С развитието на една Kubernetes среда нараства и броят на задачите, които трябва да бъдат управлявани ежедневно. С пускането на нови версии, проследяването на проблеми, управлението на ресурсите и поддържането на надеждна работа постепенно изискват различни специализирани решения.

Затова около Kubernetes се е развила широка екосистема от инструменти с различно предназначение. В тази статия ще разгледаме основните категории и как отделните инструменти могат да се комбинират при изграждането и управлението на Kubernetes среда.

Защо Kubernetes се нуждае от допълнителни инструменти?

Kubernetes осигурява основните функции за оркестрация на контейнери, но не обхваща самостоятелно всички задачи, свързани с изграждането и управлението на цялостна среда. За инсталиране на приложения, управление на мрежовата свързаност, наблюдение, сигурност и автоматизация на инфраструктурата обикновено се използват допълнителни инструменти и технологии.

Голяма част от тях са проекти с отворен код, развивани в рамките на Cloud Native Computing Foundation (CNCF) или от по-широката технологична общност. 

Организациите могат да комбинират различни решения според своята инфраструктура и конкретните си изисквания, вместо да бъдат ограничени до предварително определен набор от инструменти. Именно тази възможност за избор и интеграция формира широката Kubernetes екосистема.

За какво се използват Kubernetes инструментите?

Инструментите в Kubernetes екосистемата могат да бъдат разделени според задачите, които изпълняват. Основните категории обхващат целия процес от подготовката на инфраструктурата и инсталирането на приложения до тяхното наблюдение, защита и възстановяване.

• Инфраструктура: Осигурява изчислителните ресурси, хранилището и мрежовата среда, необходими за работата на Kubernetes клъстерите.
• Управление на клъстери: Инструменти за създаване, конфигуриране, наблюдение и администриране на Kubernetes клъстери.
• Инсталиране на приложения: Решения за пакетиране, конфигуриране и автоматизиране на инсталирането и актуализациите на приложенията.
• Мрежова свързаност: Управлява комуникацията между приложенията и достъпа до тях чрез мрежови плъгини, ingress контролери и service mesh технологии.
• Наблюдение (Observability): Събира метрики, логове и данни за проследяване, които помагат за наблюдение на производителността и откриване на проблеми.
• Сигурност: Включва контрол на достъпа, прилагане на политики, управление на чувствителни данни и сертификати.
• Автоматизация на инфраструктурата: Използва Infrastructure as Code (IaC) за автоматизирано и последователно създаване и управление на инфраструктурни ресурси.
• Архивиране и възстановяване: Осигурява възможност за възстановяване на приложения, Kubernetes ресурси и данни при срив, грешка или загуба на информация.

Популярни Kubernetes инструменти по категории

Инструменти за управление на Kubernetes клъстери

Управлението на Kubernetes клъстери може да се извършва чрез команден ред, графичен или терминален интерфейс. Подходящият инструмент зависи от конкретната задача и предпочитания начин на работа на администратора.

• kubectl: Официалният инструмент за команден ред на Kubernetes. Използва се за управление на ресурси и конфигурации, инсталиране на приложения, преглед на състоянието на клъстера и отстраняване на проблеми.
• Lens: Десктоп приложение с графичен интерфейс за преглед и управление на Kubernetes клъстери. Позволява наблюдение на работните натоварвания, ресурсите и състоянието на клъстера без постоянна работа с командния ред.
• K9s: Терминален интерфейс за работа с Kubernetes, който улеснява навигацията между ресурсите, наблюдението на работните натоварвания и изпълнението на ежедневни административни задачи.

Инструменти за управление на пакети и конфигурации

При работа с Kubernetes едни и същи приложения често трябва да бъдат внедрявани с различни настройки за тестови, развойни и продуктови (production) среди. Инструментите за управление на пакети и конфигурации улесняват този процес и намаляват необходимостта от ръчно поддържане на множество конфигурационни файлове.

• Helm: Популярен пакетен мениджър за Kubernetes, който позволява приложенията и необходимите им конфигурации да бъдат организирани в готови пакети (Helm charts). Те могат да се използват повторно и да се адаптират към различни среди и изисквания.
• Kustomize: Инструмент за персонализиране на Kubernetes конфигурационни файлове (manifests), без да се променят оригиналните YAML файлове. Позволява една базова конфигурация да се адаптира към различни среди, например development, staging и production.

GitOps и CI/CD инструменти

GitOps и CI/CD инструментите автоматизират инсталирането на приложения и промените в Kubernetes средата. При GitOps желаното състояние на приложенията и конфигурациите се съхранява в Git хранилище, което служи като основен източник на информация. Така промените могат да бъдат проследявани, преглеждани и при необходимост връщани към предишна версия, а необходимостта от ръчни промени директно в клъстера се ограничава.

• Argo CD: GitOps инструмент за непрекъснато доставяне (Continuous Delivery), който следи конфигурациите в Git и синхронизира Kubernetes клъстера с желаното състояние.
• Flux: GitOps набор от инструменти, който следи Git хранилищата за промени и автоматично прилага актуализираните конфигурации в Kubernetes средата.
• Tekton: CI/CD framework, създаден за Kubernetes, който позволява изграждането и автоматизирането на pipelines за компилиране, тестване и доставяне на приложения.

Инструменти за мрежова свързаност и Service Mesh

Мрежовата свързаност в Kubernetes обхваща комуникацията между приложенията, достъпа до тях отвън и контрола върху мрежовия трафик. За тези задачи се използват различни решения, включително ingress контролери, мрежови платформи и service mesh инструменти.

• NGINX Ingress Controller: Управлява входящия трафик към приложенията в Kubernetes клъстера и го насочва към съответните услуги чрез Kubernetes Ingress ресурси.
• Cilium: Платформа за мрежова свързаност, сигурност и наблюдение, базирана на eBPF. Използва се за управление на комуникацията между работните натоварвания и прилагане на мрежови политики.
• Istio: Service mesh решение за управление на комуникацията между услугите. Предоставя възможности за маршрутизиране и контрол на трафика, защита на връзките и събиране на телеметрични данни.
• Linkerd: Service mesh решение с акцент върху по-лесното внедряване и управление. Осигурява защитена и надеждна комуникация между услугите, без част от сложността на по-функционално богатите service mesh платформи.

Инструменти за наблюдение (Observability)

Наблюдението на Kubernetes среда обикновено се основава на три основни типа информация: метрики, логове и проследяване на заявки (tracing). Комбинирането им помага на екипите да следят състоянието и производителността на приложенията, да откриват проблеми и по-бързо да установяват причините за тях.

• Prometheus: Събира и съхранява метрики от приложенията и Kubernetes средата. Данните могат да се използват за наблюдение на производителността и създаване на известия при определени събития или проблеми.
• Grafana: Визуализира метрики и други данни чрез персонализирани табла (dashboards), които дават по-ясен преглед върху състоянието на приложенията и инфраструктурата.
• Loki: Система за централизирано събиране, съхранение и търсене в логове, която се интегрира с Grafana и други инструменти за наблюдение.
• Fluent Bit: Събира, обработва и препраща логове от приложенията и инфраструктурата към системи за тяхното централизирано съхранение и анализ.
• OpenTelemetry: Предоставя стандартизиран начин за генериране, събиране и предаване на телеметрични данни, включително метрики, логове и traces.
• Jaeger: Инструмент за разпределено проследяване (distributed tracing), който помага да се проследи пътят на заявките между отделните услуги и да се открият проблеми със забавяне или производителност.

Инструменти за сигурност и управление на политики

Сигурността на Kubernetes средата включва контрол върху допустимите конфигурации и действия, управление на TLS сертификати и защита на чувствителна информация. Специализираните инструменти помагат тези правила да се прилагат автоматично и последователно в различните клъстери и приложения.

• Kyverno: Инструмент за управление на политики, създаден специално за Kubernetes. Позволява валидиране и промяна на съществуващи ресурси, както и автоматично създаване на нови според предварително зададени правила.
• OPA Gatekeeper: Използва Open Policy Agent (OPA) за дефиниране и прилагане на правила към Kubernetes ресурси. Подходящ е за налагане на изисквания за сигурност, конфигурация и съответствие.
• Ccert-manager: Автоматизира издаването, подновяването и управлението на TLS сертификати за приложения и услуги в Kubernetes.
• External Secrets Operator: Свързва Kubernetes с външни системи за управление на чувствителни данни (secrets) и синхронизира необходимата информация към клъстера.

Инструменти за автоматизация на инфраструктурата

Автоматизацията на инфраструктурата позволява необходимите ресурси да бъдат описвани и управлявани чрез код, вместо да се конфигурират ръчно. Това улеснява създаването на еднакви среди, проследяването на промените и управлението на инфраструктурата при разрастване.

• Terraform: Популярен Infrastructure as Code (IaC) инструмент за създаване и управление на инфраструктура. Може да се използва за Kubernetes клъстери, мрежи, хранилища и други свързани облачни ресурси.
• Crossplane: Позволява облачната инфраструктура да се създава и управлява директно чрез Kubernetes. Така екипите могат да използват познатия Kubernetes подход и API за работа с външни инфраструктурни ресурси.

Инструменти за архивиране и възстановяване

Резервните копия са необходими за защита както на данните, така и на конфигурацията на Kubernetes средата. Те позволяват по-бързо възстановяване при случайно изтриване, повреда или проблем с инфраструктурата, а също могат да улеснят преместването на приложения между различни клъстери.

• Velero: Инструмент за създаване и възстановяване на резервни копия на Kubernetes ресурси и persistent volumes. Използва се при възстановяване след проблеми, както и при миграция на приложения и данни между клъстери.

Как се комбинират Kubernetes инструментите?

На практика инструментите от различните категории се използват като части от един общ процес. Infrastructure as Code решения като Terraform могат да подготвят необходимата инфраструктура, след което Helm и Kustomize се използват за инсталиране и конфигуриране на приложенията. Argo CD или Flux могат да автоматизират прилагането на промените от Git към Kubernetes средата.

След внедряването мрежовите инструменти управляват комуникацията и достъпа до приложенията, а решенията за observability събират метрики, логове и данни за проследяване. Инструментите за сигурност и управление на политики контролират конфигурациите, сертификатите и чувствителните данни, докато решения като Velero осигуряват резервни копия и възможност за възстановяване.

Конкретната комбинация зависи от архитектурата и изискванията на проекта. Не е необходимо всяка Kubernetes среда да използва инструмент от всяка категория, нито всички разгледани решения да бъдат част от един и същ технологичен стек.

Как да изберете Kubernetes инструменти?

Подходящият набор от инструменти зависи от архитектурата на Kubernetes средата, задачите, които трябва да бъдат автоматизирани и опита на екипа. При избора е важно да се избягват решения с ненужно припокриващи се функции. Следвайте тези две прости правила: 

• Съобразете се със средата: Проверете дали инструментът е подходящ за използваната локална, cloud или хибридна инфраструктура и дали се интегрира с останалите системи.
• Проверете съвместимостта и поддръжката: Уверете се, че инструментът поддържа използваната Kubernetes версия, развива се активно и разполага с актуална документация.

Например екип, който управлява няколко приложения в Kubernetes, може да използва Helm за тяхното пакетиране и внедряване, Argo CD за автоматично прилагане на промените от Git и Prometheus с Grafana за наблюдение на средата. Ако няма необходимост от сложни правила за комуникация между множество микросървиси, добавянето на service mesh решение като Istio може да увеличи сложността, без да донесе достатъчно практическа полза.

Заключение

Наборът от инструменти около Kubernetes обикновено се променя заедно с развитието на инфраструктурата и приложенията. Решение, което е достатъчно за един клъстер и малък екип, може постепенно да бъде допълнено или заменено с нарастването на броя приложения, изискванията за сигурност и сложността на средата. Затова добрият Kubernetes стек не е този с най-много инструменти, а този, който решава конкретните задачи без излишно усложняване на инфраструктурата. 

Изграждането и поддържането на подобна екосистема обаче изисква внимателно планиране и постоянна техническа експертиза. Managed Kubernetes услугата на Delta.BG помага на бизнеса да внедрява и управлява Kubernetes среди, готови за реални работни натоварвания, с експертна поддръжка, проактивно наблюдение, надеждна сигурност и интеграция с инструментите, които най-добре отговарят на конкретната инфраструктура и процесите за разработка.

Ако планирате да внедрите Kubernetes или искате да оптимизирате съществуващата си среда, нашият екип може да Ви помогне да изберете подходящото решение за Вашия бизнес. Свържете се с нас на support@delta.bg или на телефон +359 2 4 288 288.