Огляд архітектури Kubernetes: Концепції та кращі рішення

Поняття Kubernetes

Kubernetes - це платформа, яка функціонує шляхом автоматизації управління, розгортання та масштабування контейнерних програм. Це програмне забезпечення з відкритим вихідним кодом було розроблене компанією Google, але зараз воно підтримується CNCF. Багато організацій обирають це програмне забезпечення, оскільки Kubernetes є найефективнішим і найпотужнішим методом обслуговування контейнерів.

Основні поняття та термінологія

Щоб зрозуміти основи Kubernetes, давайте почнемо з вивчення основної термінології та ключових понять.

Перше, що потрібно зрозуміти - це под. Цей термін використовується для назви найменшої одиниці розгортання. Він характеризує екземпляр запущеного процесу. Поди забезпечують обсяги зберігання, а також конфігураційні дані, необхідні для запуску контейнерів у конкретному поді.

Ще одна важлива річ, про яку слід знати в Kubernetes - це повторююча копія (ReplicaSets). Ці повторюючі копії гарантують, що певна кількість копій подів функціонує в будь-який конкретний момент часу. У разі завершення роботи або збою в роботі пода, ReplicaSet автоматично створить копію на заміну завершеного пода.

Абстракції вищого рівня називаються розгортаннями. Вони забезпечують відкати та оновлення програми. Вони допомагають визначити стан програми, а програмне забезпечення визначає всі необхідні деталі для досягнення цього стану.

За допомогою сервісів ви надаєте доступ до програми іншим користувачам або навіть до інших модулів. Сервіси функціонують як балансувальник навантаження, який розподіляє трафік і надсилає його до потрібних модулів.

Тут було згадано лише кілька важливих термінів Kubernetes, звісно, є ще багато чого, про що варто дізнатися та дослідити на цю тему.

Переваги використання Kubernetes

Використання Kubernetes для оркестрування контейнерів має багато переваг. Щоб не перевантажувати вас кожною дрібною деталлю, давайте обговоримо лише основні переваги:

• Доступність. Використовуючи Kubernetes, можна зробити додатки високодоступними завдяки декільком автоматизованим процесам, таким як перезапуск несправних контейнерів або перепланування на функціонуючі вузли. Це також гарантує, що додаток не буде простоювати під час розгортання нової версії через відкати та оновлення.
• Масштабованість. Масштабувати додаток з Kubernetes дуже легко, і це можливо за допомогою видалення або додавання модулів відповідно до потреби. На додаток до цього, можна використовувати автоматичне масштабування, яке визначається відповідно до таких характеристик, як, наприклад, завантаження процесора.
• Портативність. З Kubernetes користувачі мають доступ до портативної платформи для управління та розгортання додатків. Вона може функціонувати в різних середовищах, таких як хмари, центри обробки даних та гібридні установки. Крім того, портативність дозволяє переміщати додатки між різними платформами.
• Ефективність ресурсу. Оптимізація ресурсу полягає в пакуванні декількох подів у кожному вузлі. Також можливе використання таких функцій, як обмеження ресурсів та запитів для контролю за тим, скільки пам'яті та процесорних ресурсів може використовувати кожен под.

Всі ці переваги Kubernetes показують, наскільки корисним є це програмне забезпечення для модернізації інфраструктури додатків. Це може бути використано багатьма компаніями, які активно шукають такі методи.

Деконструкція Kubernetes: Його архітектура та основні компоненти

Ось декілька елементів, які можуть допомогти зрозуміти, як функціонує Kubernetes. Першим важливим компонентом є головний вузол. Цей тип вузла використовується для загального контролю системи та управління кластером. Майстер-вузол складається з декількох основних елементів, таких як менеджер контролерів, сервер API та планувальник.

Наступною невід'ємною частиною архітектури Kubernetes є робочий вузол. Ці вузли відповідають за виконання завдань, які були надіслані робочим вузлам головним вузлом. На кожному такому вузлі запущено середовище виконання контейнерів для керування виконанням контейнерів.

Ще одним важливим елементом Kubernetes є Kubelet. Це спеціальний агент, який функціонує на робочому вузлі і відповідає за управління контейнерами та подами на вузлі. Kubelet взаємодіє з майстер-вузлом для репосту статусу вузла та отримання інструкцій.

etcd - це значення, яке зберігає конфігураційні дані кластера. Воно допомагає з належною синхронізацією та координацією, яка відбувається між робочим та головним вузлами.

Це лише декілька елементів, які є в архітектурі Kubernetes. Проте дуже важливо знати про них і розуміти, як вони взаємодіють в системі.

Розгортання програми

Якщо говорити загалом, розгортання програми складається з таких кроків, як визначення необхідного стану програми, після чого Kubernetes намагається досягти цього стану. Розгортання програми може бути різним залежно від уподобань та вимог користувачів.

Об'єкт розгортання в Kubernetes вказує необхідний стан і все функціонує таким чином, щоб досягти бажаного стану. Таким чином, користувачам не потрібно вручну розгортати та оновлювати додатки. Це заощадить багато часу і може виключити помилки людського фактору.

Основні стратегії, які доступні з коробки, - це "rolling update" та "recreate". Якщо вам не підходять стандартні варіанти, їх можна легко налаштувати за допомогою таких стратегій доставки, як canary, green і blue розгортання.

ReplicaSet - це об'єкт, який відповідає за функціонування декількох екземплярів пакетів гарантує, що певна кількість пакетів функціонує в будь-який час. Його мета - гарантувати, що програми, які функціонують у подів, не простоюють і мають усі необхідні ресурси. Це особливо важливо у випадку, якщо один або декілька подів вийдуть з ладу. Під час такої несправності ReplicaSet створює новий екземпляр подів. Система регулярно перевіряє, чи не збігається кількість запущених екземплярів з певним числом, і негайно створює ще один екземпляр. У разі виявлення зайвого екземпляра, система видаляє цей непотрібний екземпляр. Розгортання - це стандарт високого рівня, який керує повторюючими копіями і допомагає з декларативними оновленнями та багатьма іншими можливостями. Всі інструкції рекомендують користувачам не працювати безпосередньо з ReplicaSets.

Ще одним чудовим варіантом є Helm. Цей менеджер пакетів допомагає визначити програму як набір діаграм або версійних і багаторазових компонентів. Ці діаграми надзвичайно зручні завдяки можливості розповсюджувати та пакувати програми. Їх, як правило, легко встановлювати та використовувати на будь-якому кластері.

Крім того, користувачі мають можливість використовувати DaemonSets для запуску копії подів, StatefulSets для розгортання додатків, що керуються станом, та Jobs. Така варіативність гнучких опцій може задовольнити різні вимоги додатків.

Керування програмами

Основною перевагою Kubernetes є можливість горизонтального масштабування програм. Це означає, що користувачі можуть видаляти та додавати повторюючі копії  відповідно до існуючих потреб. У Kubernetes є кілька механізмів, які дозволяють керувати та масштабувати додатки у найефективніший спосіб.

Можна налаштувати все вручну, змінивши кількість реплік. Наприклад, якщо користувач має розгортання з 4 репліками і планує масштабувати його до 6, це можна легко зробити, змінивши кількість реплік і створивши додаткові репліки.

Крім того, є чудова опція автомасштабування, яка автоматично змінює кількість реплік в залежності від таких даних, як завантаження процесора. Користувачі можуть легко керувати автомасштабуванням, вказуючи максимальну/мінімальну кількість реплік та цільове використання. Таким чином, Kubernetes визначить дані і масштабує програми відповідно до цих показників.

Окрім можливості масштабування, користувачі можуть спробувати різні функції та інструменти для управління процесом. Найпростіший спосіб керування - використання селекторів та міток для групування ресурсів. Для управління конфіденційною інформацією рекомендується використовувати секрети і configMaps.

Моніторинг та усунення несправностей у Kubernetes

Ця платформа оркестрування контейнерів надає пріоритет усуненню несправностей та моніторингу, оскільки це дуже важливо для кращої продуктивності та функціонування програм. У Kubernetes користувачі можуть користуватися кількома інструментами, які допомагають ефективно налагоджувати та контролювати роботу програм.

Одним з основних інструментів вважається kubectl. Цей командний рядок корисний для виявлення перегляду журналів, перевірки стану кластера та виконання команд у контейнерах. За допомогою цього інструменту користувачі можуть збирати дані про програму і таким чином діагностувати проблеми.

Крім того, Kubernetes інтегрований з кількома чудовими рішеннями для моніторингу, такими як Elasticsearch та Prometheus. Ці інструменти корисні для розширеної аналітики, щоб користувачі могли візуалізувати/збирати дані, налаштовувати сповіщення і, звичайно, вирішувати проблеми з продуктивністю.

Говорячи про методи перевірки працездатності додатків, Kubernetes пропонує такі варіанти, як readiness probes та liveness probes. Readiness probes відповідають за визначення того, чи готовий додаток до прийому трафіку, а liveness probes визначають, чи функціонує додаток належним чином.

Підбиваємо підсумки: Основні висновки

Одним з найпотужніших програмних засобів для оркестрування контейнерів є Kubernetes. Цей контейнер додатків забезпечує управління, розгортання та масштабування. Завдяки різноманітності доступних функцій, це контейнерне рішення стає ідеальним варіантом для компаній, які впроваджують хмарні обчислення.

У статті ми обговорили моніторинг, усунення несправностей, управління та розгортання додатків, архітектуру Kubernetes та деякі з основних переваг. Крім того, ми поділилися деякою корисною термінологією для початківців.   

Після того, як ви зрозуміли основні концепції та принципи функціонування Kubernetes, ви можете заглибитися в тему і вивчити більш конкретну інформацію. Експерименти з цією чудовою платформою відкриють багато можливостей як для початківців, так і для досвідчених користувачів.