Kubernetes стал ведущей платформой для оркестрации контейнеров, которая позволяет организациям эффективно развертывать, управлять и масштабировать контейнеризованные приложения. Эта статья предоставляет исчерпывающее руководство по настройке и мониторингу кластера Kubernetes, ориентированное как на начинающих, так и на опытных пользователей. В конце статьи вы будете иметь четкое представление о архитектуре Kubernetes, процессах настройки кластера и эффективных стратегиях мониторинга.

Понимание Kubernetes

Что такое Kubernetes?

Kubernetes — это open-source платформа, предназначенная для автоматизации развертывания, масштабирования и работы контейнеров приложений. Изначально разработанный Google, Kubernetes стал де-факто стандартом для управления контейнеризованными приложениями на кластерах хостов.

Основные компоненты Kubernetes

• Узлы (Nodes): Физические или виртуальные машины, на которых работают компоненты Kubernetes и контейнеризованные приложения.
• Поды (Pods): Самые маленькие единицы развертывания в Kubernetes, которые могут содержать один или несколько контейнеров.
• Сервисы (Services): Абстракции, определяющие логический набор подов и политику их доступа.
• Контроллеры (Controllers): Управляют состоянием кластера, обеспечивая соответствие желаемого состояния текущему состоянию.
• Пространства имен (Namespaces): Виртуальные кластеры внутри физического кластера, позволяющие разделять ресурсы.

Применение Kubernetes

Kubernetes универсален и может использоваться для различных приложений, включая:

• Архитектуры микросервисов
• Непрерывную интеграцию и непрерывное развертывание (CI/CD)
• Пакетную обработку и рабочие нагрузки с большими данными
• Гибридные облачные развертывания

Подготовка к настройке кластера Kubernetes

Требования

Перед настройкой кластера Kubernetes убедитесь, что у вас есть:

• Базовое понимание контейнеров и Docker.
• Доступ к облачному провайдеру (например, AWS, GCP, Azure) или аппаратному обеспечению на месте.
• Необходимые права для создания ресурсов на выбранной платформе.

Выбор подходящей среды

Kubernetes можно развернуть в различных средах, включая:

• On-Premises: Идеально для организаций с строгими требованиями к данным или предпочитающих управлять своей инфраструктурой.
• Общественное облако (Public Cloud): Провайдеры, такие как AWS, GCP и Azure, предлагают управляемые Kubernetes-сервисы (например, Amazon EKS, Google GKE, Azure AKS), которые упрощают настройку и управление.
• Гибридное облако (Hybrid Cloud): Комбинация локальных и облачных сред, обеспечивающая гибкость и избыточность.

Настройка инфраструктуры

• Выбор экземпляров: Выберите подходящие типы экземпляров в зависимости от предполагаемой нагрузки. Убедитесь, что ваши экземпляры имеют достаточную мощность CPU, памяти и хранилища.
• Сетевые настройки: Настройте сеть для связи между узлами. Убедитесь, что открыты порты, необходимые для работы Kubernetes.
• Хранение данных: Выберите варианты хранения для состоящих в памяти приложений. Облачные провайдеры обычно предлагают управляемые сервисы хранения.

Настройка кластера Kubernetes

Установка Kubernetes

Вы можете настроить Kubernetes с использованием различных инструментов и методов. Ниже приведены два популярных подхода:

1. Использование Kubeadm

   • Присоединение рабочих узлов (Worker Nodes): Выполните команду присоединения на каждом рабочем узле, чтобы добавить его в кластер.

2. Использование управляемых сервисов Kubernetes

   • AWS EKS:
     • Перейдите в консоль Amazon EKS.
     • Создайте новый кластер, следуя пошаговым инструкциям.
     • Выберите типы экземпляров и настройте сетевые параметры.
   • Google GKE:
     • Перейдите в консоль Google Cloud.
     • Перейдите в Kubernetes Engine и создайте новый кластер.
     • Выберите конфигурацию узлов и дополнительные параметры.
   • Azure AKS:
     • Откройте портал Azure.
     • Создайте новый сервис Kubernetes.
     • Выберите конфигурации для масштабирования, количества узлов и регионов.

Настройка сети кластера

Сеть имеет критическое значение для коммуникации в кластере Kubernetes:

• Плагины CNI: Kubernetes поддерживает различные плагины для контейнерных сетевых интерфейсов (CNI), такие как Calico, Weave, Flannel. Выберите один в зависимости от ваших потребностей и следуйте инструкциям по установке.
• Сервисы и балансировка нагрузки (Load Balancing): Создайте сервисы для публикации ваших приложений. Используйте сервисы LoadBalancer для облачных сред, чтобы получить публичный IP.

Развертывание приложений в Kubernetes

Развертывание приложений включает в себя создание манифестов Kubernetes (YAML-файлов), которые определяют ваши ресурсы:

• Применение манифеста: kubectl apply -f deployment.yaml

• Публикация развертывания:
  kubectl expose deployment myapp --type=LoadBalancer --port=8080

Мониторинг кластеров Kubernetes

Важность мониторинга

Мониторинг необходим для поддержания здоровья и производительности ваших кластеров Kubernetes. Он помогает вам:

• Проблемно выявлять и устранять ошибки.
• Обеспечивать оптимальное использование ресурсов.
• Поддерживать высокую доступность приложений.

Инструменты для мониторинга Kubernetes

Существует несколько инструментов, которые могут помочь вам эффективно мониторить кластеры Kubernetes:

• Prometheus: Решение с открытым исходным кодом для мониторинга, которое собирает метрики с настроенных целей через определенные интервалы.
• Grafana: Инструмент визуализации, который интегрируется с Prometheus для предоставления панелей мониторинга для отображения метрик.
• Kube-state-metrics: Экспонирует метрики на уровне кластера для объектов Kubernetes.
• Elasticsearch и Kibana: Для регистрации и визуализации логов из ваших приложений.

Настройка мониторинга с помощью Prometheus и Grafana

• Установка Prometheus: kubectl create namespace monitoring
  Разверните Prometheus, используя Prometheus Operator или Helm Charts.

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

Создание панелей мониторинга:

Используйте функцию панелей мониторинга в Grafana для создания индивидуальных визуализаций на основе метрик Prometheus.

Лучшие практики управления Kubernetes

Управление и распределение ресурсов

Эффективное управление ресурсами критично для оптимальной работы кластера:

• Запросы и лимиты ресурсов: Укажите запросы и лимиты на CPU и память в спецификациях подов для обеспечения справедливого распределения ресурсов.
• Автоскейлер для подов: Реализуйте горизонтальный автоскейлер подов для автоматического масштабирования подов в зависимости от использования CPU/памяти.