Go 原生开发需要掌握哪些知识

第一部分：Go 语言基础

模块一：Go 语言特性

教学目标：

  • 理解 Go 语言基本语法
  • 理解 Go 语言常用数据类型
  • 理解 Go 语言常用小技巧
  • 深入理解 Go 语言的多线程编程

针对的用户痛点：

  • 云原生从业者因为未熟练掌握 Go 语言，在阅读 Docker、containerd、Kubernetes 代码时有困难
  • 未熟练掌握 Go 语言，在需要编写云原生组件时无法高效率高质量交付

通过学习掌握的核心能力：

  • 阅读 Go 语言代码的能力
  • 用 Go 语言编写应用程序的基本能力
  • 用 Go 语言编写一个 Kubernetes 中最常见的生产者消费者小程序

详细内容：

  • Go 语言编译环境设置
  • Go 语言常用数据结构
  • Go 语言函数调用，深入理解 Channel 并基于 Channel 编写一个生产者消费者程序

 

模块二：使用 Go 语言编写一个小 Demo

教学目标：

  • 理解 Go 语言的调度原理
  • 理解 Go 语言的内存管理
  • Go 语言依赖管理
  • Go 语言调试和问题分析 pprof

针对的用户痛点：

  • 对 Goroutine 无深入理解，无法利用 Go 语言强大的并发能力
  • 面对众多的 Go 语言项目包依赖管理工具无所适从，不知道该用哪一个工具
  • 针对 Go 语言编写的程序，不知道如何调试

通过学习掌握的核心能力：

  • 了解 Go 语言的高级话题，如线程调度原理，内存管理等，使得学员有能力编写高效程序
  • 理解 Go 语言的依赖管理方法，以便能够正确地管理项目依赖
  • 学会用 pprof 对应用运行时的调用栈、内存等进行分析
  • 学会用 Go 语言编写一个简单的 HTTP 服务器供后续云原生应用使用

详细内容：

  • Goroutine 的调度
  • 内存管理
  • 学会用 Go 语言编写一个简单的 HTTP 服务器

第二部分：云原生技术栈

模块三：Docker 核心技术

  • 教学目标：
  • 理解容器特性以及相比虚拟化技术所具备的优势
  • 了解容器技术的实现细节：Namespace、cgroup、文件系统

针对的用户痛点：

  • 分不清容器技术和虚拟化技术的差异，在做技术决策时没有理论支撑
  • 因为不了解技术原理，排查容器问题时毫无头绪

通过学习掌握的核心能力：

  • 了解 Namespace 技术的原理以及基于 Namespace 的问题排查方法
  • 理解 cgroup 控制资源限额的方法，查看 cgroup 配置并临时调整 cgroup 配置
  • 理解容器文件系统如何高效管理运行时和数据
  • 理解容器网络，为进一步理解 Kubernetes 网络插件奠定基础
  • 基于 Dockerfile 将应用程序打包成容器镜像

详细内容：

  • 容器技术的本质以及技术优势，Namespace、cgroup、文件系统、网络连通
  • 容器镜像与镜像仓库
  • 将 Go 语言编写的 HTTP 服务器打包成容器镜像

模块四：Kubernetes 架构原则和对象设计

教学目标：

  • 理解 Kubenretes 架构原则
  • 理解 Kubernetes 的对象设计与 API 定义
  • 理解 Kubernetes 控制器模式与多组件联动机制

针对的用户痛点：

  • 对 Kubernetes 有简单认知，但无法编写出高效的、符合云原生规范和最佳实践的组件
  • 对组件和基本对象只有浅层次的理解，对 API 的统一性和差异性无深入理解
  • 不了解 Kubernetes 的控制器原理，对 Kubernetes 控制面板组件如何运作无深入理解

通过学习掌握的核心能力：

  • 动手搭建 Kubernetes 环境
  • 理解 Kubernetes 架构原则
  • 理解 Kubernetes API 定义的设计原则，理解 Kubernetes 对象中的重要属性
  • 理解 Kubernetes 控制器的联动机制

详细内容：

  • 环境搭建
  • Kubernetes 架构优势及架构原则
  • Kubernetes 核心组件
  • Kubernetes 对象设计与 API 定义
  • Kubernetes 控制器模式

 

模块五：Kubernetes 控制平面组件：etcd

教学目标：

  • 深入理解 Kubernetes 的唯一数据存储组件 etcd
  • 掌握构建生产系统中 etcd 集群的方法
  • 熟悉 etcd 的优化管理，了解灾备方案

针对的用户痛点：

  • 对 etcd 的实现机制不了解，不知道在生产化应用过程中可能遇到的问题
  • 不知道应该如何构建生产系统中的 etcd 集群
  • 不知道如何进行数据的备份和灾难恢复

通过学习掌握的核心能力：

  • 理解 Raft 协议的工作机制和 etcd 的实现原理，针对 etcd 生产系统的配置优化以及数据灾备
  • 深入理解 API Server 的实现机制，包括与企业认证系统整合、鉴权、准入插件的实现等等
  • 深入理解 Kubernetes 的对象实现
  • 如何构建高可用的 etcd 和 API Server 控制平面

详细内容：

  • 深入理解 Kubernetes 的数据存储 etcd
  • 了解 Raft 协议
  • 生产系统中 etcd 的配置
  • etcd operator
  • etcd 的灾备方案
  • 生产系统中常见问题解析

模块六：Kubernetes 控制平面组件：API Server

教学目标：

  • 深入理解 Kubernetes API Server 的实现机制
  • 掌握基于 API Server Webhook 的整合方案

针对的用户痛点：

  • 缺乏对 Kubernetes 对象实现方法的理解
  • 对 API Server 缺乏理解，不知道如何与企业认证系统整合，不会基于鉴权准入等机制打造多租户 Kubernetes 平台

通过学习掌握的核心能力：

  • 理解 Kubernetes 对象设计的实现机制
  • 理解 API Server 缓存的工作机制
  • 掌握生产系统中 API Server 的常用配置
  • 掌握 API Server 与企业生态系统的整合方法

详细内容：

  • 深入理解 Kubernetes API Server
  • API Server 代码走读
  • 理解 internalVersion、externalVersion 和 storageVersion
  • 理解 conversion
  • 基于 client-go 生成 Kubernetes 框架代码
  • 理解 lister 和 informer 框架
  • 理解 API Server 缓存
  • API Server 与企业生态系统的整合：认证接入、鉴权、准入控制
  • API Server 常用配置与常见问题解析

模块七：Kubernetes 控制平面组件：调度器和控制器

教学目标：

  • 理解 Kubernetes 调度器原理以及常用调度插件
  • 理解 Kubernetes 调度的常用技巧，利用亲和性与反亲和性进行调度
  • 理解 Kubernetes 的常见控制器
  • 深入理解 Kubelet 对 Pod 声明周期的管理

针对的用户痛点：

  • 对 Kubernetes 调度器无深入理解，在 Pod 无法调度时，不知道如何排查问题
  • 不会利用 Kubernetes 调度器实现应用的高效、高可用部署
  • 对 Kubernetes 控制器缺乏全面认知
  • 对 Kubernetes 如何管理 Pod 生命周期缺乏认知

通过学习掌握的核心能力：

  • 排查调度故障，利用调度器实现应用的高可用部署
  • 扩展对 Kubernetes 控制器的认知，理解更多的 Kubernetes 控制平面行为
  • 深入理解 CRI、CNI 和 CSI

详细内容：

  • 深入理解 Kubernetes 调度器
  • 深入理解 Kubenretes 控制器
  • 深入理解 Kubelet
  • 如何运行你的 Pod（CRI、CNI、CSI）
  • Kubelet Pod 代码走读
  • containerd 代码走读
  • CNI 代码走读
  • 全方位的 CSI 一站式解决方案：Rook

 

模块八：Kubernetes 控制平面组件：生命周期管理和服务发现

教学目标：

  • 深入理解 Pod 的完整生命周期和就绪状态控制
  • 深入理解 Pod 状态控制对应用可用性的影响
  • 深入理解 Kubernetes 中的服务发现机制，包括负载均衡配置和域名服务

针对的用户痛点：

  • 解决日常运维的困扰，比如，在 Pod 初始化或故障转移时或者版本发布时，如何不影响业务？
  • 我发布的服务经常出现服务中断，是缺了什么配置吗？

通过学习掌握的核心能力：

  • 理解 Pod 的完整生命周期，如何初始化、如何控制就绪状态、如何探活、如何优雅终止
  • 如何发布服务，如何剔出异常实例

详细内容：

  • 深入理解 Kubernetes 的服务实例对象 Pod：Pod 生命周期详解、健康探针、ReadinessGate
  • 深入理解 Kube-Proxy：如何发布你的服务、代码走读、负载均衡配置
  • 域名管理
  • 基于 Ingress 以及 Service API 的入站流量管理

模块九：生产化集群的管理

教学目标：

  • 掌握生产化集群的搭建技术
  • 掌握生产化集群持续运维过程中最重要的节点管理能力
  • 如何在不影响业务的前提下完成 Kubernetes 升级

针对的用户痛点：

  • 不知道如何快速构建本地集群供研发测试使用
  • 未掌握构建生产化集群的方法，缺少对集群节点的管控，节点出现故障以后需要人为介入
  • 如何实现生产化集群的管理，比如计算节点的监控与管理
  • 不了解完成了集群搭建以后离生产化还有多远

通过学习掌握的核心能力：

快速构建本地集群的能力

理解 Kubernetes 集群构建的原理，掌握搭建 Kubernetes 集群的能力

基于 Cluster API 完成生产化集群的构建和持续运维

详细内容：

  • 利用 kind 构建本地集群
  • 利用 kubeadm 构建基于虚拟机的集群
  • 利用 Cluster API 完成生产化集群的搭建
  • 持续运维的考量：节点健康检查、Kubernetes 升级、主机操作系统升级

模块十：Kubernetes 的生产化运维

教学目标：

  • 如何实现基于 Kubernetes 的 CI/CD
  • 如何实现生产化集群的监控

针对的用户痛点：

  • 缺少企业统一的镜像仓库
  • 镜像安全应该如何保证
  • 企业缺少持续集成持续部署能力
  • 缺少对整个集群的监控，希望实现无人值守

通过学习掌握的核心能力：

  • 打造持续集成平台
  • 基于自动化管理生产化集群
  • 实现对集群控制面板以及重要应用的监控和告警

详细内容：

  • 镜像仓库和容器镜像缓存
  • 镜像扫描和镜像安全保证
  • 基于 Kubernetes、Jekins、Tekton 打造 CI/CD Pipeline
  • 集群监控：日志收集和分析，事件、指标和告警（Event、Metrics 和 Alert）

模块十一：将应用迁移至 Kubernetes 平台

教学目标：

  • 如何将无状态应用发布到 Kubernetes 平台
  • 如何基于 Kubernetes 原生能力将有状态应用发布到 Kubernetes 平台
  • 基于 Kubernetes 对象扩展，将更复杂的应用发布到 Kubernetes 平台

针对的用户痛点：

  • 缺少将应用发布到 Kubernetes 平台上的理论指导
  • 对于有状态应用，更不知道如何借助 Kubernetes 平台的优势进行处理

通过学习掌握的核心能力：

  • 掌握 Kubernetes 提供的应用管理框架，包括有状态应用和无状态应用
  • 掌握 Operator 模式，具备通过 Kubebuilder 构建自己的 CRD，并且基于 CRD 编写控制器的能力
  • 利用 Kubebuilder 完成控制器的测试和发布
  • 借助 Helm 完成复杂的应用模板管理

详细内容：

  • 应用容器化
  • 无状态应用移植到 Kubernetes 平台的考量
  • 有状态应用移植到 Kubernetes 平台的考量
  • 理解 Operator
  • 借助 Kubebuilder 开发一个 Operator
  • 借助 Helm 管理应用发布

 

模块十二：基于 Istio 的高级流量管理

教学目标：

  • 理解基于 TCP/UDP 协议的 Kubernetes Service 的局限性
  • 理解 Kubernetes 入站流量管理的场景和原生方案
  • 理解原生方案的局限性和社区的方向
  • 深入理解 Envoy 的服务发现机制、线程模型以及扩展机制
  • 理解如何基于 Istio 实现入站、出站流量管理以及服务网格管理

针对的用户痛点：

  • 社区的 Ingress 对象无法毕业，为支持生产化应用，应该用什么方案提供入站流量支撑
  • Envoy 为什么变成了 Kubernetes 中七层代理的首选
  • 社区爆火的 Istio 背后的技术驱动力是什么，我应该选 Istio 作为入站流量管理平面组件吗

通过学习掌握的核心能力：

  • 深入理解 Envoy 的实现机制
  • 深入理解 Istio 的实现机制，了解为什么 Istio 会成为服务网格的标准

详细内容：

  • 入站流量管理 Ingress 和 Service API
  • Istio 和 Envoy
  • 深入理解 Envoy：发现机制、线程模型、filter 机制、高级特性
  • 深入理解 Isito：入站流量、出站流量、Service Mesh（服务网格）、Istio 服务发现代码走读

5. 安全保证

模块十三：Kubernetes 集群联邦和 Istio 多集群管理

教学目标：

  • 如何通过集群联邦的统一控制平面管理多个集群
  • 如何部署跨地域的高可用应用
  • 如何通过 Istio 多集群方案管理跨集群的 Service Mesh（服务网格）

针对的用户痛点：

  • 针对真正的生产化应用，跨地域部署是确保应用高可用的一个强需求，那么如何管理多个 Kubernetes 集群
  • 针对跨集群部署的应用，如何确保其接入流量高可用，如何借助 Istio 实现这一目的

通过学习掌握的核心能力：

  • Kubernetes 集群联邦的实现原理和配置方法
  • Istio 多集群实现原理和配置方法

详细内容：

  • Kubernetes 集群联邦
  • 基于集群联邦的跨地域高可用部署
  • 基于 Istio 多集群的流量高可用方案

模块十四：基于 Kubernetes 和 Istio 的安全保证

教学目标：

  • 理解传统安全架构的挑战
  • 掌握零信任架构的意义和机遇
  • 掌握 Kubernetes 平台本身的安全保证手段
  • 学习如何基于 Kubernetes 和 Istio 实现对应用的隔离和安全保证

针对的用户痛点：

  • 如何确保 Kubernetes 平台的安全性
  • 如何确保 Kubernetes 中数据保存的安全性
  • 如何确保 Kubernetes 上运行应用的安全性

通过学习掌握的核心能力：

  • 如何保证 etcd 中保存的数据安全性
  • 如何保证 Kubernetes 控制面板的安全性
  • 如何确保 API 网关的安全性
  • 对应用进行安全隔离
  • 如何基于零信任架构完成应用的认证和授权

详细内容：

  • 理解 etcd 的加密方法
  • 掌握 Kubernetes 控制面板的安全配置
  • 掌握应用隔离的常规手段以及在 Kubernetes 中配置的方式
  • 掌握 API 网关的安全配置
  • 了解基于 Istio 的认证鉴权机制

第三部分：云原生项目实战

模块十五：微服务项目的开发和部署案例

教学目标：

完成一个复杂的异构的微服务系统在 Kubernetes 平台上的部署，以 Istio 的 Bookinfo 为例

针对的用户痛点：

  • 随着业务复杂度的增加，微服务的部署和运维变得越来越有挑战性，如何保证微服务应用部署的高性能是一个复杂问题
  • 如何基于熔断、限流等手段保护核心业务
  • 如何基于基础架构平台确保应用安全

通过学习掌握的核心能力：

  • 基于微服务架构的复杂应用部署
  • 熔断、限流、故障注入
  • 应用的安全保证

详细内容：

本模块是之前所有模块的综合复习模块，希望借助本模块完成基于 Kubernetes 框架下面微服务治理这一重要命题的回顾和总结。

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