Kubernetes arendajatele: Põhjalik juhend

Kubernetes, tihti lühendatult K8s, on saanud de facto standardiks konteinerite orkestreerimisel. See juhend pakub põhjaliku ülevaate Kubernetes'ist, mis on spetsiaalselt kohandatud arendajatele, olenemata nende geograafilisest asukohast või taustast. Uurime Kubernetes'i põhikontseptsioone, eeliseid ja praktilisi rakendusi arenduse elutsüklis.

Mis on Kubernetes?

Oma olemuselt on Kubernetes platvorm konteineriseeritud rakenduste paigaldamise, skaleerimise ja haldamise automatiseerimiseks. Mõelge sellest kui oma andmekeskuse või pilvekeskkonna operatsioonisüsteemist. See abstraheerib aluseks oleva infrastruktuuri, võimaldades arendajatel keskenduda rakenduste ehitamisele ja paigaldamisele, muretsemata infrastruktuuri haldamise keerukuse pärast. Kubernetes tegeleb selliste ülesannetega nagu teenuste avastamine, koormuse jaotamine, järkjärgulised paigaldused ja enesetervendamine, muutes keerukate, hajutatud rakenduste ehitamise ja haldamise lihtsamaks. Seda kasutatakse ülemaailmselt, alates idufirmadest Silicon Valleys kuni suurte ettevõteteni Euroopas ja Aasias, ning see ühildub erinevate pilveteenuse pakkujatega nagu AWS, Google Cloud ja Azure.

Miks arendajad peaksid Kubernetes'ist hoolima

Kuigi Kubernetes võib tunduda operatsioonide valdkonda kuuluvana, mõjutab see arendajaid oluliselt mitmel moel:

• Kiiremad paigaldustsüklid: Automatiseerige paigaldused ja uuendused, vähendades aega koodi commit'imisest kuni tootmiskeskkonda jõudmiseni. See on ülioluline agiilsete arendusmetoodikate jaoks, mida kasutatakse üle maailma.
• Parem skaleeritavus ja vastupidavus: Skaleerige rakendusi hõlpsalt, et tulla toime suurenenud liikluse või tõrgetega, tagades kõrge käideldavuse ja parema kasutajakogemuse. See on eriti oluline rakenduste puhul, mis teenindavad ülemaailmset kasutajaskonda erinevate tipptundidega.
• Lihtsustatud arenduse töövoog: Muutke arendusprotsess sujuvamaks tööriistade ja tehnikatega, mis teevad konteineriseeritud rakenduste ehitamise, testimise ja paigaldamise lihtsamaks.
• Ühtsed keskkonnad: Tagage ühtsed keskkonnad arendus-, testimis- ja tootmiskeskkondades, vähendades "minu masinas see töötab" probleemi. See kõrvaldab keskkondade erinevused, mis võivad olla frustreerivad eri asukohtades paiknevatele arendusmeeskondadele.
• Mikroteenuste arhitektuur: Kubernetes sobib ideaalselt mikroteenuste arhitektuuridele, võimaldades arendajatel ehitada ja paigaldada iseseisvaid, skaleeritavaid ja hallatavaid teenuseid. Mikroteenuseid kasutatakse laialdaselt keerukate rakenduste ehitamiseks erinevates tööstusharudes, alates e-kaubandusest kuni rahanduseni.

Kubernetes'i põhimõisted

Järgmiste põhimõistete mõistmine on Kubernetes'iga töötamiseks hädavajalik:

Pod'id

Pod on väikseim paigaldatav üksus Kubernetes'is. See esindab ühte töötava protsessi instantsi ja võib sisaldada ühte või mitut konteinerit, mis jagavad ressursse nagu võrk ja salvestusruum. Näiteks võib Pod sisaldada konteinerit teie rakenduse koodiga ja teist konteinerit logimisagendiga.

Paigaldused

Deployment (paigaldus) haldab teie rakenduse soovitud olekut. See tagab, et kindlaksmääratud arv Pod'i repliike on alati töös. Kui Pod ebaõnnestub, asendab Deployment selle automaatselt. Deployment'id võimaldavad ka järkjärgulisi uuendusi, mis lubavad teil rakendust uuendada ilma seisakuteta. Paigaldused on moodsate paigaldusstrateegiate nurgakivi kogu maailmas.

Teenused

Service (teenus) pakub stabiilse IP-aadressi ja DNS-nime Pod'idele juurdepääsuks. See toimib koormuse jaoturina, jaotades liikluse mitme Pod'i vahel. Teenused võimaldavad teenuste avastamist ja tagavad, et rakendused saavad omavahel suhelda isegi siis, kui Pod'e luuakse ja hävitatakse. Teenused on nagu aadressiraamatud teie rakenduse arhitektuuris.

Nimeruumid

Nimeruumid pakuvad viisi ressursside loogiliseks eraldamiseks Kubernetes'i klastris. Saate kasutada nimeruume erinevate keskkondade (nt arendus, testimine, tootmine) või meeskondade eraldamiseks. See aitab parandada organiseeritust ja turvalisust klastris. Mõelge nimeruumidest kui virtuaalsetest klastritest suurema füüsilise klastri sees.

ConfigMap'id ja Secret'id

ConfigMap'id salvestavad konfiguratsiooniandmeid võti-väärtus paaridena, võimaldades teil konfiguratsiooni rakenduse koodist eraldada. Secret'id salvestavad turvaliselt tundlikku teavet, nagu paroolid ja API-võtmed. Need on kriitilise tähtsusega rakenduste turvalisuse ja teisaldatavuse säilitamiseks erinevates keskkondades ning parimate tavade järgimiseks erinevates regulatiivsetes maastikes üle maailma.

Kubernetes'i arenduse töövoog

Siin on tüüpiline Kubernetes'i arenduse töövoog:

1. Koodi kirjutamine: Arendage oma rakenduse koodi, kasutades eelistatud programmeerimiskeelt ja raamistikke.
2. Konteineriseerimine: Pakkige oma rakendus ja selle sõltuvused Docker'i konteinerisse.
3. Kubernetes'i ressursside defineerimine: Looge YAML-failid, mis defineerivad teie rakenduse paigaldamiseks vajalikud Kubernetes'i ressursid (nt Deployment'id, Service'id, ConfigMap'id).
4. Kubernetes'i paigaldamine: Kasutage `kubectl` käsurea tööriista oma rakenduse paigaldamiseks Kubernetes'i klastrisse.
5. Testimine ja silumine: Testige oma rakendust Kubernetes'i keskkonnas ning kasutage logimis- ja seirevahendeid probleemide tuvastamiseks ja lahendamiseks.
6. Itereerimine: Tehke muudatusi oma koodis või konfiguratsioonis, ehitage konteineri pilt uuesti ja paigaldage see uuesti Kubernetes'i.

Praktilised näited

Vaatame mõningaid praktilisi näiteid, kuidas arendajad saavad Kubernetes'i kasutada:

Näide 1: Lihtsa veebirakenduse paigaldamine

Oletame, et teil on lihtne veebirakendus, mis on kirjutatud Pythonis kasutades Flask raamistikku. Selle Kubernetes'i paigaldamiseks peaksite:

1. Looma Dockerfile'i, et pakkida oma rakendus konteineri pildiks.
2. Looma Deployment'i YAML-faili, et defineerida oma rakenduse soovitud olek.
3. Looma Service'i YAML-faili, et oma rakendus välismaailmale kättesaadavaks teha.
4. Kasutama käske `kubectl apply -f deployment.yaml` ja `kubectl apply -f service.yaml` oma rakenduse paigaldamiseks.

Näide 2: Konfiguratsiooni haldamine ConfigMap'idega

Oletame, et teie rakendus peab lugema konfiguratsioonifaili. Saate kasutada ConfigMap'i konfiguratsiooniandmete salvestamiseks ja selle oma Pod'is köitena (volume) ühendamiseks. See võimaldab teil konfiguratsiooni uuendada ilma konteineri pilti uuesti ehitamata. See on kasulik erinevate piirkondlike seadete või kasutajaeelistustega kohanemiseks ilma koodi muutmata. Näiteks võiks ConfigMap salvestada asukohapõhiseid seadeid veebirakendusele, mis teenindab kasutajaid erinevates riikides.

Näide 3: Järkjärguliste uuenduste rakendamine

Kui teil on vaja oma rakendust uuendada, saate kasutada Deployment'i järkjärgulise uuenduse (rolling update) teostamiseks. Kubernetes asendab järk-järgult vanad Pod'id uutega, tagades, et teie rakendus jääb kogu uuendusprotsessi vältel kättesaadavaks. See minimeerib häireid ja tagab sujuva kasutajakogemuse kogu maailmas.

Tööriistad ja tehnoloogiad Kubernetes'i arenduseks

Mitmesugused tööriistad ja tehnoloogiad aitavad arendajatel Kubernetes'iga tõhusamalt töötada:

• kubectl: Kubernetes'i käsurea tööriist klastriga suhtlemiseks.
• Minikube: Tööriist ühesõlmelise Kubernetes'i klastri lokaalseks käivitamiseks arenduseks ja testimiseks.
• Kind (Kubernetes in Docker): Veel üks tööriist lokaalsete Kubernetes'i klastrite käivitamiseks Docker'i abil.
• Helm: Kubernetes'i paketihaldur, mis teeb keerukate rakenduste paigaldamise ja haldamise lihtsamaks.
• Skaffold: Tööriist Kubernetes'i rakenduste arenduse töövoo sujuvamaks muutmiseks.
• Telepresence: Võimaldab teil arendada ja siluda mikroteenuseid lokaalselt, olles samal ajal ühendatud kauge Kubernetes'i klastriga.
• Kubernetes'i IDE pluginad: Populaarsete IDE-de nagu VS Code ja IntelliJ IDEA pluginad pakuvad funktsioone nagu süntaksi esiletõstmine, koodi täiendamine ja silumistugi Kubernetes'i YAML-failidele.

Kubernetes'i arenduse parimad praktikad

Järgige neid parimaid praktikaid, et tagada edukas Kubernetes'i arendus:

• Kasutage konteinerite pilte: Pakkige oma rakendused alati konteinerite piltidesse, et tagada ühtsus ja teisaldatavus.
• Määrake ressursinõuded ja -piirangud: Määrake oma Pod'idele ressursinõuded ja -piirangud, et tagada neile piisavad ressursid ja vältida ressursside konflikti.
• Kasutage tervisekontrolle: Rakendage tervisekontrolle (eluvõimelisuse ja valmisoleku proovid), et Kubernetes saaks automaatselt taaskäivitada ebatervislikke Pod'e.
• Eraldage konfiguratsioon: Kasutage ConfigMap'e ja Secret'eid, et eraldada konfiguratsiooniandmed ja tundlik teave oma rakenduse koodist.
• Rakendage logimine ja seire: Seadistage logimine ja seire, et jälgida oma rakenduste jõudlust ja tervist. Populaarsed valikud on tööriistad nagu Prometheus ja Grafana.
• Järgige turvalisuse parimaid praktikaid: Turvake oma Kubernetes'i klaster, rakendades korrektset autentimist, autoriseerimist ja võrgupoliitikaid. Kaaluge tööriistu nagu Falco käitusaegse turvaseire jaoks.
• Automatiseerige paigaldused: Kasutage CI/CD torujuhtmeid paigaldusprotsessi automatiseerimiseks ja tagamaks, et muudatused paigaldatakse järjepidevalt ja usaldusväärselt. Populaarsed CI/CD tööriistad on Jenkins, GitLab CI ja CircleCI.
• Versioonihallake oma YAML-i: Hoidke oma Kubernetes'i YAML-faile versioonikontrollis, et jälgida muudatusi ja teha koostööd teiste arendajatega.

Levinud Kubernetes'i väljakutsed ja lahendused

Kuigi Kubernetes pakub palju eeliseid, esitab see ka mõningaid väljakutseid. Siin on mõned levinud väljakutsed ja nende lahendused:

• Keerukus: Kubernetes'i õppimine ja haldamine võib olla keeruline. Lahendus: Alustage põhitõdedest, kasutage hallatud Kubernetes'i teenuseid (nt AWS EKS, Google Kubernetes Engine, Azure Kubernetes Service) ning kasutage tööriistu ja raamistikke, mis lihtsustavad Kubernetes'i arendust.
• Silumine: Rakenduste silumine Kubernetes'is võib olla keeruline. Lahendus: Kasutage logimis- ja seirevahendeid, kasutage silumistööriistu nagu Telepresence ning mõistke, kuidas kasutada `kubectl` käsku Pod'ide ja teenuste uurimiseks.
• Turvalisus: Kubernetes'i klastri turvamine nõuab hoolikat planeerimist ja rakendamist. Lahendus: Järgige turvalisuse parimaid praktikaid, kasutage võrgupoliitikaid teenuste eraldamiseks ning rakendage korrektseid autentimis- ja autoriseerimismehhanisme.
• Ressursside haldamine: Ressursside tõhus haldamine Kubernetes'is võib olla keeruline. Lahendus: Määrake oma Pod'idele ressursinõuded ja -piirangud, kasutage horisontaalset pod'ide automaatskaleerimist rakenduste dünaamiliseks skaleerimiseks vastavalt liiklusele ja jälgige ressursside kasutust võimalike kitsaskohtade tuvastamiseks.

Kubernetes erinevates tööstusharudes

Kubernetes'i võetakse kasutusele mitmesugustes tööstusharudes:

• E-kaubandus: Veebipoodide skaleerimine, et tulla toime müügiürituste tipptundide liiklusega, tagada kõrge käideldavus ja kiiresti uusi funktsioone paigaldada. Näideteks on ettevõtted, kes peavad skaleeruma, et vastata Musta Reede või Vallaliste Päeva nõudlusele.
• Rahandus: Turvaliste ja skaleeritavate finantsrakenduste ehitamine ja paigaldamine, tehingute töötlemine ja riskide maandamine. See hõlmab ka madalat latentsust nõudvaid kõrgsagedusliku kauplemise platvorme.
• Tervishoid: Patsiendiandmete haldamine, meditsiiniliste simulatsioonide läbiviimine ja telemeditsiini rakenduste arendamine. Vastavus regulatsioonidele nagu HIPAA lisab keerukust.
• Meedia ja meelelahutus: Video- ja helisisu voogedastamine, isikupärastatud kogemuste pakkumine ja suurte meediakogude haldamine.
• Tootmine: Tootmisprotsesside optimeerimine, tarneahelate haldamine ja ennetava hoolduse rakendamine.

Kubernetes'i tulevik arendajatele

Kubernetes'i ökosüsteem areneb pidevalt, uusi tööriistu ja tehnoloogiaid tekib kogu aeg juurde. Mõned olulised suundumused, mida jälgida, on järgmised:

• Serverivaba Kubernetes: Tehnoloogiad nagu Knative ja OpenFaaS muudavad serverivabade rakenduste ehitamise ja paigaldamise Kubernetes'is lihtsamaks.
• Teenusvõrk (Service Mesh): Teenusvõrgud nagu Istio ja Linkerd pakuvad täiustatud liikluse haldamise, turvalisuse ja jälgitavuse funktsioone mikroteenuste rakendustele.
• Äärevõrgundus (Edge Computing): Kubernetes'i kasutatakse rakenduste paigaldamiseks võrgu äärealadele, kasutajatele ja seadmetele lähemale.
• Tehisintellekti/masinõppe töökoormused: Kubernetes on muutumas populaarseks platvormiks tehisintellekti/masinõppe töökoormuste käitamiseks, pakkudes masinõppe mudelite treenimiseks ja paigaldamiseks vajalikku skaleeritavust ja ressursse.

Kokkuvõte

Kubernetes on võimas tööriist, mis võib oluliselt parandada rakenduste arendamist ja paigaldamist. Mõistes põhikontseptsioone, järgides parimaid praktikaid ning kasutades olemasolevaid tööriistu ja tehnoloogiaid, saavad arendajad rakendada Kubernetes'i täit potentsiaali ja ehitada skaleeritavaid, vastupidavaid ja hallatavaid rakendusi ülemaailmsele publikule. Kubernetes'i omaksvõtmine annab arendajatele võimaluse keskenduda innovatsioonile ja pakkuda oma kasutajatele tõhusamalt väärtust. Ärge laske end selle keerukusest heidutada – alustage väikeselt, katsetage ja lisage Kubernetes järk-järgult oma arenduse töövoogu.