随着以 K8s 为主的云原生基础架构遍地生根，越来越多的团队开始基于 K8s 搭建持续部署、自助式发布体验的应用管理平台。然而，在 K8s 交付和管理应用方面，目前还缺乏一个统一的标准，这最终促使我们与微软联合推出了首个云原生应用标准定义与架构模型 - OAM。本文作者将从基本概念以及各个模块的封装设计与用法等角度出发来详细解读 OAM。

• 开发和运维关注点分离：开发者关注业务逻辑，运维人员关注运维能力，让不同角色更专注于领域知识和能力；
• 平台无关与高可扩展：应用定义与平台实现解耦，应用描述支持跨平台实现和可扩展性；
• 模块化应用部署和运维特征：应用部署和运维能力可以描述成高层抽象模块，开发和运维可以自由组合和支持模块化实现。

角色分类

• 应用开发：关注应用代码开发和运行配置，是应用代码的领域专家，应用开发完成后打包（比如镜像）交给应用运维；
• 应用运维：关注配置和运行应用实例的生命周期，比如灰度发布、监控、报警等操作，是应用运维专家；
• 平台运维：关注应用运行平台的能力和稳定性，是底层（比如 Kubernetes 运维/优化，OS 等）的领域专家。

核心概念

服务组件（Component Schematics）

• 工作负载类型（Workload type）：表明该组件运行时的工作负载依赖；
• 元数据（Metadata）：面向组件用户的一些描述性信息；
• 资源需求（Resource requirements）：组件运行的最小资源需求，比如最小内存，CPU 和文件挂载需求；
• 参数（Parameters）：可以被运维人员配置的参数；
• 工作负载定义（Workload definition）：工作负载运行的一些定义，比如可运行包定义（ICO images, Function等）。

应用边界（Application Scopes）

• 元数据（Metadata）：面向应用边界用户的一些描述性信息。
• 类型（Type）：边界类型，不同类型提供不同的能力；
• 参数（Parameters）：可以被运维人员配置的参数。

运维特征（Traits）

• 元数据（Metadata）：面向特征用户的一些描述性信息；
• 适用工作负载列表（Applies-to list）：该特征可以应用的工作负载列表；
• 属性（Properties）：可以被运维人员配置的属性。

工作负载类型和配置（Workload types and configurations）

• 元数据（Metadata）：面向工作负载用户的一些描述性信息；
• 工作负载设置（Workload Setting）：可以被运维人员配置的设置。

应用配置（Application configuration）

• 元数据（Metadata）：面向应用配置用户的一些描述性信息；
• 参数覆盖（Parameter overrides）：可以理解为变量定义，可以被组件、特征、应用边界的参数引用；
• 组件设置（Component）：构成应用的全部组件都在这里设置；
• 绑定组件的运维特征配置（Trait Configuration）：绑定的特征列表及其参数。

一个云原生应用由一组相互关联但又离散独立的组件构成，这些组件实例化在合适的运行时上，由配置来控制行为并共同协作提供统一的功能。

一个 Application 由一组 Components 构成，每个 Component 的运行时由 Workload 描述，每个 Component 可以施加 Traits 来获取额外的运维能力，同时我们可以使用 Application scopes 将 Components 划分到 1 或者多个应用边界中，便于统一做配置、限制、管理。

怎么用？

四个概念

• 应用组件（包含对工作负载的依赖声明）；【开发人员关心】
• 工作负载；【平台关心】
• 运维特征；【平台关心】
• 应用边界；【平台关心】

一个动作

• 下发应用配置；【运维人员关心】

• 开发者提供组件，使用平台的工作负载；
• 运维人员关注一个动作实例化四个概念；
• 平台方需要提供工作负载，运维特征，应用边界，并且托管用户的应用组件；

例子

• 开发者创建 2 个组件

apiVersion: core.oam.dev/v1alpha1
kind: ComponentSchematic
metadata:
  name: frontend
  annotations:
    version: v1.0.0
    description: "A simple webserver"
spec:
  workloadType: core.oam.dev/v1.Server
  parameters:
    - name: message
      description: The message to display in the web app.
      type: string
      value: "Hello from my app, too"
  containers:
    - name: web
      env:
        - name: MESSAGE
          fromParam: message
      image:
        name: example/charybdis-single:latest

apiVersion: core.oam.dev/v1alpha1
kind: ComponentSchematic
metadata:
  name: backend
  annotations:
    version: v1.0.0
    description: "Cassandra database"
spec:
  workloadType: data.oam.dev/v1.Cassandra
  parameters:
    - name: maxStalenessPrefix
      description: Max stale requests.
      type: int
      value: 100000
    - name: defaultConsistencyLevel
      description: The default consistency level
      type: string
      value: "Eventual"
  workloadSettings:
    - name: maxStalenessPrefix
      fromParam: maxStalenessPrefix
    - name: defaultConsistencyLevel
      fromParam: defaultConsistencyLevel

• OAM 平台提供 Ingress Trait

apiVersion: core.oam.dev/v1alpha1
kind: Trait
metadata:
  name: Ingress
spec:
  type: core.oam.dev/v1beta1.Ingress
  appliesTo:
    - core.oam.dev/v1alpha1.Server
  parameters:
    properties: |
      {
        "$schema": "http://json-schema.org/draft-07/schema#",
        "type": "object",
        "properties": {
          "host": {
            "type": "string",
            "description": "ingress hosts",
          },
          "path": {
            "type": "string",
            "description": "ingress path",
          }
        }
      }

• OAM 平台提供网络应用边界

apiVersion: core.oam.dev/v1alpha1
kind: ApplicationScope
metadata:
  name: network
  annotations:
    version: v1.0.0
    description: "network boundary that a group components reside in"
spec:
  type: core.oam.dev/v1.NetworkScope
  allowComponentOverlap: false
  parameters:
    - name: network-id
      description: The id of the network, e.g. vpc-id, VNet name.
      type: string
      required: Y
    - name: subnet-ids
      description: >
        A comma separated list of IDs of the subnets within the network. For example, "vsw-123" or ""vsw-123,vsw-456".
        There could be more than one subnet because there is a limit in the number of IPs in a subnet.
        If IPs are taken up, operators need to add another subnet into this network.
      type: string
      required: Y
    - name: internet-gateway-type
      description: The type of the gateway, options are 'public', 'nat'. Empty string means no gateway.
      type: string
      required: N

apiVersion: core.oam.dev/v1alpha1
kind: ApplicationConfiguration
metadata:
  name: my-vpc-network
spec:
  variables:
    - name: networkName
      value: "my-vpc"
  scopes:
    - name: network
      type: core.oam.dev/v1alpha1.Network
      properties:
        - name: network-id
          value: "[fromVariable(networkName)]"
        - name: subnet-ids
          value: "my-subnet1, my-subnet2"

• 应用运维部署整个应用

apiVersion: core.oam.dev/v1alpha1
kind: ApplicationConfiguration
metadata:
  name: custom-single-app
  annotations:
    version: v1.0.0
    description: "Customized version of single-app"
spec:
  variables:
    - name: message
      value: "Well hello there"
    - name: domainName
      value: "www.example.com"
  components:
    - componentName: frontend
      instanceName: web-front-end
      parameterValues:
        - name: message
          value: "[fromVariable(message)]"
      traits:
        - name: Ingress
          properties:
            - name: host
              value: "[fromVaraible(domainName)]"
            - name: path
              value: "/"
      applicationScopes:
        - my-vpc-network
    - componentName: backend
      instanceName: database
      applicationScopes:
        - my-vpc-network

服务组件（Component Schematic）

• 定义字段是 Kubernetes 的子集，因为 OAM 是更高的抽象；
• OAM Spec 的底层运行时可以不是 Kubernetes

定义

顶层属性

Metadata

Spec

• core.oam.dev/v1alpha1.Singleton

• alibabacloud.com/v1.Function

• streams.oam.io/v1beta2.Kafka

• 核心工作负载类型

• Server：定义了容器运行时可以运行 0 或多个容器实例，该工作负载提供了冗余的可扩缩容的多副本常驻服务，在 K8s 平台可以使用 Deployment 或者 Statefulset 加上 Service 来实现；
• Singleton Server：定义了容器运行时只能运行一个容器实例，该工作负载提供了无法冗余的单副本常驻服务，在 K8s 平台可以使用副本为 1 的 Statefulset 加上 Service 来实现；
• Worker：定义了容器运行时可以运行 0 或多个容器实例，该工作负载提供了冗余的可扩缩容的多副本常驻实例但是不提供服务，在 K8s 平台可以使用 Deployment 或者 Statefulset 来实现；
• Singleton Worker：定义了容器运行时只能运行一个容器实例，该工作负载提供了无法冗余的单副本常驻实例但是不提供服务，在 K8s 平台可以使用副本为 1 的 Statefulset 来实现；
• Task：定义了非常驻可冗余的容器运行时，运行完就退出，可以赋予扩缩容特性，在 K8s 平台可以使用 Job 来实现；
• Singleton Task：定义了非常驻非冗余的容器运行时，运行完就退出，在 K8s 平台可以使用 completions=1 的 Job 来实现。

• 扩展工作负载类型

• 丢失了期望的 k/v 对；
• 不认识的 k/v 对；

例子

使用核心工作负载 Server 的组件声明

apiVersion: core.oam.dev/v1alpha1
kind: ComponentSchematic
metadata:
  name: frontend
  annotations:
    version: v1.0.0
    description: >
      Sample component schematic that describes the administrative interface for our Twitter bot.
spec:
  workloadType: core.oam.dev/v1alpha1.Server
  osType: linux
  parameters:
  - name: username
    description: Basic auth username for accessing the administrative interface
    type: string
    required: true
  - name: password
    description: Basic auth password for accessing the administrative interface
    type: string
    required: true
  - name: backend-address
    description: Host name or IP of the backend
    type: string
    required: true
  containers:
  - name: my-twitter-bot-frontend
    image:
      name: example/my-twitter-bot-frontend:1.0.0
      digest: sha256:6c3c624b58dbbcd3c0dd82b4c53f04194d1247c6eebdaab7c610cf7d66709b3b
    resources:
      cpu:
        required: 1.0
      memory:
        required: 100MB
    ports:
    - name: http
      value: 8080
    env:
    - name: USERNAME
      fromParam: 'username'
    - name: PASSWORD
      fromParam: 'password'
    - name: BACKEND_ADDRESS
      fromParam: 'backend-address'
    livenessProbe:
      httpGet:
        port: 8080
        path: /healthz
    readinessProbe:
      httpGet:
        port: 8080
        path: /healthz

使用扩展工作负载的组件声明

apiVersion: core.oam.dev/v1alpha1
kind: ComponentSchematic
metadata:
  name: alibabacloudFunctions
  annotations:
    version: v1.0.0
    description: "Extended workflow example"
spec:
  workloadType: alibabacloud.com/v1.Function
  parameters:
  - name: github-token
    description: GitHub API session key
    type: string
    required: true
  workloadSettings:
    - name: source
      value: git://git.example.com/function/myfunction.git
    - name: github_token
      fromParam: github-token

总结

应用边界（Application scopes）

• 应用边界应该描述该组组件实例的共有行为和元数据；
• 一个组件可以同时部署到多个不同类型的应用边界中；
• 应用边界类型可以决定组件是否可以部署到多个相同的应用边界类型实例；
• 应用边界可以用于不同组件分组以及不同 infra 能力之间的连接机制，比如 networking 或者外部能力（如验证服务）；

• A、B、C 三个组件部署到了相同的 Health scope，该 scope 会收集所有属于这个边界的组件状态和信息，可以给 Traits 或者其他组件使用；
• 组件 A 和 B、C、D 的网络边界是隔离的，这允许 infra 运维提供不同的 SDN 设置，控制不同分组的流量流入/流出规则；

类型

• 核心应用边界类型
• 扩展应用边界类型

核心应用边界类型

• 必须是 core.oam.dev 命名空间；
• 必须被全部实现；
• 核心工作负载类型实例必须部署到所有核心应用边界类型实例中；
• 运行时必须为每种应用边界类型提供默认的应用边界实例；
• 运行时如果组件实例没有指定特定的应用边界，必须将该组件实例部署到默认应用边界实例上；

扩展应用边界类型

定义

例子

Network scope（core）

apiVersion: core.oam.dev/v1alpha1
kind: ApplicationScope
metadata:
  name: network
  annotations:
    version: v1.0.0
    description: "network boundary that a group components reside in"
spec:
  type: core.oam.dev/v1.NetworkScope
  allowComponentOverlap: false
  parameters:
    - name: network-id
      description: The id of the network, e.g. vpc-id, VNet name.
      type: string
      required: Y
    - name: subnet-id
      description: The id of the subnet within the network.
      type: string
      required: Y
    - name: internet-gateway-type
      description: The type of the gateway, options are 'public', 'nat'. Empty string means no gateway.
      type: string
      required: N

Health scope（core）

• 应用的变更 Traits 可以监控健康状态来决定何时回滚；
• 监控 Traits 可以监控健康状态来触发报警。

apiVersion: core.oam.dev/v1alpha1
kind: ApplicationScope
metadata:
  name: health
  annotations:
    version: v1.0.0
    description: "aggregated health state for a group of components."
spec:
  type: core.oam.dev/v1alpha1.HealthScope
  allowComponentOverlap: true
  parameters:
    - name: probe-method
      description: The method to probe the components, e.g. 'httpGet'.
      type: string
      required: true
    - name: probe-endpoint
      description: The endpoint to probe from the components, e.g. '/v1/health'.
      type: string
      required: true
    - name: probe-timeout
      description: The amount of time in seconds to wait when receiving a response before marked failure.
      type: integer
      required: false
    - name: probe-interval
      description: The amount of time in seconds between probing tries.
      type: integer
      required: false
    - name: failure-rate-threshold
      description: If the rate of failure of total probe results is above this threshold, declared 'failed'.
      type: double
      required: false
    - name: healthy-rate-threshold
      description: If the rate of healthy of total probe results is above this threshold, declared 'healthy'.
      type: double
      required: false
    - name: health-threshold-percentage
      description: The % of healthy components required to upgrade scope
      type: double
      required: false
    - name: required-healthy-components
      description: Comma-separated list of names of the components required to be healthy for the scope to be health.
      type: []string
      required: false

resource quota scope（extended）

apiVersion: core.oam.dev/v1alpha1
kind: ApplicationScope
metadata:
  name: myResourceQuotas
  annotations:
    version: v1.0.0
    description: "The production configuration for Corp CMS"
spec:
  type: resources.oam.dev/v1.ResourceQuotaScope
  allowComponentOverlap: false
  parameters:
    - name: CPU
      description: maximum CPU to be consumed by this scope
      type: double
      required: Y
    - name: Memory
      description: maximum memory to be consumed by this scope
      type: double
      required: Y

总结

应用特征（Traits）

规则

• 目前并没有机制来显示约定组件的多个 Traits 组合，也就是一个组件应用了 Trait A 无法要求 Trait B 必须应用于该组件，如果在运行时发生存在 Trait A 但是 Trait B 不存在，应该标记 Trait A 失败；
• Traits 应该按照定义的顺序施加到组件上；
• 应用部署只有当所有组件和其 Traits 都正常运行起来才能标记为部署成功；
• OAM 平台应该支持组件施加多个 Traits，这些 Traits 可能是相同的类型；
• OAM 对 Trait 的实现没有任何限制，Trait 一般作用于应用的安装和升级时；

分类

• Core Traits: core Traits 属于 core.oam.dev 分组，是一些必要的运维特征，所有 OAM 平台必须实现；
• Standard Traits: standard Traits 属于 standard.oam.dev 分组里面，是一些常用的运维特征，推荐 OAM 平台实现；
• Extensions Traits: extension Traits 是自定义 Traits，其分组也是自定义，是平台特定的运维特征（通常是特定 OAM 平台差异性）的体现。

定义

例子

Manual Scaler（core）

apiVersion: core.oam.dev/v1alpha1
kind: Trait
metadata:
  name: ManualScaler
  annotations:
    version: v1.0.0
    description: "Allow operators to manually scale a workloads that allow multiple replicas."
spec:
  appliesTo:
    - core.oam.dev/v1alpha1.Server
    - core.oam.dev/v1alpha1.Worker
    - core.oam.dev/v1alpha1.Task
  properties: |
    {
      "$schema": "http://json-schema.org/draft-07/schema#",
      "type": "object",
      "required": ["replicaCount],
      "properties": {
        "replicaCount": {
          "type": "integer",
          "description": "the target number of replicas to scale a component to.",
          "minimum": 0
        }
      }
    }

总结

应用配置（Application Configuration）

• 特定组件的基本信息：名字、版本、描述；
• 组件及其相关组件定义 parameters 的赋值；
• 组件要施加的 Trait 以及 Trait 的配置。

概念

实例与升级（Instances and upgrades）

发行（Releases）

• 如果新的发行包含了旧发行不存在的组件，平台需要创建该组件；
• 如果新的发行不包含旧发行存在的组件，平台需要删除该组件；
• 应用特征和应用边界与组件的变更语义一致。

运行时与应用配置（Runtime and Application Configuration）

• 参数：运维人员在部署时可以定义的参数；
• 应用边界列表：一组应用边界列表，每个应用边界定义对应的参数；
• 组件实例定义：定义一个组件实例如何部署，这个定义本身有 3 个部分：
• 组件参数的定义；
• Traits 列表：每个 Trait 定义对应的参数；
• 应用边界列表：该组件应该部署到的应用边界列表。

定义

例子

apiVersion: core.oam.dev/v1alpha1
kind: ApplicationConfiguration
metadata:
  name: my-app-deployment
  annotations:
    version: v1.0.0
    description: "Description of this deployment"
spec:
  variables:
    - name: VAR_NAME
      value: SUPPLIED_VALUE
  scopes:
    - name: core.oam.dev/v1alpha1.Network
      parameterValues:
        - name: PARAM_NAME
          value: SUPPLIED_VALUE
  components:
    - componentName: my-web-app-component
      instanceName: my-app-frontent
      parameterValues:
        - name: PARAMETER_NAME
          value: SUPPLIED_VALUE
        - name: ANOTHER_PARAMETER
          value: "[fromVariable(VAR_NAME)]"
      traits:
        - name: Ingress
          properties:
            CUSTOM_OBJECT:
              DATA: "[fromVariable(VAR_NAME)]"

总结

工作负载类型（Workload Types）

定义

价值

1. 从基础设施层面

2. 从应用运维者层面

3. 从应用开发者层面

下一步

• 将接入更多的云产品服务，为用户将跨平台应用交付的能力最大化；
• 提供 OAM framework 等工具和框架，帮助新的 OAM 平台开发者去快速、简单地搭建 OAM 服务，接入 OAM 标准；
• 推动开源生态建设，以标准化的方式帮助“应用”高效和高质量地交付到任何平台上去。