Концепції
В розділі "Концепції" описані складові системи Kubernetes і абстракції, за допомогою яких Kubernetes реалізовує ваш кластер. Цей розділ допоможе вам краще зрозуміти, як працює Kubernetes.
Загальна інформація
Для роботи з Kubernetes ви використовуєте об'єкти API Kubernetes для того, щоб описати бажаний стан вашого кластера: які застосунки або інші робочі навантаження ви плануєте запускати, які образи контейнерів вони використовують, кількість реплік, скільки ресурсів мережі та диску ви хочете виділити тощо. Ви задаєте бажаний стан, створюючи об'єкти в Kubernetes API, зазвичай через інтерфейс командного рядка kubectl. Ви також можете взаємодіяти із кластером, задавати або змінювати його бажаний стан безпосередньо через Kubernetes API.
Після того, як ви задали бажаний стан, площина управління Kubernetes приводить поточний стан кластера до бажаного за допомогою Pod Lifecycle Event Generator (PLEG). Для цього Kubernetes автоматично виконує ряд задач: запускає або перезапускає контейнери, масштабує кількість реплік у певному застосунку тощо. Площина управління Kubernetes складається із набору процесів, що виконуються у вашому кластері:
- Kubernetes master становить собою набір із трьох процесів, запущених на одному вузлі вашого кластера, що визначений як керівний (master). До цих процесів належать: kube-apiserver, kube-controller-manager і kube-scheduler.
- На кожному не-мастер вузлі вашого кластера виконуються два процеси:
- kubelet, що обмінюється даними з Kubernetes master.
- kube-proxy, мережевий проксі, що відображає мережеві сервіси Kubernetes на кожному вузлі.
Об'єкти Kubernetes
Kubernetes оперує певною кількістю абстракцій, що відображають стан вашої системи: розгорнуті у контейнерах застосунки та робочі навантаження, пов'язані з ними ресурси мережі та диску, інша інформація щодо функціонування вашого кластера. Ці абстракції представлені як об'єкти Kubernetes API. Для більш детальної інформації ознайомтесь з Об'єктами Kubernetes.
До базових об'єктів Kubernetes належать:
В Kubernetes є також абстракції вищого рівня, які надбудовуються над базовими об'єктами за допомогою контролерів і забезпечують додаткову функціональність і зручність. До них належать:
Площина управління Kubernetes (Kubernetes Control Plane)
Різні частини площини управління Kubernetes, такі як Kubernetes Master і kubelet, регулюють, як Kubernetes спілкується з вашим кластером. Площина управління веде облік усіх об'єктів Kubernetes в системі та безперервно, в циклі перевіряє стан цих об'єктів. У будь-який момент часу контрольні цикли, запущені площиною управління, реагуватимуть на зміни у кластері і намагатимуться привести поточний стан об'єктів до бажаного, що заданий у конфігурації.
Наприклад, коли за допомогою API Kubernetes ви створюєте Deployment, ви задаєте новий бажаний стан для системи. Площина управління Kubernetes фіксує створення цього об'єкта і виконує ваші інструкції шляхом запуску потрібних застосунків та їх розподілу між вузлами кластера. В такий спосіб досягається відповідність поточного стану бажаному.
Kubernetes Master
Kubernetes Master відповідає за підтримку бажаного стану вашого кластера. Щоразу, як ви взаємодієте з Kubernetes, наприклад при використанні інтерфейсу командного рядка kubectl, ви обмінюєтесь даними із Kubernetes master вашого кластера.
Слово "master" стосується набору процесів, які управляють станом кластера. Переважно всі ці процеси виконуються на одному вузлі кластера, який також називається master. Master-вузол можна реплікувати для забезпечення високої доступності кластера.
Вузли Kubernetes
Вузлами кластера називають машини (ВМ, фізичні сервери тощо), на яких запущені ваші застосунки та хмарні робочі навантаження. Кожен вузол керується Kubernetes master; ви лише зрідка взаємодіятимете безпосередньо із вузлами.
Що далі
Якщо ви хочете створити нову сторінку у розділі Концепції, у статті
Використання шаблонів сторінок
ви знайдете інформацію щодо типу і шаблона сторінки.
1.1 - Що таке Kubernetes?
Ця сторінка являє собою узагальнений огляд Kubernetes.
Kubernetes - це платформа з відкритим вихідним кодом для управління контейнеризованими робочими навантаженнями та супутніми службами. Її основні характеристики - кросплатформенність, розширюваність, успішне використання декларативної конфігурації та автоматизації. Вона має гігантську, швидкопрогресуючу екосистему.
Назва Kubernetes походить з грецької та означає керманич або пілот. Google відкрив доступ до вихідного коду проекту Kubernetes у 2014 році. Kubernetes побудовано на базі п'ятнадцятирічного досвіду, що Google отримав, оперуючи масштабними робочими навантаженнями у купі з найкращими у своєму класі ідеями та практиками, які може запропонувати спільнота.
Озираючись на першопричини
Повернімось назад у часі та дізнаємось, завдяки чому Kubernetes став таким корисним.
Ера традиційного розгортання: На початку організації запускали застосунки на фізичних серверах. Оскільки в такий спосіб не було можливості задати обмеження використання ресурсів, це спричиняло проблеми виділення та розподілення ресурсів на фізичних серверах. Наприклад: якщо багато застосунків було запущено на фізичному сервері, могли траплятись випадки, коли один застосунок забирав собі найбільше ресурсів, внаслідок чого інші програми просто не справлялись з обов'язками. Рішенням може бути запуск кожного застосунку на окремому фізичному сервері. Але такий підхід погано масштабується, оскільки ресурси не повністю використовуються; на додачу, це дорого, оскільки організаціям потрібно опікуватись багатьма фізичними серверами.
Ера віртуалізованого розгортання: Як рішення - була представлена віртуалізація. Вона дозволяє запускати численні віртуальні машини (Virtual Machines або VMs) на одному фізичному ЦПУ сервера. Віртуалізація дозволила застосункам бути ізольованими у межах віртуальних машин та забезпечувала безпеку, оскільки інформація застосунку на одній VM не була доступна застосунку на іншій VM.
Віртуалізація забезпечує краще використання ресурсів на фізичному сервері та кращу масштабованість, оскільки дозволяє легко додавати та оновлювати застосунки, зменшує витрати на фізичне обладнання тощо. З віртуалізацією ви можете представити ресурси у вигляді одноразових віртуальних машин.
Кожна VM є повноцінною машиною з усіма компонентами, включно з власною операційною системою, що запущені поверх віртуалізованого апаратного забезпечення.
Ера розгортання контейнерів: Контейнери схожі на VM, але мають спрощений варіант ізоляції і використовують спільну операційну систему для усіх застосунків. Саме тому контейнери вважаються "легкими", в порівнянні з віртуалками. Подібно до VM, контейнер має власну файлову систему, ЦПУ, пам'ять, простір процесів тощо. Оскільки контейнери вивільнені від підпорядкованої інфраструктури, їх можна легко переміщати між хмарними провайдерами чи дистрибутивами операційних систем.
Контейнери стали популярними, бо надавали додаткові переваги, такі як:
- Створення та розгортання застосунків за методологією Agile: спрощене та більш ефективне створення образів контейнерів у порівнянні до використання образів віртуальних машин.
- Безперервна розробка, інтеграція та розгортання: забезпечення надійних та безперервних збирань образів контейнерів, їх швидке розгортання та легкі відкатування (за рахунок незмінності образів).
- Розподіл відповідальності команд розробки та експлуатації: створення образів контейнерів застосунків під час збирання/релізу на противагу часу розгортання, і як наслідок, вивільнення застосунків із інфраструктури.
- Спостереження не лише за інформацією та метриками на рівні операційної системи, але й за станом застосунку та іншими сигналами.
- Однорідність середовища для розробки, тестування та робочого навантаження: запускається так само як на робочому комп'ютері, так і у хмарного провайдера.
- ОС та хмарна кросплатформність: запускається на Ubuntu, RHEL, CoreOS, у власному дата-центрі, у Google Kubernetes Engine і взагалі будь-де.
- Керування орієнтоване на застосунки: підвищення рівня абстракції від запуску операційної системи у віртуальному апаратному забезпеченні до запуску застосунку в операційній системі, використовуючи логічні ресурси.
- Нещільно зв'язані, розподілені, еластичні, вивільнені мікросервіси: застосунки розбиваються на менші, незалежні частини для динамічного розгортання та управління, на відміну від монолітної архітектури, що працює на одній великій виділеній машині.
- Ізоляція ресурсів: передбачувана продуктивність застосунку.
- Використання ресурсів: висока ефективність та щільність.
Чому вам потрібен Kubernetes і що він може робити
Контейнери - це прекрасний спосіб упакувати та запустити ваші застосунки. У прод оточенні вам потрібно керувати контейнерами, в яких працюють застосунки, і стежити, щоб не було простою. Наприклад, якщо один контейнер припиняє роботу, інший має бути запущений йому на заміну. Чи не легше було б, якби цим керувала сама система?
Ось де Kubernetes приходить на допомогу! Kubernetes надає вам каркас для еластичного запуску розподілених систем. Він опікується масштабуванням та аварійним відновленням вашого застосунку, пропонує шаблони розгортань тощо. Наприклад, Kubernetes дозволяє легко створювати розгортання за стратегією canary у вашій системі.
Kubernetes надає вам:
- Виявлення сервісів та балансування навантаження
Kubernetes може надавати доступ до контейнера, використовуючи DNS-ім'я або його власну IP-адресу. Якщо контейнер зазнає завеликого мережевого навантаження, Kubernetes здатний збалансувати та розподілити його таким чином, щоб якість обслуговування залишалась стабільною.
- Оркестрація сховища інформації
Kubernetes дозволяє вам автоматично монтувати системи збереження інформації на ваш вибір: локальні сховища, рішення від хмарних провайдерів тощо.
- Автоматичне розгортання та відкатування
За допомогою Kubernetes ви можете описати бажаний стан контейнерів, що розгортаються, і він регульовано простежить за виконанням цього стану. Наприклад, ви можете автоматизувати в Kubernetes процеси створення нових контейнерів для розгортання, видалення існуючих контейнерів і передачу їхніх ресурсів на новостворені контейнери.
- Автоматичне розміщення задач
Ви надаєте Kubernetes кластер для запуску контейнерізованих задач і вказуєте, скільки ресурсів ЦПУ та пам'яті (RAM) необхідно для роботи кожного контейнера. Kubernetes розподіляє контейнери по вузлах кластера для максимально ефективного використання ресурсів.
- Самозцілення
Kubernetes перезапускає контейнери, що відмовили; заміняє контейнери; зупиняє роботу контейнерів, що не відповідають на задану користувачем перевірку стану, і не повідомляє про них клієнтам, допоки ці контейнери не будуть у стані робочої готовності.
- Управління секретами та конфігурацією
Kubernetes дозволяє вам зберігати та керувати чутливою інформацією, такою як паролі, OAuth токени та SSH ключі. Ви можете розгортати та оновлювати секрети та конфігурацію без перезбирання образів ваших контейнерів, не розкриваючи секрети в конфігурацію стека.
Чим не є Kubernetes
Kubernetes не є комплексною системою PaaS (Платформа як послуга) у традиційному розумінні. Оскільки Kubernetes оперує швидше на рівні контейнерів, аніж на рівні апаратного забезпечення, деяка загальнозастосована функціональність і справді є спільною з PaaS, як-от розгортання, масштабування, розподіл навантаження, логування і моніторинг. Водночас Kubernetes не є монолітним, а вищезазначені особливості підключаються і є опціональними. Kubernetes надає будівельні блоки для створення платформ для розробників, але залишає за користувачем право вибору у важливих питаннях.
Kubernetes:
- Не обмежує типи застосунків, що підтримуються. Kubernetes намагається підтримувати найрізноманітніші типи навантажень, включно із застосунками зі станом (stateful) та без стану (stateless), навантаження по обробці даних тощо. Якщо ваш застосунок можна контейнеризувати, він чудово запуститься під Kubernetes.
- Не розгортає застосунки з вихідного коду та не збирає ваші застосунки. Процеси безперервної інтеграції, доставки та розгортання (CI/CD) визначаються на рівні організації, та в залежності від технічних вимог.
- Не надає сервіси на рівні застосунків як вбудовані: програмне забезпечення проміжного рівня (наприклад, шина передачі повідомлень), фреймворки обробки даних (наприклад, Spark), бази даних (наприклад, MySQL), кеш, некластерні системи збереження інформації (наприклад, Ceph). Ці компоненти можуть бути запущені у Kubernetes та/або бути доступними для застосунків за допомогою спеціальних механізмів, наприклад Open Service Broker.
- Не нав'язує використання інструментів для логування, моніторингу та сповіщень, натомість надає певні інтеграційні рішення як прототипи, та механізми зі збирання та експорту метрик.
- Не надає та не змушує використовувати якусь конфігураційну мову/систему (як наприклад
Jsonnet), натомість надає можливість використовувати API, що може бути використаний довільними формами декларативних специфікацій. - Не надає і не запроваджує жодних систем машинної конфігурації, підтримки, управління або самозцілення.
- На додачу, Kubernetes - не просто система оркестрації. Власне кажучи, вона усуває потребу оркестрації як такої. Технічне визначення оркестрації - це запуск визначених процесів: спочатку A, за ним B, потім C. На противагу, Kubernetes складається з певної множини незалежних, складних процесів контролерів, що безперервно опрацьовують стан у напрямку, що заданий бажаною конфігурацією. Неважливо, як ви дістанетесь з пункту A до пункту C. Централізоване управління також не є вимогою. Все це виливається в систему, яку легко використовувати, яка є потужною, надійною, стійкою та здатною до легкого розширення.
Що далі
6 - Розширення можливостей Kubernetes
Різні способи зміни поведінки вашого кластера Kubernetes.
6.1 - Шаблон Operator
Оператори — це розширення програмного забезпечення для Kubernetes, які використовують власні ресурси для управління застосунками та їх компонентами. Оператори дотримуються принципів Kubernetes, зокрема control loop.
Мотивація
Шаблон operator спрямований на досягнення ключової мети людини-оператора, яка керує сервісом або набором сервісів. Люди-оператори, які відповідають за конкретні застосунки та сервіси, мають глибокі знання про те, як система повинна себе вести, як її розгорнути та як реагувати у разі проблем.
Люди, які запускають робочі навантаження в Kubernetes, часто хочуть використовувати автоматизацію для виконання повторюваних завдань. Шаблон operator показує, як ви можете написати код для автоматизації завдання, яке виходить за межі того, що надає сам Kubernetes.
Оператори в Kubernetes
Kubernetes створений для автоматизації. З коробки ви отримуєте багато вбудованої автоматизації від ядра Kubernetes. Ви можете використовувати Kubernetes для автоматизації розгортання та запуску робочих навантажень, та ви можете автоматизувати те, як це робить Kubernetes.
Концепція шаблону operator Kubernetes дозволяє розширити поведінку кластера без зміни коду самого Kubernetes, звʼязавши контролери з одним або кількома власними ресурсами. Оператори є клієнтами API Kubernetes, які діють як контролери для власного ресурсу.
Приклад оператора
Деякі завдання, які можна автоматизувати за допомогою оператора, включають:
- розгортання застосунку за запитом
- створення та відновлення резервних копій стану цього застосунку
- керування оновленнями коду застосунку разом з повʼязаними змінами, такими як схеми баз даних або додаткові налаштування
- публікація Serviceʼів для застосунків, які не підтримують Kubernetes API, для їх виявлення
- емуляція відмови в усьому або частині кластера для перевірки його стійкості
- обрання лідера для розподіленого застосунку без внутрішнього процесу такого вибору.
Яким може бути оператор у більш детальному вигляді? Ось приклад:
- Власний ресурс з назвою SampleDB, який можна налаштувати в кластері.
- Deployment, який запускає Pod, що містить частину контролера оператора.
- Образ контейнера з кодом оператора.
- Код контролера, який надсилає запити до панелі управління, щоб дізнатися, яким чином налаштовано ресурси SampleDB.
- Ядром оператора є код, який говорить API серверу, які дії потрібно виконати, щоб поточний стан ресурсу SampleDB відповідав бажаному стану ресурсів.
- Якщо ви додаєте новий ресурс SampleDB, оператор створює PersistentVolumeClaim для забезпечення місця для надійного зберігання даних, StatefulSet — для запуску SampleDB, та завдання (Job) для ініціалізації бази даних.
- Якщо ви видаляєте ресурс SampleDB, оператор зробить зліпок з усіх даних, потім переконається, що ресурси StatefulSet та Volume також видалені.
- Оператор також керує процесом створення резервних копій бази даних. Для кожного ресурсу SampleDB оператор визначає, коли потрібно створити Pod, який підʼєднається до бази даних, та зробить резервну копію. Ці Podʼи можуть використовувати ConfigMap чи Secret, що містять облікові дані для підʼєднання до бази даних.
- Оскільки оператор призначений для надання високого рівня автоматизації для керування ресурсами, тож для цього може використовуватись додатковий код. Наприклад, код, що визначає, чи база даних працює на старій версії, та якщо так, то створює Job для оновлення бази даних.
Розгортання операторів
Найпоширеніший спосіб розгортання операторів — це додавання CustomResourceDefinition (CRD) та контролера для них до вашого кластера. Контролери мають зазвичай запускатись за межами панелі управління кластера, так само як ви запускаєте будь-який інший контейнеризований застосунок. Наприклад, ви можете запустити ваш контролер як Deployment.
Використання операторів
Після того, як ви розгорнете оператора, ви будете використовувати його, додаючи, змінюючи або видаляючи тип ресурсу, який використовує оператор. Наслідуючи наведений вище приклад, ви б налаштували розгортання для самого оператора, а потім:
kubectl get SampleDB # пошук налаштованої бази даних
kubectl edit SampleDB/example-database # ручна заміна деяких параметрів
…і все! Оператор візьме на себе роботу застосування змін, а такою як і підтримання сервісу у відповідному стані.
Створення власних операторів
Якщо в екосистемі немає оператора, який реалізує потрібну вам поведінку, ви можете створити власний.
Ви також можете створити оператор (тобто, Контролер) використовуючи мову або рушій виконання, який працює як клієнт API Kubernetes.
Нижче наведено кілька бібліотек та інструментів, які ви можете використовувати для написання власного хмарного оператора.
Примітка: This section links to third party projects that provide functionality required by Kubernetes. The Kubernetes project authors aren't responsible for these projects, which are listed alphabetically. To add a project to this list, read the
content guide before submitting a change.
More information. Що далі