Работата с приложения в контейнери решава проблемите с консистентността, но въвежда ново предизвикателство: как да се управляват и оркестрират тези контейнери надеждно в множество сървъри. Това включва обработка на внедрявания, рестартиране на неуспешни инстанции, разпределяне на трафика и мащабиране на услугите според нуждата. Извършването на това ръчно става непрактично с разрастването на системите.

Kubernetes е проектиран да се справя с тези оперативни задачи. Той предоставя структуриран начин за управление на контейнеризирани приложения в клъстер, без да разчита на ръчни процеси.

Тази статия обяснява за какво се използва Kubernetes и как всъщност работи. Тя обхваща ролята му в управлението на работни натоварвания в контейнери, описва архитектурата му и разбива основните компоненти, които му позволяват да автоматизира внедряването, мащабирането и възстановяването.

Разбиране на Kubernetes

Kubernetes е платформа за оркестриране на контейнери, която управлява начина, по който приложенията в контейнери работят в клъстер от възли. Тези възли могат да бъдат физически сървъри, виртуални машини или инстанции в облака, като всички те осигуряват необходимата процесорна мощност, памет и съхранение за работата на Вашите контейнери. Kubernetes позволява на екипите да дефинират желаното състояние на своите приложения и непрекъснато гарантира, че системата съответства на това състояние без ръчна намеса.

За какво се използва Kubernetes на практика

Kubernetes се използва за обработка на няколко основни оперативни задачи, необходими за изпълнението на съвременни приложения:

• Внедряване и актуализации на приложения: Kubernetes управлява пускането и актуализациите на приложения в множество контейнери. Той поддържа контролирани внедрявания, като например постепенни актуализации, които заменят контейнерите постепенно, за да се избегне прекъсване на работата.
• Изпълнение на архитектури с микроуслуги: Той позволява приложенията да бъдат разделени на по-малки, независими услуги. Kubernetes осигурява откриване на услуги и вътрешна мрежова връзка, което позволява на тези услуги да комуникират надеждно без фиксирани IP адреси или ръчна конфигурация.
• Излагане на услуги и маршрутизиране на трафика: Kubernetes препраща трафика към правилните контейнери, използвайки вградено балансиране на натоварването. Той гарантира, че заявките се разпределят между работещи инстанции и може да излага услугите вътрешно или към външни потребители.
• Автоматично мащабиране: Kubernetes разпределя трафика между pod-единиците чрез Services, за да предотврати претоварване и да поддържа стабилна производителност. За мащабиране може да използва Horizontal Pod Autoscaler (HPA), за да увеличава или намалява автоматично броя на репликите на под-единиците въз основа на показатели като CPU, памет или други сигнали от приложението, като по този начин помага на системата да реагира на търсенето без ръчна намеса.
• Самовъзстановяване и възстановяване при отказ: Ако контейнер откаже или спре да отговаря, Kubernetes автоматично го рестартира или заменя. Ако даден възел излезе от строя, работните натоварвания се пренасочват към други налични възли.
• Управление на ресурсите и планиране: Kubernetes решава къде да се изпълняват контейнерите въз основа на наличните ресурси. Той осигурява ефективно използване на процесора и паметта, като същевременно предотвратява работните натоварвания да си пречат взаимно.

За екипи, които искат да внедрят Kubernetes, без сами да управляват инфраструктурата, ние в Delta предлагаме услуга за управляван Kubernetes с пълна поддръжка при внедряване, конфигуриране, мащабиране и мониторинг. Нашите експерти се занимават с настройката на клъстера, автоматизацията и текущата поддръжка, което позволява на Вашия екип да се фокусира върху създаването на приложения, вместо върху управлението на инфраструктурата.

Stateless срещу Stateful приложенията в Kubernetеs

Kubernetes може да изпълнява както Stateless (без състояние), така и Stateful натоварвания (с поддържане на състояние), но те се управляват по различен начин. 

Stateless работните натоварвания (като уеб интерфейси или API услуги) не съхраняват трайни данни локално, така че Kubernetes може свободно да ги мащабира, да рестартира контейнери и да препланира под-ове, без да се губи важно състояние.

Stateful работните натоварвания (като бази данни, опашки и системи, които изискват стабилна идентичност или трайно съхранение) се нуждаят от допълнителни гаранции, включително трайни томове, контролирани внедрявания и стабилни мрежови идентификатори, така че данните да остават последователни, дори когато под-единиците се рестартират или преместват към други възли.

Постоянно съхранение в Kubernetes: PV и PVC

За да поддържа Stateful работни натоварвания, Kubernetes използва абстракции за постоянно съхранение, които отделят конфигурацията на приложението от основната система за съхранение. PersistentVolume (PV) е ресурс на клъстера, който представлява реално съхранение (например облачен диск, SAN или NFS споделен ресурс), предоставено от администратор или динамично от клас за съхранение. 

PersistentVolumeClaim (PVC) е заявка за съхранение, направена от приложение, която определя изисквания като размер и режим на достъп. Kubernetes свързва PVC с подходящ PV и го монтира в pod-единици, така че данните да се запазят, дори ако контейнерите се рестартират или под-единиците бъдат пренасочени към различни възли.

Обяснение на архитектурата на Kubernetes

Клъстерът на Kubernetes се състои от две основни части: контролната равнина и работните възли. Контролната плоскост управлява клъстера, докато работните възли изпълняват работните натоварвания на приложенията.

Контролна плоскост

Контролната плоскост оркестрира клъстера и гарантира, че системата съответства на желаното състояние, дефинирано от потребителите. Нейните ключови компоненти включват:

• API сървър: основната входна точка за команди и промени в конфигурацията.
• etcd: разпределено хранилище от тип ключ-стойност, което съхранява състоянието на клъстера.
• Планиращ модул: разпределя работните натоварвания към конкретни работни възли въз основа на наличността на ресурсите.
• Controller Manager: следи състоянието на клъстера и прави корекции, за да поддържа съгласуваност.

Работни възли

Работните възли осигуряват изчислителните ресурси за изпълнение на контейнерите. Всеки възел включва:

• Kubelet: гарантира, че контейнерите се изпълняват според зададеното.
• Kube-proxy: управлява мрежовото маршрутизиране за комуникация между контейнерите.
• Среда за изпълнение на контейнери: софтуер като CRI-O или containerd, който изпълнява самите контейнери.

Това разделение на контрол и изпълнение позволява на Kubernetes да мащабира приложенията надеждно. Ако даден възел откаже, контролната плоскост открива проблема и преразпределя работните натоварвания към здрави възли, поддържайки наличността. Централизираното управление, комбинирано с разпределено изпълнение, осигурява както надеждност, така и ефективно използване на ресурсите.

Основни компоненти на Kubernetes

Kubernetes използва набор от основни обекти за дефиниране, изпълнение и работа с приложения. Тези компоненти работят заедно, за да управляват начина, по който работните натоварвания се внедряват, актуализират и достъпват в рамките на един клъстер.

Pod-ове

Pod-овете са най-малките внедряеми единици в Kubernetes. Един под представлява един екземпляр на приложение и може да съдържа един или повече контейнери, които споделят една и съща мрежа и съхранение. Контейнерите в рамките на един под комуникират през localhost и се управляват като една единица. Pod-овете не са постоянни; те могат да бъдат създавани, заменяни или прекратявани, докато системата се приспособява към промените.

Възли

Възлите са машините, на които се изпълняват pod-овете. Всеки възел осигурява процесора, паметта и хранилището, необходими за работните натоварвания. Kubernetes разпределя подите към възлите въз основа на наличността и ограниченията на ресурсите, като осигурява ефективно разпределение в целия клъстер.

Внедрявания

Внедряванията определят как приложенията трябва да се изпълняват и актуализират. Те управляват създаването на поди и гарантират, че определен брой инстанции винаги се изпълняват. Внедряваниятаа също така обработват актуализациите чрез контролирани стратегии за внедряване, което позволява новите версии да се въвеждат постепенно без прекъсване на работата.

Услуги

Услугите осигуряват стабилен достъп до приложенията, работещи в под-ове. Тъй като под-овете могат да се променят с времето, услугите действат като постоянна крайна точка, която насочва трафика към правилните под-ове. Те също така се занимават с балансиране на натоварването, разпределяйки заявките между множество инстанции, за да поддържат надеждността и производителността.

Как работи Kubernetes на практика

Kubernetes работи, като непрекъснато гарантира, че действителното състояние на приложенията съответства на желаното състояние, дефинирано от разработчиците. Ето как работи този процес на практика:

1. Определяне на желаното състояние: Разработчиците подават конфигурации чрез API сървъра, като посочват подробности като образи на контейнери, брой реплики и изисквания за ресурси. Това става желаното състояние, което Kubernetes се стреми да поддържа.
2. Планиране на работните натоварвания: Планиращият модул оценява наличните възли и разпределя под-единиците към най-подходящите възли въз основа на наличността и ограниченията на ресурсите, като осигурява ефективно разпределение в целия клъстер.
3. Внедряване и изпълнение на контейнери: Kubelets на всеки възел стартират контейнерите и наблюдават тяхното състояние. Те докладват състоянието обратно към контролната плоскост, като гарантират, че контейнерите работят според очакванията.
4. Поддържане на състоянието на системата: Контролерите непрекъснато сравняват действителното състояние с желаното състояние. Ако подът се повреди или контейнерът се срине, автоматично се създават нови инстанции, за да се поддържа желаната конфигурация.
5. Мащабиране и управление на трафика: Kubernetes коригира броя на pod-вете въз основа на показатели за използване като CPU, памет или потребителски прагове. Услугите разпределят трафика между pod-овете, за да предотвратят претоварване и да поддържат постоянна производителност.
6. Самовъзстановяване и възстановяване: Когато възли откажат или контейнери се прекратят неочаквано, Kubernetes преразпределя работните натоварвания към здрави възли, като гарантира, че приложенията остават достъпни без ръчна намеса.

Предимства на използването на Kubernetes

• Ефективност: Автоматизира рутинни задачи като внедряване, мащабиране и мониторинг, позволявайки на екипите за разработка да се фокусират върху създаването на функции, вместо върху управлението на инфраструктурата.
• Мащабируемост: Динамично регулира работните натоварвания, за да се справя с промените в трафика без ръчна намеса, поддържайки производителността и оптимизирайки използването на ресурсите.
• Преносимост: Изпълнява приложенията последователно в различни среди, което улеснява мигрирането на работни натоварвания между доставчици на облачни услуги или локални системи. Това намалява зависимостта от конкретен доставчик и увеличава гъвкавостта.
• Самовъзстановяване: Автоматично замества повредени контейнери или препланира работните натоварвания от недостъпни възли, което намалява прекъсванията и подобрява надеждността на системата.
• Разширяемост и поддръжка на екосистемата: Kubernetes се интегрира с широк спектър от инструменти за логване, мониторинг, мрежови операции и сигурност. Разширяемата му архитектура позволява на екипите да добавят персонализирани контролери, оператори и автоматизация, за да отговорят на конкретни оперативни нужди.

Заключение

Kubernetes промени начина, по който се внедряват и управляват съвременните приложения, като осигурява автоматизация, мащабируемост и надеждност за контейнеризираните работни натоварвания. Разбирането на начина, по който работи, и на основните му предимства е от съществено значение за екипите, които разработват приложения и микроуслуги, създадени за облака.

В delta.bg предлагаме управлявана услуга за Kubernetes, която се занимава с внедряването, конфигурирането и текущият мониторинг на клъстерите, което позволява на Вашия екип да се фокусира върху разработката на приложения, вместо върху управлението на инфраструктурата. Нашата услуга осигурява висока наличност, автоматично мащабиране и сигурни операции в публичния облак, на посветени сървъри или в локални среди. За поддръжка или запитвания, свържете се с нас на sales@delta.bg или се обадете на 02 448 416 5, и нашият екип ще Ви съдейства.