Knativeで実現するKubernetes上のサーバーレスアーキテクチャ #CNDT2019 #1E3 / serverless architecture on the top of K8s with Knative
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Toshinori Sugita
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Knativeで実現する Kubernetes上のサーバーレスアーキテクチャ @toshi0607 #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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※https://cloudnativedays.jp/cndt2019/ #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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自己紹介 ● 杉田 寿憲 ○ Toshinori Sugita ○ toshi0607 ● Software Engineer@メルペイ ○ Go、gPRC、GKEなマイクロサービスのバックエンド開発 ● 本 ○ 『Knativeの歩き方 KubernetesからServerlessを訪ねて』 ○ 『GoとSAMで学ぶAWS Lambda』 ○ 『Extensive Xamarin(共著)』 #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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#ふわふわくん #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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今日のお話 ● Knativeの概要 ● KnativeとKuberentes ● KubernetesとServerless ● Knativeのユースケース ● まとめ ● 参考資料 #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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今日のお話 ● Knativeの概要 ● KnativeとKuberentes ● KubernetesとServerless ● Knativeのユースケース ● まとめ ● 参考資料 #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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Knativeとは? Kubernetes-based platform to build, deploy, and manage modern serverless workloads ※https://github.com/knative #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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Knativeとは? ● Kubernetesのリソースを抽象化する ○ 開発者から見てよりシンプルに ● 独自のPaaS/FaaSを構築するためのパーツを提供 ○ Serving、Build、Eventingから構成される ● よくあるが難しい課題を解決 ○ コンテナのデプロイ ○ ソースコードからURLでアクセスできるアプリケーションへ ○ ブルー/グリーンデプロイを伴うルーティングとトラフィック管理 ○ オートスケーリングと需要に基づくワークロードのサイズ設定 ○ 実行中のサービスをイベントエコシステムに結び付ける ※https://github.com/knative/docs #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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Knativeの構成要素 ※https://github.com/knative/docs/tree/master/docs Kubernetes Istio or Gloo Serving Build Eventing Platform Gateway Primitives
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Servingの役割 ※https://github.com/knative/docs/tree/master/serving ● コンテナの迅速なデプロイ ● オートスケールアウト・イン(0まで) ● Istio向けのトラフィック・ネットワーク設定 ● コードと設定のバージョン管理 #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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Servingの構成要素 ※https://github.com/knative/docs/tree/master/serving ● Revision: コードと設定のスナップショット ● Configuration: 最新のRevision ● Route: Revisionにルーティング ● Service: RouteとConfigurationを管理。k8s のServiceとは別 #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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REVISION Servingの構成要素 ※https://github.com/knative/serving/blob/master/docs/scaling/DEVELOPMENT.md ● Autoscaler: Revisionの同時リクエスト数を監視、調整 ● Activator: RevisionがReserve State時リクエストを受ける ROUTE Istio Route Activator Pods Deployment Autoscaler metrics resize active route inactive route activate create watch first
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Istioは必須? ※https://knative.dev/docs/install/index.html 代替手段はあるがKnative全コンポーネントを利用するには今のところ必須 #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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Buildの役割と構成要素 ※https://github.com/knative/docs/tree/master/build ● ソースコードをコンテナイメージに変換する ● ビルドパイプラインは複数のstepで構成される ○ 各stepはコンテナイメージ ○ クラスタのコンテナ内で実行される ● BuildTemplateでテンプレート化・再利用できる #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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BuildTemplate ※https://github.com/knative/build-templates #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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BuildとTeketon ※https://github.com/knative/build/issues/614 ● knative/build-pipelineとしてはじまった knative/build強化プロジェクトのTekton Pipelineに移行の議論中 ● v0.7でServingがBuildを利用していた機能 (DockerイメージにBuild自体を指定する)を 廃止 ● BuildのREADME上でもdeplicationへの feedback受付中を明記 ● v1.0でknative/buildをアーカイブするスケ ジュール #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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BuildとTeketon ※https://github.com/knative/build/issues/614 ● 2019/7/12にKnative BuildをTektonに移行 するためのドキュメントPRが tektoncd/pipelineにマージされる ● K8sリソースの対応関係、差異、 BuildTemplate -> TaskとBuild -> TaskRun の移行例がまとまっている #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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BuildとTeketon ※https://github.com/triggermesh/tm/releases/tag/v0.0.12 ● Knative活用プロジェクトにも移行が完了し たものがある ● knative/buildの互換性は維持 #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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Eventingの役割 ※https://github.com/knative/docs/tree/master/eventing ● イベントドリブンなアーキテクチャをサポート ● イベントの発行元と受け手を抽象化 ● 既存の発行元、受け手の変更なく他サービスを接続 ● CNCF Serverless WGのCloudEventsに則りサービス間の相互 運用性を保証 #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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Eventingの構成要素 ※https://github.com/knative/docs/tree/master/eventing ● Source: イベントソース。種類毎にリソースを定義 ● Broker: イベントを受け取り、フィルタリングされたものをService(subscriber)に渡す ● Trigger: subscriberにわたすイベントのフィルター Broker Service Trigger ✓ ✓ ✓ filter subscriber broker #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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Eventingの構成要素(〜v0.3) ※https://github.com/knative/docs/tree/master/eventing ● Source: イベントソース。種類毎にリソースを定義 ● Channel: イベントのバッファリング、Serviceへの到達保証 ● Subscription: ChannelからイベントをServiceに渡す #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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Event Source ※https://github.com/knative/docs/tree/master/docs/eventing/sources ContainerSource Event Sourceとして独自に作成することも可能 #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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今日のお話 ● Knativeの概要 ● KnativeとKuberentes ● KubernetesとServerless ● Knativeのユースケース ● まとめ ● 参考資料 #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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Kubernetesとは? Kubernetes (K8s) is an open-source system for automating deployment, scaling, and management of containerized applications. ※https://kubernetes.io/ #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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Kubernetesのコンセプト ● 「あるべきリソースの状態」を宣言的 に定義した設定を適用 ● K8sのコントローラーがリソースを監 視し、「あるべきリソースの状態」を維 持し続ける →故障時の復旧や高負荷時のオートス ケールなどで運用負荷を低減できる ※https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/controllers/deployment/ #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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Kubernetesのアーキテクチャ node2 node1 kubectl etcd kube- apiserver kube- scheduler kube- controller- manager kube-proxy kubelet kube-proxy kubelet Docker etc... Docker etc... ・・・ ※https://kubernetes.io/docs/concepts/architecture/cloud-controller/ #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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カスタムリソース ● 独自のリソースを追加できる ○ CustomResourceDefinition ○ API server aggrigation ● バリデーションやその他メタ情報を定 義 ● CRDで定義したカスタムリソースに対 するCRUDが可能になる ※https://kubernetes.io/docs/concepts/extend-kubernetes/api-extension/custom-resources/ #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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カスタムコントローラー ● 独自のコントローラーを追加できる ● 既存のリソースやカスタムリソースの変更を検知し、理想状態にな るよう調整する ● カスタムコントローラーのDockerイメージをDeploymentでK8sクラス ター上にデプロイする ※https://kubernetes.io/docs/concepts/extend-kubernetes/api-extension/custom-resources/
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Kubernetes nativeなKnative ※https://github.com/knative/serving/tree/master/config ● Knativeもカスタムリソースとカスタムコント ローラーで構成されている ● KnativeのインストールはCRD(左図青枠が knative/servingのもの)に加え、カスタムコ ントローラーのDeploymentなど必要なコン ポーネントのyamlをkubectl applyすることが 主な作業になる ● K8s nativeな手法でプラットフォームを拡張 する #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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今日のお話 ● Knativeの概要 ● KnativeとKuberentes ● KubernetesとServerless ● Knativeのユースケース ● まとめ ● 参考資料 #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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サーバーレスとは ※https://martinfowler.com/articles/serverless.html ● サーバーレスアーキテクチャは、サードパー ティのBaaSサービスを組み込んだ、または FaaSプラットフォーム上の管理された一時的 なコンテナで実行されるカスタムコードを含 むアプリケーション設計 ● ベンダー依存と比較的未成熟なサービスサ ポートと引き換えに運用コスト、複雑性、エン ジニアリングリードタイムを低減 #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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サーバーレスとは ※https://medium.com/@PaulDJohnston/serverless-is-a-doctrine-not-a-technology-4193ccb66cfc ● (FaaSなどの)サービス自体はサーバーレス ではない。どのように構築されるかのアプ ローチがサーバーレスであり、サーバーレ スアプリケーションを生み出す。 ● サーバーレスアプリケーションは、アプリ ケーションのライフサイクル全体にわたって 最大のビジネス価値を提供するものであ り、データストレージの費用を除いて、誰も 使用していないときに実行する必要はない というもの
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サーバーレスとは ※https://github.com/cncf/wg-serverless/tree/master/whitepapers/serverless-overview ● サーバー管理を必要としないアプリケーション を構築および実行するという概念 ● 必要とされている正確な需要に応じて実行、 拡張、請求を行うデプロイモデル ● サーバーレスコンピューティングの利用者は、 サーバーのプロビジョニング、メンテナンス、 アップデート、拡張、キャパシティプランニング に時間とリソースを費やす必要がなくなる ● 開発者がよりアプリケーションのビジネスロ ジック開発に集中できるようになる ● 運用者がよりビジネスクリティカルなタスクに 集中できる
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Kubernetesとサーバーレス ※https://github.com/knative/serving/blob/master/docs/spec/motivation.md ● Knativeはステートレス、プロセススケールア ウトモデル、アプリケーションレベルのリクエ ストトラフィック駆動をサーバーレスワーク ロードを捉える ● それらのうちK8s自体で基本的なパーツは 提供している ● 共通インフラの自動化を一層推進するため の抽象度の高いパーツを標準化することで 「yamlをkubectlで更新」より使いやすいツー ルキットを提供できるはず #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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Knativeとは? ● Kubernetesのリソースを抽象化する ○ 開発者から見てよりシンプルに ● 独自のPaaS/FaaSを構築するためのパーツを提供 ○ Serving、Build、Eventingから構成される ● よくあるが難しい課題を解決 ○ コンテナのデプロイ ○ ソースコードからURLでアクセスできるアプリケーションへ ○ ブルー/グリーンデプロイを伴うルーティングとトラフィック管理 ○ オートスケーリングと需要に基づくワークロードのサイズ設定 ○ 実行中のサービスをイベントエコシステムに結び付ける ※https://github.com/knative/docs 開発者・運用者がよりビジネス価値に集中できるプラットフォームを構築する
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Knativeによるプラットフォームの拡張 ※https://github.com/knative/docs/tree/master/docs Kubernetes Istio or Gloo Serving Build Eventing Platform Gateway Primitives GitLab Serverless Your Own! Pivotal Function Service OpenFaaS functions Cloud Run Knative Lambda Runtimes Products
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今日のお話 ● Knativeの概要 ● KnativeとKuberentes ● KubernetesとServerless ● Knativeのユースケース ● まとめ ● 参考資料 #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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ユースケース① コンテナのデプロイ ※https://github.com/toshi0607/CNDT2019-Knative/tree/master/usecase1 ● 課題 ○ URLでアクセスできるサービスをより楽に管理したい ○ Deployment、Service… ● knative/serving ○ Deployment、Service(K8s)リソースなどが抽象化されたService(Knative)リ ソースを適用してURLアクセスできるアプリケーションを楽にデプロイ ● Demo ○ TARGET環境変数にセットされた文字列を使ってHello worldを出力するアプリ ケーションをService(Knative)リソースの適用でデプロイ #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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ユースケース① コンテナのデプロイ Deployment k8s Service ReplicaSet Pod #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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ユースケース② オートスケール ※https://github.com/toshi0607/CNDT2019-Knative/tree/master/usecase2 ● 課題 ○ リクエスト数に応じてオートスケールさせたい ○ スケール具合を可視化しながら調整したい ● knative/serving ○ Pod毎の並列リクエスト数を制御・設定 ■ K8sのメモリベースのHPA(Horizontal Pod Autoscaler)に変更でき、カスタ ムメトリクス対応も目標の1つとされている ○ servingのReleasesにモニタリング系のyamlも含まれており、メトリクス、ログ、ト レースそれぞれ選択肢がある ■ kubectl apply --filename https://github.com/knative/serving/releases/download/v0.7.0/monitoring.yaml ● Demo
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ユースケース② オートスケール ※https://github.com/knative/docs/blob/master/docs/serving/configuring-the-autoscaler.md ● autoscalerの設定はConfigMapとして管理さ れている ● knative/servingのインストール(kubectl apply)時に適用するyamlにこのデフォルト設 定が含まれる ● Serviceリソースの spec.template.metadata.annotationsで設定 できるものもあるが詳細はConfigMapを変更 する
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ユースケース③ トラフィック分割 ※https://github.com/toshi0607/CNDT2019-Knative/tree/master/usecase3 ● 課題 ○ 新実装へのトラフィックを徐々に増やし、影響を見ながら安全にデプロイしたい ● knative/serving ○ Routeを利用したブルーグリーンデプロイ ● Demo ○ Hello Worldアプリケーションに設定するTARGET環境変数を“blue”から “green”に変更(2つのRevisionを作成) ○ “green”のRevisionへのトラフィックを0 -> 50 -> 100%と大きくしていく #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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ユースケース④ イベントエコシステム ※https://github.com/knative/docs/tree/master/docs/eventing/samples/gcp-pubsub-source ● 課題 ○ 特定のイベントが発生したときに処理を実行したい ● knative/eventing ○ イベントをServiceリソースへのリクエストに変換して処理を実行する ● Demo ○ Google Cloud PubSubをイベントソースとして利用 ○ 必要な権限は事前に準備済み ■ eventing-contribのgcppubsub関連のリソースをapply ■ pubsub.editor権限付きservice accountを作成 ■ service accountのJSONファイルからSecretリソース作成 ○ 受け取ったイベントをフォーマットして出力するアプリケーション #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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ユースケース④ イベントエコシステム ※https://cloudevents.io/ #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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ユースケース⑤ ビルドパイプライン ● 課題 ○ CI/CDもK8sの世界で済ませたい ○ ビルドパイプラインを共有したい ● knative/build -> tektoncd/pipeline ○ K8sのリソースでビルドパイプラインを定義する ○ テンプレート化できるので再利用できる ※https://github.com/tektoncd/pipeline #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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ユースケース⑤ ビルドパイプライン Pipeline Task Task PipelineResource(input) PipelineResource(output) PipelineResource(input) Pipeline Run Step Step Step Step ※https://github.com/tektoncd/pipeline
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ユースケース⑥ FaaS イベントpull型 ※https://github.com/triggermesh/knative-lambda-runtime ● 課題 ○ イベントドリブンな関数をシュッとデプロイしたい ● knative/serving + knative/build (BuildTemplate) ○ triggermesh/knative-lambda-runtimeを利用するとユーザーはAWS Lambda互 換のfunctionだけ書いたらデプロイできるプラットフォームを構築できる ○ Serviceでリクエストを受けfunctionに受け渡す処理(aws-custom-runtime、 bootstrap)はBuildTemplateを活用してイメージビルド時に埋め込む #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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AWS Lambdaのfunction(Go) ※https://docs.aws.amazon.com/ja_jp/lambda/latest/dg/go-programming-model-handler-types.html ● Handler: イベントを引数にそれをハンドリングするメイン処理を書く ● lambda.Start: rpcサーバーにhandlerを登録し、rpcサーバーを起動する
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aws/aws-lambda-go AWS LambdaとRuntime Interface ※https://github.com/aws/aws-lambda-go Amazon API Gateway lambda.start(handler) container rpc server AWS Lambda Runtime AWS Lambda Runtimeはrpcサーバーを含むコンテナを起動し、イベントを渡す request proxy event event http request S3 event SQS event DynamoDB stream event
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AWS LambdaとRuntime Interface ※https://qiita.com/toshi0607/items/39004c19d7361a837986 Amazon API Gateway container bootstrap AWS Lambda Custom Runtimes bootstrapからRuntime APIにイベントを取得にし行くのでCOBOLも動く proxy event event http request S3 event SQS event DynamoDB stream event Next Invocation API Invocation Response API Invocation Error API Initialization Error API response event error error
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ユースケース⑥ FaaS イベントpull型 ※https://github.com/triggermesh/knative-lambda-runtime ● aws-custom-runtimeがAWS Runtime Interfaceとタスクキューを実装 ● bootstrapがイベントを取得し、functionをinvoke Route Service Build Build Template Pod aws/aws-lambda-go lambda.start(handler) tm/aws-custom-runtime bootstrap Configuratio n Revision get event exec bin exec bin rpc Server http request K8s request #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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BuildTemplateで生成するDockerfile ※https://github.com/triggermesh/knative-lambda-runtime/blob/master/go-1.x/buildtemplate.yaml
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ユースケース⑦ FaaS イベントpush型 ※https://github.com/openfaas ● 課題 ○ イベントドリブンな関数をシュッとデプロイしたい ● knative/serving + knative/build (BuildTemplate) ○ OpenFaaSのwatchdogサーバーを利用するとユーザーはfunctionだけ書いたら デプロイできるプラットフォームを構築できる ○ Serviceでリクエストを受けfunctionに受け渡す処理(watchdog)は BuildTemplateを活用してイメージビルド時に埋め込む #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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OpenFaaSのfunction(Go) ※https://github.com/openfaas/faas/blob/master/sample-functions/BaseFunctions/golang/handler.go functionは標準入力経由でリクエスト・イベント情報を受け取って処理
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OpenFaaSのアーキテクチャー ※https://docs.openfaas.com/architecture/gateway/ #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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Watchdogによるfunction制御 ※https://docs.openfaas.com/architecture/watchdog/ ● functionの起動、モニタリングを責務とするGoで書かれたサーバー ● リクエストを標準入力経由でfunctionのプロセスに渡す ● watchdogとして再利用することでプラットフォームのユーザーはビジネスロジック (function)の実装に集中できる
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ユースケース⑦ FaaS イベントpush型 リクエストとfunctionのハンドリングにwatchdogを活用 Route Service Build Build Template Configuratio n Revision http request K8s #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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watchdogとfunction同梱のDockerfile ※https://github.com/openfaas/faas/blob/master/sample-functions/BaseFunctions/golang/Dockerfile
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Knativeを使ったFaaS ● Serviceでデプロイするのはコンテナなので、functionの実装に 集中するためにリクエストをfunctionに渡すサーバーを準備す る必要がある ● サーバーからfunctionを独立させることでサーバーとfunction を同梱するイメージテンプレートを準備できる ● faas-cliやtmのようにCLIでmanifestとkubectlを意識させないデ プロイも実現できる ● イベントがcloudeventsに準拠していると各イベント用のライブ ラリを各言語で準備する手間も省ける #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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ユースケース⑧ コンテナサーバーレス ※https://cloud.google.com/run/ ● 課題 ○ コンテナをシュッとデプロイしたい ● knative/serving + knative/build ○ Cloud RunやCloud Run on GKEを利用し、コンテナを手軽にデプロイし、負荷 に応じてスケールさせることができるプラットフォームを構築する #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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ユースケース⑧ コンテナサーバーレス ※https://twitter.com/ahmetb/status/1116041166359654400 ● Cloud Runマネージドサービスもあり、コンテ ナを動かすのにK8sの運用をなくす選択肢 もある ● Knative Serving APIと互換のAPIで操作す るので操作感も同じ ● GCPのコンソールからどちらも同じように状 態や生成されたRevisionのyamlを確認でき る #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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今日のお話 ● Knativeの概要 ● KnativeとKuberentes ● KubernetesとServerless ● Knativeのユースケース ● まとめ ● 参考資料 #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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まとめ ● KnativeはK8s nativeな方法でK8sプラットフォームを拡張・抽象 化する ● K8s上でサーバーレスを実現する手段の1つがKnativeであり、 FaaSに限らず課題に応じて開発者の生産性向上、運用者の 負荷低減のための様々な使い方ができる ● FaaSを自分で構築することもできるし、Knativeを利用したプロ ダクトを利用することもできる #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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今日のお話 ● Knativeの概要 ● KnativeとKuberentes ● KubernetesとServerless ● Knativeのユースケース ● まとめ ● 参考資料 #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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参考資料 Knative ● 公式ドキュメント ○ とても整理されていて図も豊富でわかりやすいです ○ 主なユースケースのサンプル・解説もある ○ https://github.com/knative/docs ● 『Getting Started with Knative』 ○ Pivotalの方が執筆したebookが無料です ○ https://content.pivotal.io/ebooks/getting-started-with-knative ○ バージョンは古くなってしまったがそれでもユースケースまで載っていて楽しい ● 『Knativeの歩き方 KubernetesからServerlessを訪ねて』 ○ 完全な手前味噌 ○ https://booth.pm/ja/items/1309468 #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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※https://techbookfest.org/event/tbf07 ● Knative既刊ユースケース + 書き直しの大幅パワーアップ! ● Knativeの実装を見ながらK8sのコントローラーを学ぶ新刊 参考資料 Knative #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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参考資料 Knative ● 8/29 ServerlessDays Melbourne 2019 ○ Build serverless application on the top of Kubernetes ● 10/21、22 ServerlessDays Tokyo 2019 ○ Knativeのハンズオンをする可能性あり ○ プロポーザル募集中! ■ https://tokyo.serverlessdays.io/ ● 12/13、14 ServerlessDays Fukuoka 2019 ○ Knativeで作るDIY FaaSの話をすべく準備します #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3
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ご清聴ありがとうございました! Knativeで実現する Kubernetes上のサーバーレスアーキテクチャ #CNDT2019 #OSDT2019 #RoomE #1E3