Sealer 0.9 ：帮助集群和分布式应用实现 Build、 Share、Run

作者：sealer 社区

新春之际，很高兴在此时宣布 Sealer [ 1] 0.9 版本的正式发布。Sealer 是一款致力于探索面向分布式应用的快速打包、交付和运行的解决方案。2021 年5月 Sealer 项目正式开源；短短一年时间，Sealer 在 2022 年 4 月成为 CNCF Sandbox 项目。

Sealer 0.9 版本中，其在核心定位上由专注 “集群维度的 Build，Share，Run” 升级为 “以集群为基础，以应用为中心，帮助集群和分布式应用实现 Build, Share，Run”，并重点增强了对应用的支持能力。

版本详解

增强对应用的支持

应用与集群解耦

Docker Image 很好的解决了单机应用的打包交付问题，而 **Sealer Image [ 2] **尝试在集群维度，解决类 Kubernetes 集群以及分布式应用的打包交付问题。Sealer Image 基于包含内容将 Sealer Image 分为集群镜像和应用镜像。其中：

集群镜像，表示一个镜像包含 cluster runtime，如 Kubernetes、K0S、K3S 等。Run 阶段既会安装集群也会安装应用（如果包含了应用）
应用镜像，表示一个镜像未包含 cluster runtime，其需要基于已有的集群进行安装。

Kubefile 支持 LABEL & KUBEVERSION 指令

Kubefile 中 LABEL 指令类似 Dockerfile LABEL 指令，允许用户针对 Sealer Image 指定一些元数据信息，这些元数据信息在构建完成后可通过 sealer inspect 命令查看。

其中，Sealer 官方保留以 *sealer.io/ 为前缀的 label key，如：
针对集群镜像，通过 LABEL 可声明集群镜像支持的能力列表等信息

cluster.alpha.sealer.io/cluster-runtime-type，支持的集群类型，如 kubernetes, k0s, k3s 等
cluster.alpha.sealer.io/cluster-runtime-version，支持的集群 runtime 的版本，如 kubernetes 版本
cluster.alpha.sealer.io/container-runtime-type，支持的 container runtime 类型，如 docker，containerd 等
cluster.alpha.sealer.io/container-runtime-version，支持的 container runtime 版本，如 docker 版本
cluster.alpha.sealer.io/kube-cni，支持的 CNI 列表，如 calico，flannel 等
cluster.alpha.sealer.io/kube-csi，支持的 CSI 列表，如 alibaba-cloud-csi-driver 等

针对应用镜像，通过 LABEL 可声明应用镜像兼容的 kube runtime 版本等信息，通过声明解耦集群镜像

app.alpha.sealer.io/supported-kube-version，应用镜像支持的 kube runtime 版本，其值定义 **Semantic Versioning 2.0.0 [ 3] **。另外，Kubefile 中也可通过 KUBEVERSION 指令快捷定义该 label 的值。

集群镜像 Kubefile：

FROM sealerio/kubernetes:v1.22.15

# Add some metadata to an image just like `Dockerfile LABEL instruction`.
# An image can have more than one label. You can specify multiple labels on a single line.
# 
# NOTE: 
# 1. In general, a base image should declare supported cluster runtimes, container runtimes, etc.
# 2. Sealer reserves all label keys prefixed with `sealer.io`.
# 3. All labels will be inherited by child image.
# LABEL <key>=<value> <key>=<value> <key>=<value> ...
# LABEL <key>=<value> \
#       <key>=<value> \
#       <key>=<value> ...
LABEL "cluster.alpha.sealer.io/cluster-runtime-version"="v1.22.15"
# such as kubernetes, k0s, k3s, etc
LABEL "cluster.alpha.sealer.io/cluster-runtime-type"="kubernetes" 
LABEL "cluster.alpha.sealer.io/container-runtime-type"="docker"
LABEL "cluster.alpha.sealer.io/container-runtime-version"="20.10.14"
......

应用镜像 Kubefile：

FROM scratch

# A SemVer range of compatible Kubernetes versions by the applications.
# If there are multiple apps in the `Kubefile`, you should take the intersection of the cluster versions they support
# The label `app.alpha.sealer.io/supported-kube-version` will be gernetated with `KUBEVERSION`.
# For a detailed explanation of supported semver constraints see [Masterminds/semver](https://github.com/Masterminds/semver).
KUBEVERSION 1.22 - 1.24

LABEL "created-by"="sealer.io"
......

Build 支持打标镜像类型

为了让使用者在获取到一个镜像后，能够清晰的知道一个镜像包含的内容以及行为。在 build image 阶段，Sealer 可以通过 sealer build --type kube-installer | app-installer 为构建出来的 Sealer Image 打标。

kube-installer，集群镜像。

app-installer，应用镜像。

Run 简简单单运行应用镜像

针对应用镜像（sealer build --type app-installer），部署在基于 Sealer 集群镜像部署的集群内，仅需简单单单一条命令即可，用户也不需要再关心集群节点信息等。

TODO: 针对应用镜像声明支持的 KUBEVERSION，运行应用镜像时验证此版本约束

sealer run {{.appImageName}}

Kubefile 让应用定义更简单

Kubefile 新增加APP 指令，其允许用户定义一个 APP 虚拟对象，通过 CNI、CSI 指令分别支持 CNI，CSI 插件的管理，通过 APPCMDS 指令为 APP 指定安装命令，并可以通过 LAUNCH 指令，以 APP 对象为维度选择启动对象。

APP 指令

APP 指令格式 APP APP_NAME scheme:path1 scheme:path2，其中：

APP 指令在 Kubefile 范围内可定义多次
APP_NAME 在 Sealer Image 范围内需保证唯一
schema 目前支持如下格式：

1. local://path_rel_2_build_context (build context 中的文件，文件路径为基于 build context 的相对路径）
2. http(s)😕/example.yaml （http(s) 远程地址，会在 build 节点自动下载）

path 的目录/文件类型目前支持如下类型：

1. .sh，shell 脚本
2. .yaml | .yml，kubernetes YAML 文件
3. Helm Chart 目录

CNI/CSI 指令

PS: CSI 与 CNI 基本类似，此处不再赘述

CNI 指令格式 CNI CNI_NAME scheme:path1 scheme:path2，通过 CNI 指令可以以一种更规范的方式定义/操作 Kubernetes CNI 插件，其中：

CNI 指令本质上是指定了 CNI 网络插件类型的 APP，所有特性与 APP 指令相同
CNI 指令相比 APP 指令，会自动生成 label key cluster.alpha.sealer.io/kube-cni 声明镜像支持的 CNI 网络插件列表，例如: "cluster.alpha.sealer.io/kube-cni": ["calico", "flannel"]

APPCMDS 指令

APPCMDS 指令格式 APPCMDS APP_NAME ["executable","param1","param2"]，其中:

类似 Dockerfile CMD 指令，但其作用域为 APP 维度
针对同一个 APP_NAME，如果有多个 APPCMDS 被指定，仅最后一个生效

LAUNCH 指令

LAUNCH 指令格式 LAUNCH ["APP_NAME_1", "APP_NAME_2"]，其中：

LAUNCH 指令在 Kubefile 范围内仅可定义一份
如果 APPCMDS 未指定，则 LAUNCH 指令会尝试自动解析文件类型，并自动生成执行行为
FROM 镜像中包含的 LAUCH 指令不生效，仅最后一个 LAUNCH 指令生效（例如：对于子镜像，如果需要，需要在子镜像中重新填写父镜像中的 LAUNCH 指令）
APP_NAME 可以是 Sealer Image 范围内的，允许指定 FROM 镜像中声明的 APP_NAME

Kubefile 预览

集群镜像 Kubefile：

FROM sealerio/kubernetes:v1.22.15

# Override or provide CNI plugins, the syntax is same with `APP`. In fact, we can think of CNI as a special kind of `APP`.
# And multiple `CNI` definitions can be specified. If the name is the same, the last one takes precedence.
# In addition, the CNI plugin is not only an app, but also reflected in the label `cluster.alpha.sealer.io/kube-cni`.
CNI calico local://install-calico.sh
CNI calico local://install-calico-new.sh
CNI flannel local://flannel.yaml

# Override or provide CRI plugins just like `CNI`.
# In addition, the CNI plugin is not only an app, but also reflected in the label `cluster.alpha.sealer.io/kube-csi`.
CSI alibaba-c

应用镜像 Kubefile：

FROM scratch

# A SemVer range of compatible Kubernetes versions by the applications.
# If there are multiple apps in the `Kubefile`, you should take the intersection of the cluster versions they support
# NOTE: This value will not be inherited.
# The label `app.alpha.sealer.io/supported-kube-version` will be gernetated with `KUBEVERSION`.
# For a detailed explanation of supported semver constraints see [Masterminds/semver](https://github.com/Masterminds/semver).
KUBEVERSION 1.22 - 1.24

# add redis app
# ["kubectl apply -f redis.yaml"] will be executed
APP redis local://redis.yaml

# add nginx app
# ["kubectl apply -f nginx.yaml -n nginx-namespace"] will be executed
APP nginx local://nginx.yaml
# `APPCMDS` specify the cmds for a specified app and the context is the dir of specified app.
# The `APPCMDS` instruction format: ["executable","param1","param2"]
# If there are more than one `APPCMDS` for a `APP` then only the last `APPCMDS` will take effect.
APPCMDS nginx ["kubectl apply -f nginx.yaml -n nginx-namespace"]

# add mysql app
# ["helm install mysql . -f values.yaml --set key=value"] will be executed
APP mysql local://charts/mysql/ local://values.yaml
# `APPCMDS` must be specified when the app has multiple files
APPCMDS mysql ["helm install mysql .",  "-f values.yaml",  "--set key=value"]

LABEL <key>=<value> <key>=<value> <key>=<value> ...
LABEL "created-by"="sealer.io"

# The following operation will be executed:
# ["kubectl apply -f nginx.yaml -n nginx-namespace", "helm install mysql . -f values.yaml --set key=value"]
LAUNCH ["nginx", "mysql"]

Clusterfile 扩展支持应用配置

Clusterfile 中，同样可以以 APP 为维度进行运行前的配置变更。

通过 ClusterSpec.appNames 覆盖 Kubefile 中的 LAUNCH 指令值，如下所示，Kubefile 中包含了 nginx，mysql 两个 APP，在 appNames 中只需一条简单的配置 appNames: [ "nginx" ]，即可变更运行镜像的启动行为为只运行 nginx 这个 APP。
通过 Application Config，同样可以非常便捷的覆盖 Kubefile 中针对 APP 指定的 APPCMDS 内容，在运行态自定义启动命令。（同时社区也正在推进支持 APP 包含的文件的修改能力，详情可参考 **#1969 [ 4] ** ）

apiVersion: sealer.cloud/v2
kind: Cluster
metadata:
  name: my-cluster
spec:
  image: myimage-with-nginx-mysql:v1
  appNames: [ "nginx" ]
  ......
---
apiVersion: sealer.io/v2
kind: Application
metadata:
  name: my-apps
spec:
    configs:
    - name: app1
      launch:
        cmds:
        - kubectl apply -f ns.yaml
        - kubectl apply -f nginx.yaml -n namespace
    - name: app2
      launch:
        cmds:
        - helm install my-nginx bitnami/nginx
    - name: app3
      launch:
        cmds:
        - bash nginx.sh

其他值得关注点

镜像引擎升级，Sealer Image 拥抱 OCI 标准

本着追求开放生态的初心，在开放性和标准划上 Sealer 社区也尝试更进一步。基于轻量化 **buildah [ 5] **升级 Sealer 镜像引擎，全面兼容 OCI 标准。

基于标准的 K8S webhook 能力实现 image policy，不再有 hack

私有化交付场景下，如何将依赖的所有容器镜像，在用户无感知的情况下带入到私有化环境中并使用。

之前版本中， Sealer 社区尝试通过定制化 docker 配置项，在 docker daemon 层面实现镜像优先从内置镜像仓库拉取，内置镜像仓库不存在则从远程仓库拉取。

//daemon.json定义 
{
  "mirror-registries":[
      {
        "domain": "*",
        "mirrors": ["http://sea.hub:5000", "https://mirror.test2.com"]
      }
  ],
  "insecure-registries": ["sea.hub:5000", "mirror.test1.com"]
}

上述方案确实很好的解决了镜像代理的问题，但其有一定的局限性：

不兼容用户已有 docker，要求环境内不存在或者卸载 docker
针对自定义 Docker 需求，同样需要进行如上的定制化配置
上述方案仅针对 Docker Engine 有效，对 containerd 等其他 container runtime 需要另做处理

经过探索，Sealer 社区讨论后考虑基于社区标准的 kubernetes 扩展机制来解决上述问题。经过调研， **Kyverno [ 6] **是一款 Kubernetes policy 引擎，其可以以一种非常简单的配置方式支持对 Kubernetes 资源进行校验和修改能力，同时其针对 K0s，K3s 等 cluster runtime 同样适用。

未来规划

接下来，Sealer 将会继续秉持以集群为基础，以应用为中心，继续在打包、交付和运行的道路上持续探索。

以应用为中心，构建完善的分布式应用协作生态。

1. 丰富应用模型，支持应用基于声明能力一键化部署
2. 覆盖应用全生命周期，甚至运维监控能力
3. 扩大生态，如支持更多 APP 类型，如 helm chart/ kube resource/kustomize/shell/ OAM 应用等
4. 打造社区版 Sealer Image Hub，为基于 Sealer Image 的协作提供平台

以集群为基础，构建稳定易用的集群交付能力。

1. 一键支撑大规模集群，解决大规模集群的安装部署、镜像分发等问题
2. 丰富 container runtime，cluster runtime 支持生态
3. 目前社区同学已经正在推进 containerd container runtime 和 k0s、k3s cluster runtime 的支持
4. 丰富集群运行时运维工具箱，例如证书签发、健康检查、OS 审计等
5. 支持集群镜像的升级能力，帮助用户可以持续使用最新最稳定的集群镜像