《企業級雲原生部署終極指南》

第 1 章：
成功的企業雲原生部署

「雲原生」是一種用於建置和執行應用程式的方法論，旨在充分利用雲端運算交付模式所帶來的優勢。歸根究柢，雲原生所關注的是應用程式的建置、部署與管理方式，而非它們所在的位置。

根據第八年度 Nutanix 企業雲端指數報告，當今企業正在各種環境中執行容器化應用程式，其中：「57% 採用託管服務供應商，53% 則採用公有雲。」52% 的企業在地端或私有雲中執行這些系統。「51% 的企業在邊緣執行程式容器化應用程式。」影響容器部署地點決策的三大因素分別是：技術性能（76%）、跨環境的一致性（75%），以及法規、資安與資料主權（75%）。

展望未來三年，絕大多數（87%）的高階主管預期，其組織內的應用程式容器化程度將會提高。

雲原生方法仰賴一套技術生態系統，包含容器、微服務、無伺服器功能以及基礎架構，這些通常由 Kubernetes® 進行協調。過去十年間，雲原生生態系統已發展成一套龐大且多元的功能體系，涵蓋自動化、安全網路、基礎架構可觀察性，以及其他數十種功能，這些功能大多在雲原生運算基金會（CNCF）的統籌下運作。該基金會負責託管、維護並推動一系列廠商中立的開放原始碼專案，其中包括 Kubernetes。這個生態系統的豐富性，促使雲端服務供應商與企業紛紛廣泛採用雲原生技術。

雲原生方法讓企業能夠建構高度可擴展的應用程式，這些應用程式可橫跨動態環境，包括公有雲、私有雲、混合雲以及邊緣環境。

移向雲原生的轉型是企業的當務之急，這股趨勢源於市場對速度與智慧的不懈需求：

• 加速軟體交付：在數位經濟中，軟體交付的速度正是企業的競爭優勢所在。雲原生架構將服務脫鉤，讓開發團隊能夠獨立且頻繁地推送更新，而不必等待單體式軟體的發布時段。

• 建立適合人工智慧的基礎架構：雲原生是人工智慧（AI）與機器學習（ML）不可或缺的基礎。AI 工作負載通常能從容器化環境所提供的可擴展性、可攜性及資源效率中獲益。

企業面臨的挑戰

儘管優勢顯而易見，但邁向企業級雲原生部署的道路仍面臨許多挑戰：

• 負責管理 Kubernetes 的開發人員：當平台工程團隊 無法提供「統包」的平台時，開發人員便被迫自行管理 Kubernetes。這不僅浪費寶貴的編碼時間，更增加了複雜性。

• 超越雲端的雲原生：許多企業目前仍主要在公有雲上執行雲原生作業。當它們開始從雲端延伸至資料中心和邊緣節點時，情況可能會變得棘手。

• 容器與虛擬機器（VM）的孤島： 分別為容器和虛擬機器（VM）運作獨立的基礎架構孤島，可能會導致效率低下且成本高昂。86% 同時使用這兩種工具的組織，都希望將它們整合到單一平台上。

• 資料服務的落差：為容器儲存資料通常涉及跨平台與跨廠商的解決方案，導致無狀態微服務與有狀態企業資料需求之間產生脫節。隨著雲原生應用程式的多樣性與複雜性日益增加，您可能需要支援檔案、區塊及物件儲存，並與資料庫等更高層級的資料服務進行整合。

• 運作複雜性：對於平台工程團隊而言，要打造一個能滿足嚴格企業需求（包括安全性、資料保護、成本管理、生命週期管理（LCM）以及高效的「Day-2」運作）的平台，往往頗具挑戰性。

Nutanix 協助彌合公有雲的靈活性與企業資料中心的掌控度之間的落差。Nutanix 協助平台工程團隊大規模部署與營運企業級 Kubernetes 平台，該平台不僅能橫跨資料中心、公有雲及邊緣環境，同時還能與雲原生生態系統緊密整合。透過提供一個完整且靈活的平台，Nutanix 讓運維團隊能夠全面負責控制、安全與韌性，使開發人員能專注於程式碼開發。

您將學習到以下內容：

本指南將探討如何克服 Kubernetes 的複雜性、整合您的資料服務，並在任何環境（從資料中心到邊緣，再到公有雲）中確保您的雲原生技術堆疊的安全性。

第 2 章：
透過全堆疊企業級 Kubernetes 平台，掌握您的雲原生轉型之路

為了應對現代應用程式交付的複雜性，企業需要一套既能兼顧易用性，又能具備企業級強大功能的解決方案。Nutanix Kubernetes Platform（NKP）解決方案建立在三大基礎支柱之上，也就是：簡單、完整與開放，能夠協助解決企業採用雲原生技術時面臨的最棘手挑戰，並在任何環境中建立一致性並降低營運複雜性。

簡單：加速實現價值的時間

NKP 消除了從頭開始建置雲原生平台時所面臨的阻礙。它能自動化基礎架構的佈建，並簡化生命週期管理，相較於傳統方法，更能有效簡化高可用性叢集的部署流程。

完整：已為實際執行環境做好準備

NKP 不僅僅是一個 Kubernetes 引擎；它更是一個「完整的」企業級平台，足以應對您最嚴苛的實際執行環境工作負載：

• 已為實際執行環境做好準備：NKP 包含投入生產環境所需的一切功能，包括網路、可觀察性、儲存整合及機群管理，並具備在裸機或虛擬機器上執行的彈性。

• 加值元件：NKP 整合了強大的 Nutanix 服務，旨在解決企業面臨的特定挑戰：

  • 適用於 Kubernetes 的 Nutanix 資料服務 (NDK)：企業級、具備應用程式感知能力的資料保護與災難復原解決方案。了解更多

  • Nutanix 統一儲存 (NUS)：專為滿足所有雲原生資料需求而設計的高性能區塊、檔案及物件儲存解決方案。了解更多

  • Nutanix 資料庫服務 (NDB)：這是一種「資料庫即服務」(Database-as-a-Service)，可快速且可重複地部署 SQL、NoSQL 及向量資料庫。了解更多

  • Nutanix Enterprise AI (NAI)：為生成式 AI 及其他 AI 模型提供全堆疊支援。了解更多

  • 雲原生 AOS： 適用於裸機的 Nutanix 儲存與資料管理解決方案。了解更多

• NKP Insights & AI Navigator：進階工具提供由人工智慧驅動的深入解析與智慧型疑難排解。

開放：真正的混合雲可攜性

NKP 基於純粹、上游且符合 CNCF 規範的 Kubernetes 建構，可協助您確保對基礎架構的掌控權。我們「不受廠商限制」的策略，旨在簡化工作負載的遷移，並協助平台適應貴組織的需求。

隨時隨地執行 NKP

NKP 可在資料中心、邊緣及公有雲環境中執行，這種架構讓您的雲原生運作能在任何地方使用相同的工具與功能。您可以透過單一平台，在雲端執行開發叢集、在資料中心執行實際執行環境，並在邊緣執行 AI 推斷。

大多數企業需要多個團隊來支援混合運作模式，也就是一個或多個「地端」團隊，再加上針對每個所使用的公有雲而設的額外團隊。NKP 讓單一團隊能夠在不同環境中高效運作，避免備援、統一作業流程，並降低複雜性。

NKP 為企業帶來的效益

對於當今的企業而言，採用全堆疊企業級 Kubernetes 平台能帶來實質的商業效益：

• 簡化生命週期管理（LCM）：手動管理 30 多個生態系統元件（Prometheus、Istio、Fluent Bit 等）的生命週期，會消耗大量資源。由於每個專案每年會發布 3 至 4 次，企業每年可能面臨超過 100 次升級，而每次升級都需進行相應的相容性測試、升級測試等。透過 NKP，您只需升級單一平台，系統便會自動完成叢集、作業系統及附加元件的升級，這些元件皆已通過升級測試與相容性測試。

• 控制營運成本：透過統一管理不同環境（雲端、地端、邊緣）中的叢集，NKP 有助於減少管理分散工具及冗餘團隊所產生的開銷。

• 簡化運作流程 將開發叢集部署於雲端、實際執行環境部署於資料中心內的 Nutanix 雲端基礎架構（NCI），並在邊緣執行 AI 推斷（或任意組合的環境），所有環境皆由單一團隊透過單一管理介面進行管理。

• 加速軟體交付：透過統一的自助服務體驗，縮短產品上市時間，讓開發人員能夠輕鬆且無延遲地使用關鍵工具並調用資料服務。

• 提升安全性：採用「預設即安全」的設計理念 ，具備集中式身分驗證、自動強制執行政策以防止組態偏移，並符合 CIS 強化基準。

  • 隔離式支援：採用「實體隔離優先」的設計理念，透過自包含映像簡化在離線環境中的部署流程，此類映像無需外部相依關係，亦無需暴露於公開註冊庫。

第 3 章：
解決各處的雲原生挑戰

現代企業應用程式極少僅限於單一地點。NKP 能滿足最複雜的混合多雲運作需求，並在資料中心、邊緣運算及公有雲之間提供一致的運作模式。

Nutanix 有助於降低所有路徑的複雜性

資料中心

對於核心資料中心的雲原生部署，Nutanix 建議在Nutanix 雲端基礎架構 (NCI) 上執行虛擬化的 Kubernetes。NCI 為關鍵任務微服務提供了一個具備韌性、自我修復及高性能的基礎架構，將虛擬化的彈性與容器的密度完美結合。將 NKP 與 NCI 結合，可打造一套全堆疊解決方案，不僅能簡化並加速資料中心的部署，還能讓您充分利用 Kubernetes 的各項功能，例如動態調整規模的叢集、暫時性叢集以及自訂規模的虛擬節點。

邊緣

邊緣環境通常面臨嚴格的資源限制與性能要求。雲原生 AOS為在裸機上執行的 NKP 節點，提供 Nutanix 儲存堆疊的企業級功能集。這使邊緣據點能夠享有企業級儲存韌性，包括快照、複製及災難復原，而無需仰賴虛擬化層或第三方儲存解決方案。雲原生 AOS 的設計旨在讓即使是輕量級的邊緣叢集，也能具備企業級的資料保護功能。

雲端

許多企業在雲端環境中已對 Kubernetes 展現出強烈的承諾。NKP 讓您能夠管理原生 EKS 和 AKS 叢集，同時簡化本地端與雲端運作的整合與管理。

Cloud Native AOS 將 Nutanix 資料服務延伸至公有雲 Kubernetes（例如 EKS 或 AKS），進而彌合雲原生敏捷性與企業資料服務等級協議（SLA）之間的落差。

實體隔離環境

對於軍事、政府或受嚴格監管的產業而言，連線至網際網路以取得容器映像檔，可能會違反某些安全政策或要求。NKP 透過整合所有必要的相依關係和構建產出，簡化了在離線環境中部署叢集的流程，協助關鍵任務系統在無需外部連線的情況下安全執行。

簡化複雜環境中的 Kubernetes 管理

要在各種不同的環境中管理叢集機群，可能會讓人感到不知所措。NKP 提供進階功能，有助於簡化管理，即使是在最複雜、最分散的環境中：

• NKP Insights 扮演自動化可靠性工程師的角色，運用最佳做法與資安基準掃描叢集，在異常狀況導致服務中斷之前即予以偵測。

• AI Navigator 提供了一個整合式聊天機器人，讓平台工程師能夠透過自然語言來排除問題。研究顯示，手動進行根本原因分析會延長平均修復時間（MTTR），而運用大型語言模型（LLMs）及其他人工智慧技術則能簡化根本原因分析流程。

• 透過 Prism Central 的整合功能，管理員可透過單一介面，同時檢視 Kubernetes 叢集與虛擬機器基礎架構。

第 4 章：
充分發揮資料的價值

容器的設計使其具有短暫且無狀態的特性。雖然容器是無狀態的，但大多數應用程式本身卻是有狀態的，需要永續性資料和進階的儲存功能。在分散式 Kubernetes 環境中管理這類永續性資料，會面臨性能、高可用性（HA）以及多協定存取方面的獨特挑戰。

為了能在實際執行環境中自信地執行具有狀態的應用程式，企業必須建置一個能提供以下功能的資料平台：

• 智慧型資料管理：具備應用程式感知快照、複本及複製等進階功能。

• 性能：針對要求嚴苛的工作負載（尤其是資料庫與人工智慧），提供低延遲與高輸送量。

• 通用儲存能力：可輕鬆存取區塊、檔案及物件儲存功能。

• 安全性與政策：隨應用程式一同部署的資料保護與安全性政策。

• 操作簡便：日常運作無需具備專業的儲存知識。

• 可擴展性：可在任何規模下部署，並隨需求增長而擴展，同時不犧牲性能或韌性。

Nutanix 透過一套專為雲原生時代設計的完整儲存與資料管理解決方案，來應對這些挑戰。

Nutanix 統一儲存（NUS）

現代的雲原生應用程式極少僅依賴區塊儲存。他們通常需要共用檔案系統，或是用於儲存非結構化資料的 S3 相容物件儲存。開發人員在雲端環境中工作時，往往將儲存服務的可用性視為理所當然，但在地端環境中要提供必要的儲存服務，通常需要投入大量工作。

Nutanix 統一儲存將區塊、檔案及物件儲存服務整合至您的 Nutanix 環境中，無需再配置獨立的儲存系統或外部資料服務。 

我們的「檔案儲存」與「物件儲存」服務提供經過實證的高性能資料存取能力，足以滿足包括人工智慧在內，最嚴苛的應用程式需求。

適用於 Kubernetes 的 Nutanix 資料服務（NDK）

Nutanix Data Services for Kubernetes 透過容器儲存介面 (CSI)，將 Nutanix 統一儲存的強大功能延伸至 Kubernetes，將儲存從被動資源轉變為具備快照、複本和複製等進階功能的主動式資料服務。

NDK 支援跨站點的區塊與檔案儲存同步及非同步複製，讓您能以與傳統虛擬機器 (VM) 應用程式相同的嚴謹度與可靠性，保護 Kubernetes 工作負載。重要的是，NDK 讓您能夠透過 Kubernetes 宣言直接管理災難復原政策，進而實現真正的「基礎架構即程式碼」來保護資料。開發人員現在可以在部署流程中，定義應用程式層級的複製排程。

圖 1.Nutanix 資料服務 for Kubernetes 可為雲原生應用程式提供企業級的災難復原功能。

Nutanix 資料庫服務（NDB）

開發人員已習慣在公有雲中使用資料庫即服務（例如 Amazon RDS），但他們需要其他解決方案，讓資料庫在資料中心或邊緣環境中更易於使用。

Nutanix 資料庫服務（NDB）透過提供「資料庫即服務」（DBaaS），簡化了資料庫操作，讓使用者能夠輕鬆地在地端及雲端部署和使用各種資料庫。

NDB 可自動化執行資料庫（包括 PostgreSQL、MongoDB 及 MySQL）的佈建、修補程式套用與備份作業。這些資料庫服務可由在 NKP 上執行的應用程式輕鬆使用。透過 NDB Kubernetes Operator，開發人員或平台團隊可運用「基礎架構即程式碼」的方式，在 NKP 內部自動執行資料庫的佈建、修補程式套用及備份作業。

雲端原生 AOS

對於需要最高性能或在裸機環境中部署專用硬體的應用場景，Cloud Native AOS 能將 Nutanix 儲存系統的韌性直接帶入 Kubernetes 節點。此解決方案提供安全的永續性儲存體、進階的「Day-2」運維功能（例如快照、複製和災難復原）、簡化的管理，以及工作負載行動性。雲原生 AOS 是協助裸機部署在無需虛擬化層的情況下，仍能滿足嚴格的業務 SLA 的關鍵。

第 5 章：
雲原生網路

在 Kubernetes 中，網路架構通常是該生態系統中最複雜的部分。隨著微服務的普及，管理微服務之間的通訊（東西向流量）以及將其對外公開（南北向流量），已逐漸成為瓶頸。平台團隊在 IP 位址管理、負載平衡，以及協助確保網路安全政策能一致地套用至 Pod 方面面臨挑戰。

雲原生網路堆疊

NKP 預先整合了穩健的上游網路堆疊，可立即解決常見的 Kubernetes 挑戰：

• 容器網路介面 (CNI)：NKP 支援 Cilium 和 Calico 等業界標準的 CNI。這些功能提供了高度可擴展的 Pod 網路架構，以及用於控制流量的進階網路政策。

• 負載平衡：針對地端部署環境，NKP 整合了 MetalLB。這能提供第 4 層負載平衡，無需使用昂貴的外部硬體負載平衡器。

• Ingress：隨 NKP 一併提供的 Traefik 負責管理第 7 層路由，協助外部流量安全且高效地達成正確的服務。

Flow 虛擬網路

Nutanix 還能透過 Flow 虛擬網路 簡化底層網路架構，該技術可建立一個軟體定義網路，將實體網路基礎架構進行抽象化處理，進而讓使用者能在地端建立虛擬私有雲（VPC）。這反映了公有雲網路的靈活性，讓不同開發團隊能夠在不進行實體重新配置的情況下，實現多租戶架構以及 IP 位址範圍的重疊。

虛擬機器與容器的統一網路架構

在混合式應用程式設計中，最大的限制之一在於虛擬機器與容器之間的網路隔離，這可能需要透過複雜的路由設定和防火牆規則來實現通訊。

Nutanix Flow 容器網路介面 (Flow CNI) 透過讓虛擬機器和 Pod 皆成為同一 VPC 中的原生成員，進而消除了這項障礙，並實現以下功能：

• 無縫連線：應用程式可同時涵蓋虛擬機器與容器，且無需變更網路層設定。

• 統一的安全性：Flow 網路安全政策可與原生 Kubernetes 網路政策並行套用，透過單一管理介面為所有工作負載提供安全保障。

Flow 網路安全

雖然 CNI 負責處理 Pod 之間的流量，但企業級安全仍需採取多層次防禦策略。Flow 網路安全提供在虛擬機器（VM）及基礎架構層級的微分割功能。它在 Kubernetes 節點周圍充當防火牆，協助叢集防範資料中心內的橫向移動威脅。這與 CNI 制定的內部政策相輔相成，為雲原生環境提供全面的安全防護。

第 6 章：
雲原生安全

在容器化環境中，安全性涉及多面向，需要涵蓋供應鏈（程式碼）、基礎架構（叢集）以及執行時期（運作中的應用程式）等層面的防護。

NKP 如何處理安全問題

NKP 採用嚴謹的標準來保護整個技術堆疊：

• 集中式驗證與基於角色的存取控制（RBAC）：NKP 透過 Dex 與企業身分識別供應商（OIDC、LDAP、SAML）整合。這使得集中式驗證與簡化的基於角色的存取控制（RBAC）成為可能，因此使用者在所有叢集中僅擁有其所需的權限。

• 自動化生命週期管理（LCM）：安全性是一個不斷變化的目標。NKP 能自動化整個技術堆疊的修補與升級流程，以協助確保 Kubernetes 或其元件中的 CVE 能迅速獲得修復。

• Policy as Code 強制執行: NKP運用內建工具，例如 Gatekeeper（Open Policy Agent）來自動強制執行政策。例如，它可以防止從不可信的註冊表部署容器，或有助於確保沒有任何容器以「root」權限執行。

• 服務網格（Istio）加密：NKP 包含 Istio，可為微服務之間的流量提供相互 TLS（mTLS）加密。這有助於確保傳輸中的資料始終處於加密狀態，進而防止在叢集內部遭到竊聽。

軍用級 DevSecOps

針對最敏感且受嚴格監管的部署情境，NKP 提供各項功能，協助客戶符合嚴格的聯邦及國防標準：

• 強化措施：NKP 叢集預設會根據 CIS（網際網路安全中心）的基準進行強化。

• 隔離式支援：如前所述，NKP 能夠在完全與網際網路斷開連線的情況下運作，藉此避開了巨大的攻擊途徑，使 NKP 適合用於最高機密及任務關鍵型部署。

NKP 實現軍用級 DevSecOps

第 7 章：
加速邁向人工智慧之路

人工智慧與雲原生技術之間有著密不可分的關聯。 用於建置、訓練和部署 AI 模型的工具，其設計本質上就是為了在 Kubernetes 上執行。容器提供了必要的可擴展性、可攜性及資源效率，可藉此在雲端訓練模型，並將其部署至邊緣裝置進行推斷。雲原生是企業邁向人工智慧就緒的關鍵基礎。

Nutanix Enterprise AI

Nutanix 透過 Nutanix Enterprise AI (NAI)，簡化了生成式人工智慧（GenAI）及其他 AI 模型的導入流程。NAI 是一個安全且適合企業級應用的平台，可執行於 NKP 或任何符合 CNCF 規範的 Kubernetes 之上。它提供：

• 自助服務的簡便性：簡潔的用戶介面讓資料科學家只需點擊一下，即可從 Hugging Face 或 NVIDIA NIM 等平台選取並部署大型語言模型（LLMs）。

• 控制權與隱私：與公共 AI 服務不同，NAI 讓您能夠在自己的基礎架構（地端或邊緣）上執行模型。這種彈性性有助於組織在確保敏感資料隱私的同時，也能支援合規工作。

• GPU 整合：AI 工作負載對硬體資源的需求極高。NKP 內建 NVIDIA GPU Operator，可自動化處理 GPU 驅動程式配置與監控等複雜任務。這使得 AI 模型無需進行手動的平台工程開發，即可利用底層硬體。

透過將 NAI 及必要的 GPU 運算模組直接整合至 NKP 目錄中，Nutanix 將複雜的 AI 設定流程轉化為簡單的「點選式」部署，進而加速貴組織運用 AI 創造具體商業價值的能力。

第 8 章：
賦予開發人員更多能力

開發人員只想寫程式。他們不想配置 YAML 檔案、管理匯入控制器，也不想擔心基礎架構的限制。他們要求一種自助服務體驗，能立即為他們提供所需的工具，例如資料庫、訊息佇列和 CI/CD 建置管線。

透過 NKP 賦予開發人員更多能力

平台工程師可以部署 NKP，並善用其先進功能來建置一個穩健的內部開發者平台 (IDP)。透過運用 NKP 目錄，貴組織可彙整一份經核准、安全且符合規範的應用程式清單。

• 工作區與專案：NKP 將資源分類至工作區與專案中。這為開發人員提供了各自獨立的命名空間，讓他們能夠自主管理，同時 IT 部門仍能對配額和存取進行集中治理。

• GitOps：NKP 運用 FluxCD 實現以 GitOps 為導向的交付。這讓開發人員能夠利用他們原本就使用的版本控制工具（例如 Git）來管理基礎架構和應用程式的部署。開發人員將變更提交至儲存庫後，FluxCD 會自動同步叢集，使其與該狀態保持一致。這有助於提升一致性、建立稽核軌跡，並簡化部署週期。

開發人員通常需要存取以下項目：

• 用於儲存圖片、影片和音訊等資料的物件儲存

• 記錄日誌的檔案儲存

• 用於儲存結構化資料（例如登入資訊）的資料庫

特別是對於地端部署而言，開發人員往往難以存取所需的資料服務。在許多組織中，開發人員可能仍需提交工單，並等待儲存工程師處理該請求。正如前文「讓您的資料發揮更高的價值」一節所述，Nutanix 提供一套完整的儲存與資料管理服務，可透過自助服務方式提供給開發人員，藉此簡化存取流程並消除阻礙。

與現有工具集整合

NKP 能因應開發人員的實際需求提供支援。該解決方案旨在與現有的 CI/CD 管道（如 Jenkins、GitLab 等）無縫整合，並提供豐富的平台服務生態系統，例如 Grafana、Loki 和 Prometheus，這些服務可透過典擊一下即可部署，讓開發人員能夠更輕鬆、無延遲地進行創新。

第 9 章：
掌握您的雲原生運維

邁向雲原生的旅程，未必會很複雜或混亂。透過 Nutanix 雲端平台與 NKP，貴組織能夠為現代應用程式建構一個可擴展、安全且具韌性的基礎架構。您可以彌合虛擬機器與容器之間的鴻溝、確保軟體供應鏈的安全，並賦予開發人員加速創新的能力。

無論您是剛踏上 Kubernetes 的探索之旅，還是希望駕馭橫跨混合雲、規模龐大且錯綜複雜的叢集機群，Nutanix 都能為您提供一條途徑，助您降低運作複雜度。

未來計劃

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