Урок 7: Устройство кластера. Вечерняя школа Kubernetes

Увлекательные вечерние дискуссии по кластерной архитектуре Мы выражаем благодарность за вечерние дискуссии, которые вовлекают всех, особенно тех, кто находится далеко. Основное внимание уделяется пониманию кластерной архитектуры и ее компонентов, делая акцент на практических знаниях, а не на теоретических концепциях. Участникам предлагается задавать вопросы по мере того, как они углубляются в специфику кластеров.

Понимание основных компонентов кластеров Цель занятия - прояснить, что представляет собой кластер, рассмотрев его основные компоненты на практических примерах. Будет обсуждаться роль каждого компонента в запуске реплик в кластере, подчеркивая их необходимость для надлежащей функциональности.

Основные и дополнительные компоненты кластера Проводится различие между стандартными компонентами по умолчанию, необходимыми для работы кластеров, и дополнительными, необязательными, которые не рассматриваются подробно в ходе этого обсуждения. Основное внимание уделяется тому, как эти основные элементы взаимодействуют с технологиями контейнеризации, такими как Docker, при сохранении сетевого взаимодействия между контейнерами в рамках кластерной платформы.

Навигация по Конфигурациям DNS Внутри Кластеров Внимание обращается на конфигурации DNS, используемые в кластерах, отмечая различия в версиях и требования к совместимости с другими частями системы. Исторический контекст, касающийся обработки двоичных данных, указывает на потенциальные проблемы, с которыми приходится сталкиваться при эффективном управлении этими системами без строгих правил, регулирующих их.

Понимание Etcd: База данных "Ключ-значение" для кластеров Etcd - это база данных "ключ-значение", разработанная для кластеров Kubernetes и обеспечивающая надежное хранение данных. Она работает с использованием протокола Raft для обеспечения согласованности и надежности данных на нескольких узлах кластера. Как правило, кластеры состоят из трех или пяти узлов для поддержания кворума; это означает, что большинство реплик должны согласовать изменения, чтобы они были успешно зафиксированы. Если главный узел выходит из строя, другие реплики могут выбрать нового главного узла на основе консенсуса большинства.

Оперативное представление о функциональности Etcd Функциональность Etcd включает в себя управление конфигурациями и обнаружение сервисов в средах Kubernetes. Пользователи взаимодействуют с ним через API, обеспечивая высокую доступность за счет поддержки нескольких экземпляров на разных узлах. В сети доступна интерактивная презентация, наглядно демонстрирующая, как протокол Raft работает между компонентами кластера, что улучшает понимание его работы.

API-сервер как центральный узел связи Сервер API является центральным компонентом кластера Kubernetes, обеспечивающим взаимодействие с помощью протоколов REST. Он позволяет пользователям взаимодействовать с кластером с помощью HTTP-запросов и поддерживает пользовательские скрипты и библиотеки для расширения функциональности. Сервер API сам по себе не хранит информацию, а извлекает ее из etcd, гарантируя, что все компоненты в кластере смогут получить доступ к обновленным данным о состоянии.

Работа без сохранения состояния и высокая доступность Как служба без учета состояния, сервер API работает без поддержки какого-либо состояния сеанса или концепции главного узла. Для обеспечения высокой доступности на узлах в физических или виртуальных средах обычно развертывается несколько экземпляров. Такая избыточность обеспечивает непрерывную работу, даже если один экземпляр выходит из строя, при централизованном управлении аутентификацией и авторизацией пользователей.

Создание Ресурсов с Помощью Пользовательских Команд При создании ресурсов, таких как наборы реплик, в кластерах Kubernetes пользователи определяют параметры, такие как реплики, непосредственно с помощью конфигураций YAML, отправляемых на сервер API. После получения этих команд с помощью операций создания kubectl обрабатывает их, сохраняя соответствующие сведения о вновь созданных объектах обратно в etcd для целей отслеживания.

Бесперебойное взаимодействие и управление ресурсами Взаимодействие между различными компонентами происходит беспрепятственно через определенные конечные точки на сервере API, который непрерывно отслеживает состояние ресурсов на протяжении всего жизненного цикла своих задач по управлению кластерами. Пользователи могут обращаться за помощью по вопросам распределения ресурсов во время сессий; однако обсуждения будут сосредоточены в основном на эксплуатационных аспектах, а не на конкретных распределениях, если только позднее участники не обратятся с дополнительными запросами.

Диспетчер контроллеров: Основа управления кластером Диспетчер контроллеров является важнейшим компонентом кластеров Kubernetes, отвечающим за управление различными контроллерами, которые обеспечивают работоспособность и функциональность кластера. Он работает как единый двоичный файл, как и другие компоненты, такие как серверы API. Обычно развертываемый в кластере, он отслеживает узлы и управляет рабочими нагрузками, взаимодействуя с API-интерфейсами для поддержания операционной целостности.

Мониторинг узлов и отчетность о состоянии Одной из ключевых функций диспетчера контроллеров является мониторинг состояния узла с помощью "уведомителей", которые регулярно передают информацию о своем состоянии на сервер API. Если какой-либо узел не сообщает о своем состоянии в течение указанного периода времени, он помечается как недоступный не-контроллером, находящимся под наблюдением руководства.

Управление репликами с помощью контроллера ReplicaSet Контроллер ReplicaSet играет важную роль при создании наборов реплик в соответствии со спецификациями развертывания, предоставляемыми с помощью шаблонов. Это гарантирует, что требуемое количество реплик модулей поддерживается в соответствии с определенными критериями, при этом автоматически корректируется на основе изменений или сбоев, обнаруженных в существующих модулях.

"Сборка мусора": Оптимизация использования ресурсов "Сборка мусора" - еще одна важная функция, управляемая контроллерами; она очищает неиспользуемые ресурсы из предыдущих развертываний, не влияя на текущие операции. Отслеживая исторические ограничения, установленные во время развертываний, этот процесс помогает эффективно оптимизировать использование ресурсов в кластерах, сохраняя при этом необходимые версии для отката в случае необходимости.

Роль планировщика в управлении кластером Планировщик является ключевым компонентом в управлении кластером, отвечающим за назначение модулей узлам на основе различных параметров. Он учитывает доступность ресурсов и политики качества обслуживания при принятии решений о размещении модулей. Если определенным узлам не хватает ресурсов памяти, они не будут получать новые назначения.

Управление размещением капсул с учетом сходства Правила Affinity и anti-affinity позволяют пользователям контролировать, где выполняются их рабочие нагрузки в кластере. Affinity гарантирует, что определенные модули будут запланированы совместно на определенных узлах с определенными характеристиками, в то время как anti-affinity не позволит им запускаться на одном узле в целом.

Механизм фильтрации узлов и подсчета очков Процесс планирования включает в себя фильтрацию потенциальных узлов перед их оценкой на основе определенных критериев, таких как доступные ресурсы или существующие схемы рабочей нагрузки. Узел, набравший наибольшее количество баллов, становится объектом назначения модуля, обеспечивая оптимальное использование ресурсов для различных задач в кластере.

Использование исторических данных для эффективного планирования Планировщики определяют приоритет ранее использовавшихся образов во время развертывания; если приложение ранее успешно запускалось в определенном месте, оно, скорее всего, будет назначено туда снова из-за знакомства с его средой. Этот механизм повышает эффективность за счет использования исторических данных об использовании образов в кластерах.

Устойчивость "Главного" Компонента во время Сбоев "Главные" компоненты управляют общими операциями, но могут выходить из строя, не влияя на текущие процессы, управляемые другими планировщиками, ожидающими действий по восстановлению после обнаружения сбоя с помощью механизмов HTTP, таких как отслеживание событий, что обеспечивает непрерывность даже при сбоях в работе основных служб в производственных средах.

Кублет Функционирует на Всех Узлах Kubelet работает на каждом узле кластера Kubernetes, включая главные узлы. Он управляет локальными ресурсами и приложениями, запущенными на этих узлах. Хотя обычно он связан с рабочими узлами, функциональность Kubelet распространяется и на главные узлы.

Управление контейнерами с помощью API-интерфейса Являясь основным компонентом, взаимодействующим с системами контейнеризации, такими как Docker, Kubelet передает команды для запуска или остановки контейнеров. Он не запускается внутри контейнеров, а функционирует как независимый процесс, который контролирует управление контейнерами с помощью API.

Мониторинг состояния здоровья и распределение ресурсов Kubelet выполняет проверки работоспособности, такие как проверка готовности, чтобы убедиться в доступности приложения в кластере. Если приложение становится недоступным, оно информирует другие компоненты о его состоянии, чтобы они могли соответствующим образом скорректировать распределение ресурсов.

"Обновления в режиме реального времени" между компонентами Взаимодействие между различными компонентами имеет решающее значение для поддержания эффективности работы в среде Kubernetes. При создании новых модулей или изменении состояния существующих, Kubelets оперативно и без задержек передает эту информацию обратно на сервер API.

"Эффективность под нагрузкой" "Несмотря на возможные сложности при высоких нагрузках, процессы остаются эффективными благодаря надежным принципам проектирования, обеспечивающим быстрое реагирование на все операции от начала развертывания до постоянного мониторинга служб на протяжении всего их жизненного цикла".

Компоненты в кластерной коммуникации В кластере компоненты взаимодействуют косвенно, не передавая команды друг другу. Каждый компонент подписывается на соответствующие события и обрабатывает информацию независимо, поддерживая свою собственную часть инфраструктуры. Сервер API действует как центральная точка для обмена данными, где все компоненты получают и обновляют свои соответствующие состояния на основе изменений.

Архитектурная мощь Kubernetes Kubernetes хвалят за его архитектуру, которая эффективно поддерживает распределенные микросервисы по сравнению с альтернативами, такими как OpenStack. Его дизайн отражает логическую структуру, разработанную квалифицированными инженерами Google, что дает ценные уроки для построения надежных архитектур микросервисов в организациях.

Эффективная обработка событий в Kubernetes Понимание того, как работают контроллеры в Kubernetes, может расширить знания об архитектуре системы и механизмах обработки событий. Реализованы эффективные стратегии кэширования и методы проверки, которые обеспечивают бесперебойное обновление всех служб и бесперебойное управление многочисленными запросами.

Понимание роли Kube-прокси Kube-proxy - ключевой компонент Kubernetes, реализующий сетевые абстракции. Он управляет сетью служб и правилами, обеспечивая связь между службами и модулями внутри кластера. Kube-proxy работает на всех узлах, считывая информацию с верхнего сервера для эффективного управления трафиком.

Динамическое управление услугами Kube-proxy упрощает создание сервисов, отслеживая события, связанные со службами и их метками/селекторами, привязанными к определенным модулям. Это позволяет ему динамически корректировать маршрутизацию на основе изменений в доступности или конфигурации модулей.

Эволюция решений для управления дорожным движением Исторически сложилось так, что kube-proxy был необходим для управления всем трафиком с помощью своих возможностей прокси-сервера; однако появились современные решения, которые уменьшают зависимость от этого компонента благодаря таким достижениям, как механизмы, ориентированные на конкретные цели, которые оптимизируют производительность без необходимости использования полной функциональности прокси-сервера.

Контейнеризация операций Kube-Proxy В современных кластерах kube-proxy часто работает как контейнерное приложение, а не напрямую взаимодействует с процессами на уровне ядра. В его управлении участвуют системные администраторы, которые настраивают эти компоненты на этапах развертывания, используя средства автоматизации для повышения эффективности.

Объяснено "Развертывание" "Развертывание", в частности, относится к созданию экземпляров приложений в средах Kubernetes при сохранении контроля над операциями масштабирования с помощью наборов реплик — это обеспечивает высокую доступность распределенных систем, несмотря на возможные сбои узлов или ограниченность ресурсов