10 жовтня 2024 р.

Основний інструмент для управління контейнерами, що забезпечує автоматизацію, масштабованість і надійність додатків — мова йде про Kubernetes. Яка його архітектура і в яких випадках він використовується? Розглянемо основні компоненти і можливості цієї технології, які застосовуються в хмарних рішеннях OneCloudPlanet.

Від віртуальних машин до контейнерів

У 1990-х роках основною технологією для управління серверними ресурсами стали віртуальні машини (VM). Вони дозволяли запускати кілька додатків на одному фізичному сервері, ізолюючи кожен додаток в окремому середовищі. Це рішення допомогло компаніям гнучко керувати своїми додатками і масштабувати їх за потреби.

Однак зі збільшенням кількості віртуальних машин виникла проблема: кожна VM вимагала власного ядра операційної системи, що призводило до значних витрат на ресурси. Це було особливо накладно для додатків, яким не потрібна повна ізоляція. Рішенням стали контейнери, які дозволяють ізолювати додатки без необхідності запуску окремого ядра для кожного з них.

Контейнери: оптимізація ізоляції

Контейнери — це ізольовані середовища, що дозволяють запускати додатки з мінімальними витратами ресурсів порівняно з VM. Вони використовують спільне ядро операційної системи, що робить їх набагато легшими і ефективнішими.

Контейнери забезпечують високу портативність: додаток разом із усіма залежностями можна упакувати в єдиний контейнер, який можна легко перенести і запустити на будь-якому сервері з підтримкою контейнерів. Вони також підтримують мікросервісну архітектуру, дозволяючи розділити складний додаток на незалежні модулі, що спрощує їхнє розгортання і управління.

Docker: стандартизація контейнерів

Docker став першою і найпопулярнішою платформою для роботи з контейнерами. Він надав простий і зручний спосіб створення, управління і розгортання контейнерів за допомогою конфігураційних файлів Dockerfile. Цей інструмент дозволив розробникам упакувати додатки і їхні залежності в єдину легковагову одиницю — контейнер, який можна легко розгорнути в будь-якому середовищі.

Docker інтегрується з системами безперервної інтеграції та доставки (CI/CD), такими як GitLab CI або Jenkins, що робить процес автоматизованого тестування і розгортання нових версій додатків швидким і безпечним.

Роль оркестрації

Docker спрощує створення і запуск контейнерів, але для управління великими системами, що складаються з багатьох контейнерів, потрібна оркестрація. Оркестрація контейнерів дозволяє автоматично керувати їхнім розподілом, масштабуванням і відмовостійкістю. Тут на допомогу приходить Kubernetes — потужна платформа для управління контейнерами, яка автоматизує розгортання додатків, масштабує їх за потреби і стежить за їхнім станом.

Kubernetes: архітектура і компоненти

Kubernetes (K8s) — це платформа для автоматизованого управління контейнерами, яка вирішує завдання масштабування, балансування навантаження і відмовостійкості. Kubernetes автоматично розподіляє контейнери по вузлах кластера, керує їхнім станом і відновлює їх у разі збоїв. З його допомогою можна автоматизувати розгортання складних додатків, що складаються з багатьох контейнерів, забезпечуючи високу продуктивність і надійність.

Розглянемо основні компоненти архітектури Kubernetes, які роблять його таким потужним та надійним інструментом.

Pods
Pods (Поди) — це базові одиниці обчислень у Kubernetes, які представляють собою набір контейнерів, що працюють у спільному середовищі. Вони мають спільні мережеві і зберігання ресурси. Поди можуть містити один або кілька контейнерів, і всі вони мають доступ до спільних ресурсів, що робить їх оптимальним рішенням для мікросервісів, де контейнери повинні взаємодіяти між собою.

Master Node
Master Node (Мастер-вузол) — основний контролюючий компонент кластера. Він керує всією системою Kubernetes і стежить за тим, щоб усе працювало відповідно до плану. До його складу входять:

API-сервер (API Server): точка взаємодії з кластером, через яку користувачі та зовнішні системи можуть створювати, змінювати і видаляти об’єкти;
etcd: розподілене сховище даних, яке зберігає всю інформацію про стан кластера;
Планувальник (Scheduler): розподіляє поди по робочих вузлах, виходячи з доступних ресурсів і встановлених правил (наприклад, node affinity);
Контролери (Controller Manager): відповідають за підтримку бажаного стану системи, контролюють реплікацію подів і відновлюють їх у разі збоїв.

Nodes
Nodes (Вузли) — це робочі машини (фізичні або віртуальні), на яких безпосередньо запускаються контейнери. Кожен вузол включає в себе:

kubelet: агент, який керує подами на вузлі, стежить за їхнім станом і взаємодіє з мастер-вузлом.
Контейнерний рушій (Container Runtime): запускає контейнери і керує ними. Популярні рушії — Docker, containerd, CRI-O.
kube-proxy: компонент, відповідальний за мережевий зв’язок між подами і зовнішніми системами, а також за балансування навантаження.

Аффінитети
Аффінитети дозволяють Kubernetes керувати розміщенням подів на вузлах, враховуючи різні вимоги до ресурсів і взаємодії з іншими подами. Виділяють два основних типи:

Node Affinity: визначає, на яких вузлах бажано або обов’язково запускати поди залежно від ресурсів або інших факторів.
Pod Affinity: вказує, які поди повинні знаходитися близько один до одного для оптимальної взаємодії, або навпаки — уникати спільного розміщення (anti-affinity).

Services
Services (Служби) забезпечують стабільну точку доступу до наборів подів, яка не змінюється навіть при зміні IP-адрес або перезапуску подів. Це робить доступ до додатка надійним, незважаючи на динамічне масштабування і перезапуск контейнерів.

Controllers
Controllers (Контролери) керують життєвим циклом подів і додатків у Kubernetes. Вони автоматизують процес підтримки потрібної кількості подів, управління оновленнями додатків і забезпечують відмовостійкість. Примітні контролери:

ReplicaSet: підтримує задану кількість екземплярів подів;
Deployment: забезпечує плавне розгортання і оновлення додатків;
StatefulSet: керує подами з унікальними ідентифікаторами і станами, що використовується для баз даних;
DaemonSet: гарантує запуск певного пода на кожному вузлі, часто використовується для моніторингу або мережевих агентів.

Таким чином, майстер-вузол включає API-сервер, який відповідає за взаємодію з кластером, Планувальник, що розподіляє поди по вузлах, і Контролери, які підтримують бажаний стан системи. Для роботи з об'єктами Kubernetes, такими як піди та служби, можна використовувати утиліту командного рядка kubectl або взаємодіяти з Kubernetes API безпосередньо, надсилаючи запити HTTP. Це дозволяє керувати розгортанням та налаштуваннями додатків через декларативні конфігурації у форматі YAML або JSON.

Приклад роботи Kubernetes

Наприклад, додаток складається з кількох мікросервісів: веб-інтерфейс, служба замовлень, служба оплати і служба повідомлень. Кожен з цих мікросервісів розміщений в окремому контейнері, яким керує Kubernetes. Якщо збільшується навантаження на службу замовлень, Kubernetes автоматично додає додаткові контейнери для обробки запитів, а при зниженні навантаження — зменшує їхню кількість, економлячи ресурси.

Kubernetes забезпечує балансування навантаження між контейнерами, стежить за їхнім станом і автоматично перезапускає контейнери у разі їхнього виходу з ладу.

Розгортання застосунку в Kubernetes на OneCloudPlanet

Створення конфігурацій подів: кожному мікросервісу призначається своя конфігурація поду, що описує, які контейнери запускати та з якими ресурсами. Ці конфігурації завантажуються в Kubernetes через API-сервер.
Розгортання: Kubernetes автоматично розгортає всі контейнери, розподіляючи їх по робочих вузлах на основі доступних ресурсів. Наприклад, служби замовлень і оплати можуть працювати на різних вузлах, що підвищує відмовостійкість системи.
Масштабування: під час пікових навантажень на службу замовлень Kubernetes автоматично масштабує службу, додаючи додаткові поди для обробки зростаючої кількості запитів. Коли навантаження зменшується, система скорочує кількість подів, звільняючи ресурси.
Моніторинг і управління станом: Kubernetes відстежує стан кожного контейнера. Якщо служба повідомлень виходить з ладу, система автоматично перезапускає контейнер на іншому вузлі, зберігаючи всі необхідні дані та стан за допомогою механізму StatefulSet.
Балансування навантаження та мережеві служби: Kubernetes автоматично розподіляє трафік між екземплярами контейнерів за допомогою мережевих служб. Це гарантує обробку користувацьких запитів, навіть якщо один із контейнерів перезапуститься або вийде з ладу.

Переваги використання Kubernetes на OneCloudPlanet

OneCloudPlanet — перший в Україні хмарний сервіс, який впроваджує функцію Managed Kubernetes, що спрощує адміністрування кластерів Kubernetes та їх інфраструктури.

Автоматичне масштабування: коли навантаження на додаток збільшується, Kubernetes автоматично збільшує кількість подів, дозволяючи додатку адаптуватися до змінних умов.
Відмовостійкість: якщо один із вузлів або контейнерів виходить з ладу, Kubernetes автоматично перезапускає їх на інших вузлах, мінімізуючи час простою.
Гнучкість і управління мікросервісами: Kubernetes підходить для роботи з мікросервісною архітектурою, що робить його відмінним вибором для динамічних додатків з багатьма компонентами.

Kubernetes пропонує потужні функції для автоматичного розгортання і масштабування додатків, що робить його розумним вибором для хмарних платформ, таких як OneCloudPlanet.

Приклад синтаксису Kubernetes

Kubernetes використовує декларативні маніфести, написані на YAML або JSON, для опису об’єктів кластера. Приклад маніфесту поду:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: example-pod
spec:
  containers:
  - name: example-container
    image: nginx:latest
    ports:
    - containerPort: 80

Цей приклад описує под з іменем example-pod, який запускає контейнер з образом nginx:latest та відкриває порт 80.

Отже

Завдяки своїй архітектурі Kubernetes став важливим інструментом для управління контейнеризованими додатками, забезпечуючи автоматизацію, масштабованість і відмовостійкість. Від віртуальних машин до контейнерів і їх оркестрації — ця технологія значно спрощує управління складними мікросервісними системами.

K8s дозволяє гнучко розподіляти ресурси та забезпечує стабільну роботу додатків при змінних навантаженнях. Це рішення оптимально для хмарних платформ, таких як OneCloudPlanet, завдяки можливостям автоматичного розгортання, управління станом додатків і забезпечення безпеки даних.

Підключитися

Зміст