units of cores # Memory is specified in units of bytes # required resources for a Pod to be started requests: memory: "128Mi" cpu: "250m" # the Pod will be restarted if limits are exceeded limits: memory: "192Mi" cpu: "500m"
48. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Liveness und Readiness Probes über Actuator 48 # container will receive requests if probe succeeds readinessProbe: httpGet: path: /admin/info port: 8080 initialDelaySeconds: 30 timeoutSeconds: 5 # container will be killed if probe fails livenessProbe: httpGet: path: /admin/health port: 8080 initialDelaySeconds: 90 timeoutSeconds: 10
49. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Let’s have some fun with K8S! • Standard MIDI Controller • Visualisiert Deployments und Pods • Skaliert Deployments • Funktioniert auch mit OpenShift • http://github.com/qaware/kubepad/ 49
51. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Keine Magie. Aber komplexe Technologie. • Building Distributed Systems is hard! • Der Cloud Native Stack macht die Komplexität beherrschbar. • Die hohe Abstraktion ist Segen und Fluch zugleich. • Entwickler und Architekten brauchen zusätzliche Skills und Know- How in etlichen neuen Technologien. 51
52. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware Code und Artikel zum Nachlesen unter … • https://github.com/qaware/hitchhikers-guide-cloudnative • Der Cloud Stack: Mesos, Kubernetes und Spring Cloud 
 https://goo.gl/U5cJAU • Spring Cloud und Netflix OSS: Cloud-native Anwendungen bauen
 https://goo.gl/edNlUK • Cloud-native Anwendungen mit Kubernetes
 https://goo.gl/dVkoyR • Eine Einführung in Apache Mesos: Das Betriebsystem der Cloud
 https://goo.gl/7SnMZA 52
53. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware 53 CompletableFuture<SoftwareArchitektIn> ich = CompletableFuture.supplyAsync(() -> erfindergeist() .handwerksstolz() ); CompletableFuture<Projekthaus> qaware = CompletableFuture.supplyAsync(() -> professionalität() .lässigkeit() ); Erfolg start = qaware.thenCombine(ich, (i, q) -> i.sendeBewerbung(q)) .join(); Weiter Details unter http://www.qaware.de/karriere/#jobs
54. | SEACON 2017 | Per Anhalter durch den Cloud Native Stack | @LeanderReimer #cloudnativenerd #qaware 42. THE ANSWER TO LIFE, UNIVERSE, THE CLOUD AND EVERYTHING. 54
55. https://www.qaware.de https://slideshare.net/qaware/ https://github.com/qaware/ &