Kubernetes è emerso come una piattaforma di orchestrazione dei contenitori di riferimento, che consente alle organizzazioni di distribuire, gestire e scalare applicazioni containerizzate in modo efficiente. Questo articolo fornisce una guida completa sulla configurazione e il monitoraggio di un cluster Kubernetes, rivolta sia ai principianti che agli utenti esperti. Alla fine, avrai una solida comprensione dell'architettura di Kubernetes, dei processi di configurazione del cluster e delle strategie di monitoraggio efficaci.

Comprendere Kubernetes

Cos'è Kubernetes?

Kubernetes è una piattaforma open-source progettata per automatizzare il deployment, la scalabilità e l'operazione dei contenitori delle applicazioni. Sviluppato inizialmente da Google, Kubernetes è diventato lo standard de facto per la gestione delle applicazioni containerizzate su cluster di host.

Componenti principali di Kubernetes

• Nodi (Nodes): Macchine fisiche o virtuali che eseguono i componenti di Kubernetes e le applicazioni containerizzate.
• Pod: Le unità più piccole distribuibili in Kubernetes, che possono contenere uno o più contenitori.
• Servizi (Services): Astrazioni che definiscono un insieme logico di Pod e una politica per accedervi.
• Controller: Gestiscono lo stato del cluster, assicurandosi che lo stato desiderato corrisponda allo stato attuale.
• Namespace: Cluster virtuali all'interno di un cluster fisico, che consentono la separazione delle risorse.

Casi d'uso di Kubernetes

Kubernetes è versatile e può essere utilizzato per diverse applicazioni, tra cui:

• Architetture di microservizi
• Integrazione continua e distribuzione continua (CI/CD)
• Elaborazione batch e carichi di lavoro di big data
• Distribuzioni in cloud ibrido

Prepararsi alla configurazione del cluster Kubernetes

Requisiti

Prima di configurare un cluster Kubernetes, assicurati di avere:

• Una comprensione di base dei contenitori e di Docker.
• Accesso a un provider di cloud (ad esempio AWS, GCP, Azure) o a hardware on-premises.
• I permessi necessari per creare risorse sulla piattaforma selezionata.

Scegliere l'ambiente giusto

Kubernetes può essere distribuito in vari ambienti, tra cui:

• On-Premises: Ideale per organizzazioni con regolamentazioni rigorose sui dati o per quelle che preferiscono gestire la propria infrastruttura.
• Cloud pubblico (Public Cloud): I provider come AWS, GCP e Azure offrono servizi Kubernetes gestiti (ad esempio Amazon EKS, Google GKE, Azure AKS) che semplificano la configurazione e la gestione.
• Cloud ibrido (Hybrid Cloud): Una combinazione di ambienti on-premises e cloud, che offre flessibilità e ridondanza.

Configurazione dell'infrastruttura

• Selezionare le istanze: Scegli il tipo di istanza appropriato in base al carico di lavoro previsto. Assicurati che le tue istanze abbiano CPU, memoria e archiviazione sufficienti.
• Rete: Configura la rete per la comunicazione tra i nodi. Assicurati che le porte richieste da Kubernetes siano aperte.
• Archiviazione: Decidi le opzioni di archiviazione persistente per le applicazioni che richiedono lo stato. I provider di cloud offrono generalmente servizi di archiviazione gestiti.

Configurazione del cluster Kubernetes

Installare Kubernetes

Puoi configurare Kubernetes utilizzando vari strumenti e metodi. Di seguito sono riportati due approcci popolari:

1. Utilizzando Kubeadm

   • Unire i nodi di lavoro (Worker Nodes): Esegui il comando di unione fornito su ciascun nodo di lavoro per aggiungerlo al cluster.

2. Utilizzando i servizi Kubernetes gestiti

   • AWS EKS:
     • Accedi alla console di Amazon EKS.
     • Crea un nuovo cluster seguendo i passaggi guidati.
     • Scegli i tipi di istanza e configura le impostazioni di rete.
   • Google GKE:
     • Accedi alla console di Google Cloud.
     • Vai su Kubernetes Engine e crea un nuovo cluster.
     • Seleziona le configurazioni dei nodi e le opzioni aggiuntive.
   • Azure AKS:
     • Apri il portale Azure.
     • Crea un nuovo servizio Kubernetes.
     • Scegli le configurazioni per la scalabilità, il numero di nodi e le regioni.

Configurare il networking del cluster

Il networking è fondamentale per la comunicazione all'interno del cluster Kubernetes:

• Plugin CNI: Kubernetes supporta vari plugin per l'interface di rete dei contenitori (CNI), come Calico, Weave, Flannel. Scegli quello che meglio si adatta alle tue esigenze e segui le istruzioni di installazione.
• Servizi e bilanciamento del carico (Load Balancing): Crea servizi per esporre le tue applicazioni. Usa i servizi LoadBalancer per gli ambienti cloud per ottenere un IP pubblico.

Distribuire applicazioni su Kubernetes

Distribuire applicazioni implica la creazione di manifesti Kubernetes (file YAML) che definiscono le tue risorse:

• Applicare il manifesto: kubectl apply -f deployment.yaml

• Esposizione del deployment:
  kubectl expose deployment myapp --type=LoadBalancer --port=8080

Monitorare i cluster Kubernetes

Importanza del monitoraggio

Il monitoraggio è fondamentale per mantenere la salute e le prestazioni dei tuoi cluster Kubernetes. Ti aiuta a:

• Identificare e risolvere i problemi in modo proattivo.
• Garantire un utilizzo ottimale delle risorse.
• Mantenere alta la disponibilità delle applicazioni.

Strumenti per il monitoraggio di Kubernetes

Esistono diversi strumenti che possono aiutarti a monitorare i tuoi cluster Kubernetes in modo efficace:

• Prometheus: Una soluzione di monitoraggio open-source che raccoglie metriche da destinazioni configurate a intervalli specificati.
• Grafana: Uno strumento di visualizzazione che si integra con Prometheus per fornire dashboard che visualizzano le metriche.
• Kube-state-metrics: Esponi metriche a livello di cluster per gli oggetti Kubernetes.
• Elasticsearch e Kibana: Per la registrazione e la visualizzazione dei log delle tue applicazioni.

Configurare il monitoraggio con Prometheus e Grafana

• Installare Prometheus: kubectl create namespace monitoring
  Distribuisci Prometheus utilizzando il Prometheus Operator o i chart Helm.

• Installare Grafana: kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/grafana/helm-charts/main/charts/grafana/templates/deployment.yaml

Creare Dashboard:

Usa la funzionalità delle dashboard di Grafana per creare visualizzazioni personalizzate basate sulle tue metriche Prometheus.

Best practices per la gestione di Kubernetes

Gestione delle risorse e allocazione

Una gestione efficiente delle risorse è essenziale per una performance ottimale del cluster:

• Richieste e limiti delle risorse: Specifica le richieste e i limiti di CPU e memoria nelle specifiche dei tuoi pod per garantire un'allocazione equa delle risorse.
• Autoscaler orizzontale dei pod: Implementa l'autoscaler orizzontale dei pod per scalare automaticamente i pod in base all'uso di CPU/memoria.