Цілі

• Зрозуміти, що таке Kubernetes кластер.
• Зрозуміти, що таке Minikube.
• Запустити Kubernetes кластер за допомогою онлайн-термінала.

Kubernetes кластери

Kubernetes координує високодоступний кластер комп'ютерів, з'єднаних таким чином, щоб працювати як одне ціле. Абстракції Kubernetes дозволяють вам розгортати контейнеризовані застосунки в кластері без конкретної прив'язки до окремих машин. Для того, щоб скористатися цією новою моделлю розгортання, застосунки потрібно упакувати таким чином, щоб звільнити їх від прив'язки до окремих хостів, тобто контейнеризувати. Контейнеризовані застосунки більш гнучкі і доступні, ніж попередні моделі розгортання, що передбачали встановлення застосунків безпосередньо на призначені для цього машини у вигляді програмного забезпечення, яке глибоко інтегрувалося із хостом. Kubernetes дозволяє автоматизувати розподіл і запуск контейнерів застосунку у кластері, а це набагато ефективніше. Kubernetes - це платформа з відкритим вихідним кодом, готова для використання у проді.

Kubernetes кластер складається з двох типів ресурсів:

• master, що координує роботу кластера
• вузли (nodes) - робочі машини, на яких запущені застосунки

Схема кластера

Master відповідає за керування кластером. Master координує всі процеси у вашому кластері, такі як запуск застосунків, підтримка їх бажаного стану, масштабування застосунків і викатка оновлень.

Вузол (node) - це ВМ або фізичний комп'ютер, що виступає у ролі робочої машини в Kubernetes кластері. Кожен вузол має kubelet - агент для управління вузлом і обміну даними з Kubernetes master. Також на вузлі мають бути встановлені інструменти для виконання операцій з контейнерами, такі як Docker або rkt. Kubernetes кластер у проді повинен складатися як мінімум із трьох вузлів.

Коли ви розгортаєте застосунки у Kubernetes, ви кажете master-вузлу запустити контейнери застосунку. Master розподіляє контейнери для запуску на вузлах кластера. Для обміну даними з master вузли використовують Kubernetes API, який надається master-вузлом. Кінцеві користувачі також можуть взаємодіяти із кластером безпосередньо через Kubernetes API.

Kubernetes кластер можна розгорнути як на фізичних, так і на віртуальних серверах. Щоб розпочати розробку під Kubernetes, ви можете скористатися Minikube - спрощеною реалізацією Kubernetes. Minikube створює на вашому локальному комп'ютері ВМ, на якій розгортає простий кластер з одного вузла. Існують версії Minikube для операційних систем Linux, macOS та Windows. Minikube CLI надає основні операції для роботи з вашим кластером, такі як start, stop, status і delete. Однак у цьому уроці ви використовуватимете онлайн термінал із вже встановленим Minikube.

Тепер ви знаєте, що таке Kubernetes. Тож давайте перейдемо до інтерактивного уроку і створимо ваш перший кластер!

Почати інтерактивний урок ›

Цілі

• Дізнатися, що таке Deployment застосунків.
• Розгорнути свій перший застосунок у Kubernetes за допомогою kubectl.

Процеси Kubernetes Deployment

Після того, як ви запустили Kubernetes кластер, ви можете розгортати в ньому контейнеризовані застосунки. Для цього вам необхідно створити Deployment конфігурацію. Вона інформує Kubernetes, як створювати і оновлювати Pod'и для вашого застосунку. Після того, як ви створили Deployment, Kubernetes master розподіляє ці Pod'и по окремих вузлах кластера.

Після створення Pod'и застосунку безперервно моніторяться контролером Kubernetes Deployment. Якщо вузол, на якому розміщено Pod, зупинив роботу або був видалений, Deployment контролер переміщає цей Pod на інший вузол кластера. Так працює механізм самозцілення, що підтримує робочий стан кластера у разі апаратного збою чи технічних робіт.

До появи оркестрації застосунки часто запускали за допомогою скриптів установлення. Однак скрипти не давали можливості відновити працездатний стан застосунку після апаратного збою. Завдяки створенню Pod'ів та їхньому запуску на вузлах кластера, Kubernetes Deployment надає цілковито інший підхід до управління застосунками.

Як розгорнути ваш перший застосунок у Kubernetes

Ви можете створити Deployment і керувати ним за допомогою командного рядка Kubernetes - kubectl. kubectl взаємодіє з кластером через API Kubernetes. У цьому модулі ви вивчите найпоширеніші команди kubectl для створення Deployment'ів, які запускатимуть ваші застосунки у Kubernetes кластері.

Коли ви створюєте Deployment, вам необхідно задати образ контейнера для вашого застосунку і скільки реплік ви хочете запустити. Згодом цю інформацію можна змінити, оновивши Deployment. У навчальних модулях 5 і 6 йдеться про те, як масштабувати і оновлювати Deployment'и.

Для створення Deployment'а ви використовуватимете застосунок, написаний на Node.js і упакований в Docker контейнер. (Якщо ви ще не пробували створити Node.js застосунок і розгорнути його у контейнері, радимо почати саме з цього; інструкції ви знайдете у навчальному матеріалі Привіт Minikube).

Тепер ви знаєте, що таке Deployment. Тож давайте перейдемо до інтерактивного уроку і розгорнемо ваш перший застосунок!

Почати інтерактивний урок ›

Цілі

• Дізнатися, що таке Pod'и Kubernetes.
• Дізнатися, що таке вузли Kubernetes.
• Діагностика розгорнутих застосунків.

Pod'и Kubernetes

Коли ви створили Deployment у модулі 2, Kubernetes створив Pod, щоб розмістити ваш застосунок. Pod - це абстракція в Kubernetes, що являє собою групу з одного або декількох контейнерів застосунку (як Docker або rkt) і ресурси, спільні для цих контейнерів. До цих ресурсів належать:

• Спільні сховища даних, або Volumes
• Мережа, адже кожен Pod у кластері має унікальну IP-адресу
• Інформація з запуску кожного контейнера, така як версія образу контейнера або використання певних портів

Pod моделює специфічний для даного застосунку "логічний хост" і може містити різні, але доволі щільно зв'язані контейнери. Наприклад, в одному Pod'і може бути контейнер з вашим Node.js застосунком та інший контейнер, що передає дані для публікації Node.js вебсерверу. Контейнери в межах Pod'а мають спільну IP-адресу і порти, завжди є сполученими, плануються для запуску разом і запускаються у спільному контексті на одному вузлі.

Pod є неподільною одиницею платформи Kubernetes. Коли ви створюєте Deployment у Kubernetes, цей Deployment створює Pod'и вже з контейнерами всередині, на відміну від створення контейнерів окремо. Кожен Pod прив'язаний до вузла, до якого його було розподілено, і лишається на ньому до припинення роботи (згідно з політикою перезапуску) або видалення. У разі відмови вузла ідентичні Pod'и розподіляються по інших доступних вузлах кластера.

Узагальнена схема Pod'ів

Вузли

Pod завжди запускається на вузлі. Вузол - це робоча машина в Kubernetes, віртуальна або фізична, в залежності від кластера. Функціонування кожного вузла контролюється master'ом. Вузол може мати декілька Pod'ів. Kubernetes master автоматично розподіляє Pod'и по вузлах кластера з урахуванням ресурсів, наявних на кожному вузлі.

На кожному вузлі Kubernetes запущені як мінімум:

• kubelet - процес, що забезпечує обмін даними між Kubernetes master і робочим вузлом; kubelet контролює Pod'и і контейнери, запущені на машині.
• оточення для контейнерів (таке як Docker, rkt), що забезпечує завантаження образу контейнера з реєстру, розпакування контейнера і запуск застосунку.

Узагальнена схема вузлів

Діагностика за допомогою kubectl

У модулі 2 ви вже використовували інтерфейс командного рядка kubectl. У модулі 3 ви продовжуватимете користуватися ним для отримання інформації про застосунки та оточення, в яких вони розгорнуті. Нижченаведені команди kubectl допоможуть вам виконати наступні поширені дії:

• kubectl get - відобразити список ресурсів
• kubectl describe - показати детальну інформацію про ресурс
• kubectl logs - вивести логи контейнера, розміщеного в Pod'і
• kubectl exec - виконати команду в контейнері, розміщеному в Pod'і

За допомогою цих команд ви можете подивитись, коли і в якому оточенні був розгорнутий застосунок, перевірити його поточний статус і конфігурацію.

А зараз, коли ми дізналися більше про складові нашого кластера і командний рядок, давайте детальніше розглянемо наш застосунок.

Почати інтерактивний урок ›

Цілі

• Дізнатись, що таке Cервіс у Kubernetes
• Зрозуміти, яке відношення до Cервісу мають мітки та LabelSelector
• Відкрити доступ до застосунку за межами Kubernetes кластера, використовуючи Cервіс

Загальна інформація про Kubernetes Cервіси

Pod'и Kubernetes "смертні" і мають власний життєвий цикл. Коли робочий вузол припиняє роботу, ми також втрачаємо всі Pod'и, запущені на ньому. ReplicaSet здатна динамічно повернути кластер до бажаного стану шляхом створення нових Pod'ів, забезпечуючи безперебійність роботи вашого застосунку. Як інший приклад, візьмемо бекенд застосунку для обробки зображень із трьома репліками. Ці репліки взаємозамінні; система фронтенду не повинна зважати на репліки бекенду чи на втрату та перестворення Pod'а. Водночас, кожний Pod у Kubernetes кластері має унікальну IP-адресу, навіть Pod'и на одному вузлі. Відповідно, має бути спосіб автоматично синхронізувати зміни між Pod'ами для того, щоб ваші застосунки продовжували працювати.

Service у Kubernetes - це абстракція, що визначає логічний набір Pod'ів і політику доступу до них. Services уможливлюють слабку зв'язаність між залежними Pod'ами. Для визначення Service використовують YAML-файл (рекомендовано) або JSON, як для решти об'єктів Kubernetes. Набір Pod'ів, призначених для Service, зазвичай визначається через LabelSelector (нижче пояснюється, чому параметр selector іноді не включають у специфікацію Service).

Попри те, що кожен Pod має унікальний IP, ці IP-адреси не видні за межами кластера без Service. Services уможливлюють надходження трафіка до ваших застосунків. Відкрити Service можна по-різному, вказавши потрібний type у ServiceSpec:

• ClusterIP (типове налаштування) - відкриває доступ до Service у кластері за внутрішнім IP. Цей тип робить Service доступним лише у межах кластера.
• NodePort - відкриває доступ до Service на однаковому порту кожного обраного вузла в кластері, використовуючи NAT. Робить Service доступним поза межами кластера, використовуючи <NodeIP>:<NodePort>. Є надмножиною відносно ClusterIP.
• LoadBalancer - створює зовнішній балансувальник навантаження у хмарі (за умови хмарної інфраструктури) і призначає Service статичну зовнішню IP-адресу. Є надмножиною відносно NodePort.
• ExternalName - відкриває доступ до Service, використовуючи довільне ім'я (визначається параметром externalName у специфікації), повертає запис CNAME. Проксі не використовується. Цей тип потребує версії kube-dns 1.7 і вище.

Більше інформації про різні типи Services ви знайдете у навчальному матеріалі Використання вихідної IP-адреси. Дивіться також Поєднання застосунків з Services.

Також зауважте, що для деяких сценаріїв використання Services параметр selector не задається у специфікації Service. Service, створений без визначення параметра selector, також не створюватиме відповідного Endpoint об'єкта. Це дозволяє користувачам вручну спроектувати Service на конкретні кінцеві точки (endpoints). Інший випадок, коли Селектор може бути не потрібний - використання строго заданого параметра type: ExternalName.

Services і мітки

Service маршрутизує трафік між Pod'ами, що входять до його складу. Service - це абстракція, завдяки якій Pod'и в Kubernetes "вмирають" і відтворюються, не впливаючи на роботу вашого застосунку. Services в Kubernetes здійснюють виявлення і маршрутизацію між залежними Pod'ами (як наприклад, фронтенд- і бекенд-компоненти застосунку).

Services співвідносяться з набором Pod'ів за допомогою міток і Селекторів -- примітивів групування, що роблять можливими логічні операції з об'єктами у Kubernetes. Мітки являють собою пари ключ/значення, що прикріплені до об'єктів і можуть використовуватися для різних цілей:

• Позначення об'єктів для дев, тест і прод оточень
• Прикріплення тегу версії
• Класифікування об'єктів за допомогою тегів

Мітки можна прикріпити до об'єктів під час створення або пізніше. Їх можна змінити у будь-який час. А зараз давайте відкриємо наш застосунок за допомогою Service і прикріпимо мітки.

Почати інтерактивний урок›

Цілі

• Масштабувати застосунок за допомогою kubectl.

Масштабування застосунку

У попередніх модулях ми створили Deployment і відкрили його для зовнішнього трафіка за допомогою Service. Deployment створив лише один Pod для запуску нашого застосунку. Коли трафік збільшиться, нам доведеться масштабувати застосунок, аби задовольнити вимоги користувачів.

Масштабування досягається шляхом зміни кількості реплік у Deployment'і.

Загальна інформація про масштабування

Масштабування Deployment'а забезпечує створення нових Pod'ів і їх розподілення по вузлах з доступними ресурсами. Масштабування збільшить кількість Pod'ів відповідно до нового бажаного стану. Kubernetes також підтримує автоматичне масштабування, однак це виходить за межі даного матеріалу. Масштабування до нуля також можливе - це призведе до видалення всіх Pod'ів у визначеному Deployment'і.

Запустивши застосунок на декількох Pod'ах, необхідно розподілити між ними трафік. Services мають інтегрований балансувальник навантаження, що розподіляє мережевий трафік між усіма Pod'ами відкритого Deployment'а. Services безперервно моніторять запущені Pod'и за допомогою кінцевих точок, для того щоб забезпечити надходження трафіка лише на доступні Pod'и.

Після запуску декількох примірників застосунку ви зможете виконувати послідовне оновлення без шкоди для доступності системи. Ми розповімо вам про це у наступному модулі. А зараз давайте повернемось до онлайн термінала і масштабуємо наш застосунок.

Почати інтерактивний урок ›

Цілі

• Виконати послідовне оновлення, використовуючи kubectl.

Оновлення застосунку

Користувачі очікують від застосунків високої доступності у будь-який час, а розробники - оновлення цих застосунків декілька разів на день. У Kubernetes це стає можливим завдяки послідовному оновленню. Послідовні оновлення дозволяють оновити Deployment без простою, шляхом послідовної заміни одних Pod'ів іншими. Нові Pod'и розподіляються по вузлах з доступними ресурсами.

У попередньому модулі ми масштабували наш застосунок, запустивши його на декількох Pod'ах. Масштабування - необхідна умова для проведення оновлень без шкоди для доступності застосунку. За типовими налаштуваннями, максимальна кількість Pod'ів, недоступних під час оновлення, і максимальна кількість нових Pod'ів, які можуть бути створені, дорівнює одиниці. Обидві опції можна налаштувати в числовому або відсотковому (від кількості Pod'ів) еквіваленті. У Kubernetes оновлення версіонуються, тому кожне оновлення Deployment'а можна відкотити до попередньої (стабільної) версії.

Загальна інформація про послідовне оновлення

Як і у випадку з масштабуванням, якщо Deployment "відкритий у світ", то під час оновлення Service розподілятиме трафік лише на доступні Pod'и. Під доступним мається на увазі Pod, готовий до експлуатації користувачами застосунку.

Послідовне оновлення дозволяє вам:

• Просувати застосунок з одного оточення в інше (шляхом оновлення образу контейнера)
• Відкочуватися до попередніх версій
• Здійснювати безперервну інтеграцію та розгортання застосунків без простою

В інтерактивному уроці ми оновимо наш застосунок до нової версії, а потім відкотимося до попередньої.

Почати інтерактивний урок ›