العربيةلقد أصبح Kubernetes المنصة الرائدة لإدارة وتنسيق نشر التطبيقات القائمة على الميكروسيرفيس (Microservices) وتوسيع نطاقها. بفضل ميزاته القوية، يسمح Kubernetes للمؤسسات بأتمتة نشر وتوسيع وتشغيل الحاويات عبر مجموعات من الخوادم. تهدف هذه المقالة إلى توفير فهم عميق لكيفية إعداد وإدارة الميكروسيرفيس باستخدام Kubernetes، مصممة خصيصًا لـ InformatixWeb.
Kubernetes وميكروسيرفيس
ما هو Kubernetes؟
Kubernetes، الذي يُختصر أحيانًا إلى K8s، هو منصة مفتوحة المصدر مصممة لأتمتة نشر وتوسيع وتشغيل حاويات التطبيقات. تم تطوير Kubernetes في البداية بواسطة Google، ويوفر بيئة إدارة محورية حول الحاويات تساعد الفرق في إدارة التطبيقات التي تتكون من عدة ميكروسيرفيس.
فهم بنية الميكروسيرفيس
بنية الميكروسيرفيس هي نهج لتطوير البرمجيات الذي هيكل التطبيق كجمع من الخدمات المترابطة بشكل غير محكم. كل خدمة تكون مستقلة، تركز على قدرة تجارية معينة، ويمكن تطويرها ونشرها وتوسيعها بشكل مستقل. تعزز هذه البنية من المرونة، مما يسمح للمؤسسات بالاستجابة بسرعة لمتطلبات السوق المتغيرة.
فوائد استخدام Kubernetes للميكروسيرفيس
- قابلية التوسع: يتيح Kubernetes التوسع الأفقي، مما يسمح للتطبيقات بالتعامل مع الأحمال المتفاوتة بشكل فعال.
- التوافر العالي: يدير Kubernetes توافر التطبيق تلقائيًا ويمكنه إعادة جدولة الحاويات الفاشلة.
- الكفاءة في استخدام الموارد: يقوم Kubernetes بتحسين تخصيص الموارد، مما يضمن الاستفادة الفعالة من البنية التحتية الأساسية.
- الرجوع السهل: يوفر Kubernetes آليات مدمجة للرجوع عن النشر، مما يعزز الاعتمادية.
المفاهيم الأساسية لـ Kubernetes
الـ Pods
الـ Pod هو أصغر وحدة قابلة للنشر في Kubernetes. يمكنه استضافة حاوية أو أكثر تشترك في نفس مساحة الشبكة والتخزين ودورة الحياة. تم تصميم الـ Pods لتشغيل نسخة واحدة من الخدمة.
النشر (Deployments)
النشر هو تجريد عالي المستوى يدير الحالة المرغوبة للـ Pods. يوفر ميزات مثل التحديثات التدريجية، التوسع، وقدرات الشفاء الذاتي، مما يضمن تشغيل العدد المطلوب من النسخ من الـ Pod في جميع الأوقات.
الخدمات (Services)
الخدمة هي تجريد يُعرّف مجموعة من الـ Pods وسياسة للوصول إليها. تمكن الخدمات من التواصل بين الـ Pods والعملاء الخارجيين، مع إخفاء عناوين IP الخاصة بالـ Pods.
المساحات (Namespaces)
تقدم المساحات آلية لعزل مجموعات الموارد داخل الكتلة. إنها مفيدة لإدارة بيئات متعددة (مثل التطوير، المرحلي، والإنتاج) ضمن نفس الكتلة.
خرائط التكوين (ConfigMaps) والأسرار (Secrets)
- خرائط التكوين (ConfigMaps): تُستخدم لتخزين بيانات التكوين غير الحساسة في أزواج من المفاتيح والقيم. تسمح خرائط التكوين بفصل التكوين عن كود التطبيق.
- الأسرار (Secrets): تُخزن الأسرار المعلومات الحساسة، مثل كلمات المرور أو مفاتيح الـ API، بشكل آمن. يضمن Kubernetes أن الأسرار لا يمكن الوصول إليها إلا من قبل الـ Pods المصرح بها.
إعداد البيئة
متطلبات النظام
قبل إعداد Kubernetes، تأكد من تلبية المتطلبات التالية:
- نظام التشغيل: توزيع Linux (مثل Ubuntu، CentOS)
- الحد الأدنى للأجهزة: معالجان (2 CPUs)، 4 جيجابايت من الذاكرة العشوائية (يُوصى بالمزيد للإنتاج)
- تشغيل الحاويات: Docker أو حاويات أخرى أو بيئة تشغيل مدعومة.
تثبيت Kubernetes
يمكنك إعداد Kubernetes باستخدام عدة طرق، بما في ذلك:
- Minikube: للتطوير المحلي واختبار الأنظمة.
- kubeadm: أداة لإعداد كتل Kubernetes.
- خدمات Kubernetes المدارة: مثل Amazon EKS و Google Kubernetes Engine (GKE) و Azure Kubernetes Service (AKS) لتبسيط إعداد الكتل.
إعداد kubectl
أداة kubectl هي أداة سطر أوامر للتفاعل مع كتل Kubernetes. قم بتثبيتها على جهازك المحلي وقم بتكوينها للاتصال بالكتلة الخاصة بك باستخدام ملف التكوين الذي توفره إعدادات الكتلة.
اختيار موفر السحابة المناسب
اختيار موفر السحابة لنشر Kubernetes يتضمن النظر في عوامل مثل التكلفة، التغطية الجغرافية، متطلبات الامتثال، والتكامل مع خدمات السحابة الأخرى. الخيارات الشائعة تشمل AWS و Google Cloud و Azure.
تصميم الميكروسيرفيس لـ Kubernetes
مبادئ تصميم الميكروسيرفيس
- المسؤولية الواحدة: يجب أن يركز كل ميكروسيرفيس على قدرة تجارية محددة.
- الارتباط الضعيف: يجب أن تكون الميكروسيرفيسات قابلة للنشر والتوسيع بشكل مستقل.
- الاعتماد على APIs: يجب أن تتواصل الخدمات من خلال APIs محددة جيدًا، عادة عبر HTTP/REST أو gRPC.
استراتيجيات إدارة البيانات
اختر استراتيجية لإدارة البيانات التي تتماشى مع بنية الميكروسيرفيس الخاصة بك. ضع في اعتبارك الخيارات مثل:
- قاعدة بيانات لكل خدمة: تدير كل ميكروسيرفيس قاعدتها الخاصة لضمان تغليف البيانات.
- قاعدة بيانات مشتركة: تشارك عدة خدمات قاعدة بيانات مشتركة، مما قد يبسط الوصول إلى البيانات ولكنه قد يؤدي إلى ربط أقوى بين الخدمات.
تنفيذ الميكروسيرفيس على Kubernetes
- إنشاء صور Docker: كتابة ملف Docker لتحديد بيئة التطبيق والاعتماديات ونقطة الدخول.
- كتابة ملفات Kubernetes (Manifests): يستخدم Kubernetes ملفات YAML (مانيفست) لتعريف الحالة المرغوبة للموارد. قم بإنشاء ملفات للـ Pods وDeployments والخدمات والموارد الأخرى المطلوبة للميكروسيرفيسات.
نشر التطبيقات
- تطبيق الملفات: استخدم الأمر kubectl apply -f لنشر المانيفست إلى الكتلة.
- التحقق من النشر: تحقق من حالة النشر وPods باستخدام kubectl get deployments وkubectl get pods.
توسيع الميكروسيرفيس
يتيح Kubernetes لك توسيع الميكروسيرفيسات بسهولة:
- التوسع اليدوي: ضبط عدد النسخ في مانيفست النشر وإعادة تطبيقه.
- التوسع التلقائي: استخدام الـ Horizontal Pod Autoscaler (HPA) لتوسيع الـ Pods تلقائيًا استنادًا إلى مؤشرات استخدام الموارد.
الشبكات في Kubernetes
فهم الشبكات في Kubernetes
يستخدم Kubernetes نموذج شبكة مسطح، مما يسمح للـ Pods بالتواصل مع بعضها بغض النظر عن موقعها في الكتلة. كل Pod يحصل على عنوان IP فريد، والخدمات تقوم بتجريد الوصول إلى مجموعة من الـ Pods.
اكتشاف الخدمات
يوفر Kubernetes آليات اكتشاف الخدمات المدمجة:
- متغيرات البيئة: تُحقن تلقائيًا في الـ Pods لتوفير معلومات حول الخدمات.
- DNS: يتضمن Kubernetes خدمة DNS تتيح لك الوصول إلى الخدمات بالاسم (مثل my-service.default.svc.cluster.local).
التحكم في الوصول وتوزيع الحمل
- Ingress: إدارة الوصول الخارجي إلى الخدمات داخل الكتلة.
- توزيع الحمل: يمكن لـ Kubernetes توزيع حركة المرور تلقائيًا على عدة Pods، مما يضمن التوافر العالي والأداء.
المراقبة والتسجيل
أهمية المراقبة
المراقبة ضرورية للحفاظ على صحة الميكروسيرفيسات. تتيح لك تتبع مقاييس الأداء، اكتشاف المشكلات، وضمان تشغيل التطبيقات كما هو متوقع.
أدوات لمراقبة كتل Kubernetes
- Prometheus: نظام مفتوح المصدر لجمع المقاييس من الأهداف المُعدة.
- Grafana: أداة تصور تتكامل مع Prometheus لإنشاء لوحات التحكم لمراقبة المقاييس.
حلول التسجيل المركزية
تساعد حلول التسجيل المركزية في تجميع السجلات من خدمات متعددة لتحليلها بسهولة. تشمل الأدوات الشائعة:
- ELK Stack (Elasticsearch، Logstash، Kibana)
- Fluentd لتجميع السجلات
ممارسات الأمان المثلى
التحكم في الوصول بناءً على الدور (RBAC)
نفّذ RBAC للتحكم في الوصول إلى موارد Kubernetes. حدد الأدوار وربط الأدوار لضمان أن المستخدمين والتطبيقات لديهم الأذونات اللازمة فقط.
سياسات الشبكة
تسمح لك سياسات الشبكة بتحديد كيفية تواصل الـ Pods مع بعضها البعض ومع الخدمات الخارجية. استخدمها لفرض حدود الأمان بين الخدمات.
تأمين الأسرار وخرائط التكوين
- استخدام الأسرار: تخزين البيانات الحساسة مثل مفاتيح الـ API وكلمات المرور في أسرار Kubernetes.
- التشفير: تشفير الأسرار أثناء التخزين وعند الانتقال لتعزيز الأمان.
النشر المستمر باستخدام Kubernetes
إعداد خطوط الأنابيب CI/CD
قم بدمج خطوط الأنابيب CI/CD لأتمتة عملية النشر. استخدم أدوات مثل Jenkins أو GitLab CI/CD أو GitHub Actions لإنشاء خطوط أنابيب تبني وتختبر وتنشر الميكروسيرفيسات.
