Архитектура Kubernetes: Концепции и лучшие практики

Знакомство с Kubernetes

Kubernetes - это платформа, которая позволяет автоматизировать управление, развертывание и масштабирование контейнерных приложений. Это программное обеспечение с открытым исходным кодом было разработано компанией Google, но сейчас его поддерживает CNCF. Многие организации выбирают это программное обеспечение, потому что Kubernetes - это наиболее эффективный и мощный метод обслуживания контейнеров.

Основные понятия и терминология

Чтобы понять основы Kubernetes, давайте начнем с изучения базисной терминологии и ключевых понятий.

Первое, что необходимо понять, - это под. Этот термин используется для обозначения наименьшей единицы развертывания. Он является индикатором запущенного процесса. Поды предоставляют тома для хранения данных, а также конфигурационные данные, необходимые для запуска контейнеров в конкретном поде.

Еще одна важная вещь, о которой следует знать в Kubernetes, - это наборы копий (ReplicaSets). Эти наборы гарантируют, что в каждый конкретный момент времени функционирует определенное количество копий подов. В случае прекращения работы или сбоя в работе пода, ReplicaSet автоматически создаст копию, чтобы заменить прекратившую работу.

Абстракции более высокого уровня называются развертываниями. Они обеспечивают откат и скользящие обновления для приложения. Они помогают определить состояние приложения, а программное обеспечение определяет все необходимые детали для достижения этого состояния.

С помощью сервисов вы открываете приложение для других пользователей или даже для других подсистем. Сервисы работают как балансировщик нагрузки, который разделяет трафик и направляет его на нужные подсистемы.

Здесь была упомянута лишь пара важных терминов Kubernetes. Конечно же, вам предстоит узнать и изучить еще очень много интересного по этой теме.

​Преимущества использования Kubernetes

Использование Kubernetes для эксплуатации контейнеров имеет множество преимуществ. Чтобы не перегружать вас всеми деталями, давайте обсудим только основные из них, которые заключаются в следующем:

• Доступность. Использование Kubernetes позволяет сделать приложения высокодоступными благодаря нескольким автоматизированным процессам, таким как перезапуск вышедших из строя подов или перепланирование на здоровые узлы. Это также гарантирует, что приложение не будет простаивать во время развертывания новой версии, благодаря откатам и обновлениям.
• Масштабируемость. С Kubernetes очень легко масштабировать приложение, удаляя или добавляя поды в соответствии с необходимостью. Кроме того, можно использовать автомасштабирование, которое зависит от таких характеристик, как, например, использование процессора.
• Портативность. Благодаря Kubernetes пользователи получают доступ к портативной платформе для управления и развертывания приложений. Она может функционировать в различных средах, таких как цифровое облако, центр обработки данных и гибридные системы. Кроме того, портативность позволяет перемещать приложения между различными платформами.
• Эффективность использования ресурсов. Оптимизация ресурса заключается в аккумуляции нескольких подов на каждом узле. Также можно использовать такие возможности, как ограничение ресурсов и запросов для контроля над тем, сколько памяти и мощности процессора может использовать каждый под.

Все эти преимущества Kubernetes показывают, насколько полезным является это программное обеспечение для модернизации инфраструктуры приложений. Его могут использовать многие компании, которые активно ищут подобные методы.

Составляющие Kubernetes: Архитектура и основные компоненты

Вот несколько элементов, которые могут помочь понять, как функционирует Kubernetes. Первый важный компонент - главный узел. Этот тип узла используется для общего контроля системы и управления кластером. Главный узел состоит из нескольких основных элементов, таких как менеджер контроллеров, сервер API и планировщик.

Следующей неотъемлемой частью архитектуры Kubernetes является рабочий узел. Такие узлы отвечают за выполнение задач, поставленных главным узлом. На каждом таком узле запускается среда контейнеров, которая управляет их выполнением.

Еще один важный элемент Kubernetes - Kubelet. Это специальный агент, который функционирует на рабочем узле и отвечает за управление контейнерами и подами на этом узле. Kubelet взаимодействует с главным узлом для дисплея статуса узла и получения инструкций.

etcd - это значение, хранящее конфигурационные данные кластера. Он помогает обеспечить надлежащую синхронизацию и координацию между рабочим и главным узлами.

Это лишь несколько элементов, которые входят в архитектуру Kubernetes. Однако очень важно знать о них и понимать, как они взаимодействуют в системе.

Развертывание приложения

Если коротко, то развертывание приложения состоит из таких шагов, как указание необходимого состояния приложения, после чего Kubernetes пытается достичь этого состояния. Развертывание приложения может быть различным в зависимости от предпочтений и требований пользователей.

Объект развертывания в Kubernetes задает необходимое состояние, и все функционирует таким образом, чтобы достичь упомянутого желаемого состояния. Таким образом, пользователям не нужно вручную разворачивать и обновлять приложения. Это сэкономит много времени и исключит ошибки, связанные с человеческим фактором.

Основные стратегии, которые являются сразу доступными, - это "скользящее обновление" и "воссоздание". Если стандартные варианты вам не подходят, то их можно легко настроить с помощью стратегий доставки, таких как "canary", "green" и "blue" развертывание.

ReplicaSet - это объект, который отвечает за функционирование нескольких подов и гарантирует, что определенное количество подов функционирует в любое время. Его цель - обеспечить, чтобы приложения, работающие в подах, не испытывали простоев и имели все необходимые ресурсы. Это особенно важно в случае выхода из строя одного или нескольких подов. Во время такого сбоя ReplicaSet создает новый экземпляр пода. Система регулярно проверяет, не совпадает ли количество работающих экземпляров с определенным числом, и немедленно создает еще один экземпляр. В случае появления лишнего экземпляра система удаляет его. Deployment - это высокоуровневый стандарт, который управляет ReplicaSets, помогает с декларативными обновлениями и многими другими функциями. Все инструкции рекомендуют пользователям не работать напрямую с ReplicaSets.

Еще один отличный вариант - Helm. Этот менеджер пакетов помогает преобразить приложение в набор диаграмм или многократно используемые компоненты в различных версиях. Эти диаграммы чрезвычайно удобны благодаря возможности распространения и упаковки приложений. Как правило, их легко установить и распространить на любом кластере.

Кроме того, пользователи могут использовать DaemonSets для запуска копии пода, StatefulSets для развертывания приложений, зависящих от состояния и Jobs. Такое разнообразие гибких опций может удовлетворить различные требования к приложениям.

Управление приложениями

Главное преимущество Kubernetes - возможность горизонтального масштабирования приложений. Это означает, что пользователи могут удалять и добавлять реплики подов в соответствии с существующими потребностями. В Kubernetes есть несколько механизмов, позволяющих управлять приложениями и масштабировать их наиболее эффективным образом.

Можно регулировать все вручную, изменяя количество реплик. Например, если у пользователя есть развертывание с 4 репликами и он планирует увеличить его до 6, это можно легко сделать, изменив количество реплик, и дополнительные реплики будут созданы.

Также есть отличная опция автомасштабирования, которая автоматически изменяет количество реплик в зависимости от таких данных, как использование процессора. Пользователи могут легко управлять автомасштабированием, указывая максимальное/минимальное количество реплик и целевую загрузку. Таким образом, Kubernetes будет определять данные и масштабировать приложения в соответствии с этими метриками.

Кроме опции масштабирования, пользователи могут попробовать различные функции и инструменты для управления процессом. Самый простой способ управления - использование селекторов и меток для группировки ресурсов. Для управления конфиденциальной информацией рекомендуется использовать секреты и configMaps.

Мониторинг и устранение неполадок в Kubernetes

Эта платформа для управления контейнерами уделяет приоритетное внимание устранению неполадок и мониторингу, поскольку это очень важно для повышения производительности и здоровья приложений. Благодаря Kubernetes пользователям доступны несколько инструментов, которые помогают эффективно устранять баги и контролировать приложения.

Одним из основных инструментов считается kubectl. Эта командная строка позволяет просматривать журналы, проверять состояние кластера и выполнять команды внутри контейнеров. С помощью этого инструмента пользователи могут собирать данные о приложении и таким образом диагностировать проблемы.

Кроме того, Kubernetes интегрирован с несколькими замечательными решениями для мониторинга, такими как Elasticsearch и Prometheus. Эти инструменты полезны для продвинутой аналитики, так что пользователи могут визуализировать/собирать данные, настраивать оповещения и, конечно, заниматься устранением проблем с производительностью.

Если говорить о методах проверки работоспособности приложений, то Kubernetes предлагает такие варианты, как тесты готовности и жизнеспособности. Тесты готовности отвечают за определение того, готово ли приложение к приему трафика, а тесты жизнеспособности определяют, правильно ли функционирует приложение.

Подведение итогов: Основные выводы

Одним из самых мощных программных средств управления контейнерами является Kubernetes. Этот контейнер приложений обеспечивает управление, развертывание и масштабирование. Благодаря разнообразию доступных функций это контейнерное решение становится идеальным вариантом для компаний, которые внедряют облачные нативные вычисления.

В статье мы рассказали об устранении неполадок мониторинга, управлении и развертывании приложений, архитектуре Kubernetes и некоторых основных преимуществах. Кроме того, мы поделились полезной терминологией для новичков.

Разобравшись с основными концепциями и принципами работы Kubernetes, вы сможете углубиться в тему и изучить более конкретную информацию. Экспериментируя с этой удивительной платформой, вы откроете большой потенциал, предназначенный как для новичков, так и для опытных пользователей.