Kubernetes چیست؟ چرا به کوبرنتیز نیاز داریم؟

با استقبال شدید از کانتینرها، Kubernetes به یک استاندارد واقعی برای دیپلوی و اجرای اپلیکیشین های کانتینری تبدیل شده است چون علاوه بر آسان تر کردن کارهای مدیریتی، امنیت را بالا برده و میزان مصرف زمان و منابع را هم کمتر می کند.

کوبرنتیز، به عنوان یک فناوری نو پا برای خودکار سازی دیپلوی اپلیکیشن ها روی هر سیستم و محیطی به کار می روند. کلاسترهایی که عنصر اصلی کوبرنتیز هستند از بخش های جدایی برای اجرای کانتینرها و اعمال کنترل های لازم تشکیل شده اند.

الآن که داکر به یکی از بایدهای حوزه برنامه نویسی تبدیل شده است، مطمئناً استفاده از ابزارمکملی مثل کوبرنتیز که بتواند پروسه دیپلوی، مدیریت و مقیاس بندی اپلیکیشن ها کانتینری را به صورت خودکار انجام دهد، ایده بسیار خوبی است. پس با ادامه مطلب همراه باشید تا هر آنچه در مورد کوبرنتیز نیاز دارید را توضیح دهیم:

Kubernetes چیست؟

اول از همه باید بگوییم که داکر و کوبرنتیز دو تکنولوژی متفاوت برای دیپلوی و اجرای اپلیکیشن های مبتنی بر کانتینر هستند، ما قبلاً در مقاله “داکر چیست؟” به طور مفصل در مورد کانتینرها صحبت کرده ایم؛ که خواندن آن هم خالی از لطف نیست.

با این که در این مقاله هم در مورد تفاوت های این دو فناوری صحبت می کنیم ولی موضوع اصلی این مقاله Kubernetes است و بهتر است هر چه سریع تر آن را شروع کنیم.

کوبرنتیز که اغلب به عنوان K8s هم شناخته می شود، محیطی را فراهم می کند که اپلیکیشن های کانتینری بر روی سیستم های میزبان مختلف دیپلوی، اجرا و مقیاس بندی شوند.

این مجموعه قوی و پیچیده برای خودکار سازی بسیاری از اقدامات مربوط به چرخه عمر اپلیکیشن طراحی شده است و مثل بازی تتریس، کانتینرها ها را برای یک گردهمایی با منابع محاسباتی بهینه انتخاب می کند تا این که حجم کار به پایان برسد. قابلیت های دیگری مثل تعمیر خودکار و راه اندازی مجدد کانتینرها در صورت خرابی هم جزو وظایف این پلتفرم است.

هدف اصلی این ابزار، ساده سازی کار تیم فنی است چون بسیاری از کارهای مربوط به دیپلوی برنامه ها که قبلاً به صورت دستی انجام می شود، با Kubernetes به صورت خودکار انجام می شود.

ویژگی های کوبرنتیز

• خودکار سازی فرآیندهای دستی مثل انتخاب سرور برای میزبانی کانتینر
• امکان مدیریت و تعامل با چند کلاستر
• هماهنگ کردن کانتینترها در چند میزبان
• به حداکثر رساندن میزان استفاده از منابع به خاطر استفاده بهتر از زیرساخت
• امکان بازگشت به نسخه های قبلی برنامه
• ارائه خدمات اضافی مثل خدمات امنیتی، شبکه و ذخیره سازی
• بررسی خودکار کارکرد درست گره ها و کانتینرها
• امکان مقیاس بندی منابع به صورت عمودی و افقی
• هماهنگ سازی فضای ذخیره سازی
• قابلیت نصب و اضافه کردن فضای ذخیره سازی به صورت پویا
• پشتیبانی از قابلیت متعادل سازی بار داخلی و خارجی برای رفع نیازهای مختلف
• امکان بازگردانی مجدد در صورت اشکال در برنامه
• امکان انتقال بارهای کاری به هر نوع زیرساخت
• انتخاب بهترین مکان برای کانتینرها

معماری کوبرنتیز به چه صورت است؟

درک معماری کوبرنتیز شبیه پوست کندن پیاز است. همه دیپلویمنت های کوبرنتیز حداقل یک کلاستر دارند. هر کلاستر شامل گره است و این گره ها میزبان Pod ها یا همان مجموعه کانتینرهای درحال اجرا هستند. یک نمونه کوبرنتیز دارای یک صفحه کنترل است که مدیریت تمام این اجزا را انجام می دهد. بهتر است کمی در مورد این اجزا صحبت کنیم:

کلاستر

کلاسترهای Kubernetes به کانتینرها اجازه می دهند که در چندین ماشین و محیط (مجازی، فیزیکی، ابری و داخلی) اجرا شوند و کانتینرهای مربوط به این فناوری به سیستم عامل خاصی محدود نمی شوند. هر کلاستر دارای دو بخش ماشین های محاسباتی (گره های کارگر) و بخش کنترلی (گره اصلی) است و هر کلاستر باید حداقل یک گره اصلی و یک گره کارگر داشته باشد. هر کدام از این گره ها، اجزای مربوط به خود را دارند:

نوهای کارگر

کلاستر ها از چند گره کارگر تشکیل شده اند که کار اجرای اپلیکیشن های کانتینری را برعهده دارند. این گره ها می توانند سیستم فیزیکی یا ماشین مجازی باشند.

گره های کارگر مسئول اجرای تسک هایی هستند که توسط گره اصلی یا همان بخش کنترلی مشخص می شود. در کل، برای این که کلاستر بتواند کار خود را انجام دهد، باید حداقل دارای یک گره اصلی و یک گره کارگر باشد.

خود گره های کارگر هم از چند بخش تشکیل شده اند:

pod: بخشی از گره است که از کانتینرها تشکیل شده است.

Kubelet: عاملی برای کسب اطمینان از اجرای درست کانتینرهای موجود در بخش pod است.

Kube-proxy: این پروکسی روی هر گره موجود در خوشه اجرا می شود تا قوانین شبکه را حفظ کند و امکان برقراری ارتباط را فراهم کند.

image: فایل های حاوی برنامه هایی که قرار است داخل کانتینرها اجرا شوند.

 Container runtime: نرم افزاری است که وظیفه اجرای کانتینرها را بر عهده دارد.

 Control Plane یا گره اصلی

گره اصلی، وضعیت کلاستر را کنترل می کند، مثلاً تصاویر کانتینر مربوط به برنامه هایی که در حال اجرا هستند. در کل، وظایف کنترلی مهمی مثل برنامه ریزی و مقیاس بندی برنامه، حفظ حالت کلاستر و … بر عهده گره اصلی کلاستر است.

مجموعه ای از فرآیندها است که مسئولیت کنترل نودهای کوبرنتیز را برعهده دارند. در واقع، همان جایی است که همه تکالیف از آنجا سرچشمه می گیرد. خود این بخش کنترلی دارای 4 بخش است:

Kube-apiserver: همانطورکه از اسم آن هم مشخص است، این بخش API مربوط به Kubernetes را در معرض دید قرار می دهد و با RESTful وضعیت کلاستر را مشخص می کند.

Kube-scheduler: این قسمت pod های جدیدی که به هیچ گرهی اختصاص داده نشده اند را پیدا می کند و آنها را بر اساس منابع، سیاست های امنیتی و وابستگی ها به یک گره اختصاص می دهد تا اجرا شود.

Kube-controller-manager: همه توابع کنترلی مربوط به Control Plane در این بخش کامپایل می شوند.

etcd: تمام داده های مربوط به کلاستر به صورت key-value در این بخش ذخیره می شوند.

الآن که آشنایی مختصری با اجرای کوبرنتیز پیدا کردیم، وقت آن رسیده است که با طرز کار آن هم آشنا شویم:

 Kubernetes چگونه کار می کند؟

کوبرنتیز در بالای سیستم عامل اجرا می شود و با pod های گره ها در تعامل است. بخش کنترلی کلاستر، دستورات لازم را از مدیر یا تیم DevOps می گیرد و آن دستورالعامل ها را به گره ها یا همان ماشین های محاسباتی منتقل می کند.

این پروسه انتقال با سرویس های متعددی همراه می شود تا به طور خودکار تصمیم بگیرد که کدام گره برای این کار مناسب تر است. بعد، تخصیص منابع انجام می شود و pod های مربوط به گره موردنظر آن کار را اجرا می کنند.

حالت مطلوب یک کلاستر Kubernetes مشخص می کند که کدام برنامه ها یا بارهای کاری باید اجرا شوند، تصاویر مربوط به آنها، کدام منابع را درخواست می کنند و به چه نوع پیکربندی نیاز دارند.

کنترل های کاربر بر روی کانتینرها در سطح بالاتری اتفاق می افتد و نیازی به مدیریت دقیق و ریز کانتینرها و گره ها نیست و همین باعث می شود که کاربر وضعیت کانتینر را بهتر و راحت تر کنترل کند.

کار کاربر پیکربندی کوبرنتیز و تعریف گره ها، pod ها و کانتینرهای درون آن است. تمام کارهای مربوط به هماهنگی کانتینرها توسط خود کوبرنتیز انجام می شود.

اینکه این ابزار را در کجا اجرا کنید، کاملاً به شما بستگی دارد و بهتر است بدانید که در این زمینه دستتان باز است و می توانید سرورهای بدون سیتم عامل، ماشین های مجازی، سیستم های ابری خصوصی و … را هم انتخاب کنید. اصلاً مزیت اصلی این ابزار، امکان اجرای آن روی هر نوع زیرساختی است.

اما این موضوع در مورد سرور مجازی هم صدق می کند؟

بله. هیچ دلیلی ندارد که نتوانید از این ابزار در سرور مجازی خود استفاده کنید. تنها نکته مهم این است که باید سروری را انتخاب کنید که سخت افزار افزار و پهنای باند آن پاسخگوی حجم کاری شما باشد. البته، جای هیچگونه نگرانی نیست، شرکت آسام سرور با ارائه انواع سرور مجازی قدرتمند در کنار شما عزیزان است.

با استفاده این سرورها دیگر نیازی نیست که نگران قدرت سخت افزاری لازم برای استفاده از Kubernetes باشید، کافی است به صفحه خرید سرور مجازی ما مراجعه کنید و از بین پلن های عالی و و مقرون به صرفه، انتخاب خود را برای یک مسیر عالی انجام دهید.

تفاوت Kubernetes و داکر

اغلب کاربران در انتخاب بین این دو گیج می شوند و یا با همدیگر اشتباه می گیرند. این دو، فناوری های متفاوتی هستند ولی در عین حال به عنوان مکملی برای اجرای برنامه های کانتینری محسوب می شوند.

داکر این امکان را به شما می دهد هر آنچه که برای اجرای برنامه خود نیاز دارید را بسته بندی کنید و در هر زمان و مکانی که خواستید، ذخیره و اجرا کنید. وقتی این کار بسته بندی را انجام دادید، برای مدیریت آن نیاز به ابزاری دارید که این کار را هم کوبرنتیز برای شما انجام می دهد.

کوبرنتیز مسئول حمل و تحویل جعبه ها یا بسته ها به مکان هایی است که می توان از آنها استفاده کرد. این ابزار با داکر یا بدون آن قابل استفاده است. در کل، Docker جایگزینی برای کوبرنتیز نیست. استفاده از آن در کنار داکر برای کانتینری کردن برنامه ها و اجرای آنها است. تفاوت بین این دو در نقشی است که هر کدام در کانتینر کردن و اجرای برنامه ها دارند.

Docker کار بسته بندی و توزیع را انجام می دهد و Kubernetes هم از داکر برای دیپلوی، مدیریت و مقیاس بندی برنامه های کانتینری استفاده می کند.

البته، Docker Swarm هم جایگزینی برای کوبرنتیز است که هر کدام نقاط قوت متفاوتی دارند ولی در کل، Kubernetes که در بسیاری از توزیع ها در دسترس است به تیم های DevOps کمک می کنند که به جای چالش های مربوط به زیرساخت، روی محصول خود تمرکز کنند. مقیاس پذیری بسیار بالا، قابلیت پیکربندی و فناوری های نظارت، مدیریت و حفظ امنیت از برتری های کوبرنتیز است ولی برای شخصی که با محیط داکر آشنا است، کار کردن با Kubernetes کمی سخت تر است و می تواند با مراحل نصب و منحنی یادگیری پیچیده تری مواجه شود.

برای چه کارهایی می توانیم از کوبرنتیز استفاده کنیم؟

دلیل اصلی این انتخاب سازمان ها، حذف نیاز به انجام کارهای خسته کننده ای مثل راه اندازی و توقف دستی کانتینرها یا اختصاص کانتینرها به سرورها است.

در واقع، اگر با یک پروسه دیپلوی کانتینر در مقیاس بزرگ مواجه هستید، این ابزار برای مدیریت محیط موردنظر ضروری است. شاید مدیریت یک یا دو نمونه کانتینر به صورت دستی کار راحتی باشد، اما مدیریت یک محیط برنامه با کانتنینرهای بیشتر به صورت دستی تقریباً غیر ممکن است.

با این که کوبرنتیز یک ابزار امنیتی نیست ولی این امکان را به شما می دهد که تکنیک های امنیتی خاصی مثل کنترل دسترسی بر اساس نقش و سیاست های امنیتی pod را به محیط برنامه های کانتینری اضافه کنید.

همچنین، انتقال اپلیکیشن از یک زیرساخت به زیرساخت دیگر با استفاده از Kubernetes راحت تر است چون می توان تنظیمات و داده ها را به زیرساخت های مختلف حمل کرد.

بهره مندی از قدرت محاسباتی بیشتر در اجرای اپلیکیشن ها و خودکارساری پروسه دیپلوی، زمان بندی و مدیریت کانتینرها در مجموعه بزرگی از ماشین ها و محیط ها (خصوصی، ابری و ترکیبی) به توسعه دهندگان کمک می کند که در این زمینه یک نفس راحت بکشند.

بررسی مختصر دلایل محبوبیت Kubernetes

پرتابل بودن

کانتینرها به طیف وسیعی از محیط ها از محیط مجازی گرفته تا یک کامپیوتر بدون سیستم عامل قابل حمل هستند. تمام سیستم های ابری عمومی از این ابزار پشتیبانی می کنند. در نتیجه، با استفاده از K8s می توانید برنامه های کانتینری خود را در محیط های مختلف اجرا کنید.

یکپارچگی و توسعه پذیری

توسعه دهندگان می توانند برای کارهای مثل خدمات ثبتنام، نظارت و هشدار از این ابزار استفاده کنند. همچنین، تیم کوبرنتیز در حال توسعه ابزار خود است و قصد دارد با اضافه کردن انواع راه حل های منبع باز یک سیستم غنی با قابلیت توسعه سریع ارائه دهد.

مقیاس پذیری

برنامه های ابری محلی به صورت افقی مقیاس بندی می شوند و کوبرنتیز از تکنیک “مقیاس بندی خودکار” استفاده می کند و کانتینرهای اضافی را می چرخاند و متناسب با تقاضا، مقیاس بندی می کند.

مبتنی بر API

ساختار پایه کوبرنتیز، REST API است و همه چیز در این محیط با برنامه نویسی قابل کنترل است.

CI/CD ساده تر

CI/CD یک روش برای خودکار سازی پروسه دیپلوی، اجرا و تست اپلیکیشن ها در محیط های تولید است. سازمان ها در حال ادغام Kubernetes و CI/CD هستند تا خط لوله های CI/CD مقیاس پذیری ایجاد کنند که به صورت پویا با بار کاری سازگار شوند.

از مزایا دیگر این ابزار می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کنترل و خودکار سازی دیپلوی و بروزرسانی اپلیکیشن ها
• صرفه جویی در هزینه ها به خاطر استفاده کارآمدتر از منابع زیر ساختی
• رفع بسیاری از مشکلات رایج در تکثیر کانتینرها
• مقیاس بندی منابع و اپلیکیشن ها به صورت real time
• تست و تصحیح خودکار اپلیکیشن ها

سوالات متداول

کلام آخر

کوبرنتیز از ابزارهای مدرن و جدیدی است که برای ساده سازی پروسه دیپلوی، مدیریت و بروزرسانی اپلیکیشن ها توسعه داده شده است. توسعه دهندگان با استفاده از این ابزار هم می توانند در هزینه ها صرفه جویی کنند و هم این که با امنیت کامل، برنامه خود روی هر سیستمی که می خواهند اجرا کنند.

از اینکه تا انتهای مقاله با ما همراه بودید، از شما متشکریم. امیدواریم که مطالعه این مقاله برای شما مفید واقع شده باشد. در صورت داشتن هرگونه سوال، درخواست و نیاز به راهنمایی، می توانید با ثبت نظر خود، با ما وارد ارتباط شوید تا هر چه زودتر به شما پاسخ دهیم.