Konteinerių orkestravimo modeliai: išsamus vadovas pasauliniam pritaikymui

Konteinerių orkestravimas tapo šiuolaikinio programų kūrimo ir diegimo kertiniu akmeniu. Šis vadovas pateikia išsamią konteinerių orkestravimo modelių apžvalgą, siūlantį įžvalgas ir geriausią praktiką organizacijoms visame pasaulyje, neatsižvelgiant į jų dydį ar pramonę. Mes išnagrinėsime įvairius modelius, nuo pagrindinių diegimo strategijų iki pažangių mastelio keitimo ir valdymo metodų, kurie visi skirti padidinti efektyvumą, patikimumą ir mastelio keitimą visoje pasaulinėje infrastruktūroje.

Konteinerių orkestravimo supratimas

Konteinerių orkestravimo įrankiai, tokie kaip Kubernetes (K8s), Docker Swarm ir Apache Mesos, automatizuoja konteinerizuotų programų diegimą, mastelio keitimą ir valdymą. Jie supaprastina sudėtingus procesus, palengvindami programų valdymą įvairiose aplinkose, įskaitant viešuosius debesis, privačius debesis ir hibridines infrastruktūras. Pagrindiniai privalumai yra:

• Padidėjęs efektyvumas: Automatizavimas sumažina rankų darbą, pagreitindamas diegimo ir mastelio keitimo procesus.
• Pagerintas išteklių panaudojimas: Orkestravimo platformos efektyviai paskirsto išteklius, optimizuodamos infrastruktūros išlaidas.
• Patobulintas mastelio keitimas: Programas galima lengvai padidinti arba sumažinti atsižvelgiant į poreikį.
• Didesnis patikimumas: Orkestravimo platformos suteikia savaiminio atkūrimo galimybes, automatiškai iš naujo paleisdamos nepavykusius konteinerius ir užtikrindamos programos pasiekiamumą.
• Supaprastintas valdymas: Centralizuoto valdymo ir stebėjimo įrankiai supaprastina programų valdymą.

Pagrindiniai konteinerių orkestravimo modeliai

Konteinerių orkestravime dažniausiai naudojami keli modeliai. Šių modelių supratimas yra labai svarbus kuriant ir įgyvendinant efektyvias konteinerizuotas programas.

1. Diegimo strategijos

Diegimo strategijos nurodo, kaip išleidžiamos naujos programų versijos. Tinkamos strategijos pasirinkimas sumažina prastovas ir sumažina problemų riziką.

• Atkurti diegimą: Paprasčiausia strategija. Visi esami konteineriai nutraukiami ir paleidžiami nauji. Tai sukelia prastovų. Paprastai nerekomenduojama gamybos aplinkoms. Tinka kūrimui ar testavimui.
• Vykdomi atnaujinimai: Nauji konteinerių egzemplioriai diegiami palaipsniui, po vieną pakeičiant senus. Tai užtikrina nulį arba minimalią prastovą. Kubernetes `Deployment` objektas pagal numatytuosius nustatymus palaiko šį modelį. Tinka daugumai aplinkų.
• Mėlyna/Žalia diegimas: Egzistuoja dvi identiškos aplinkos: „mėlyna“ (dabartinė tiesioginė versija) ir „žalia“ (nauja versija). Srautas perjungiamas iš „mėlynos“ į „žalią“, kai nauja versija patvirtinama. Siūlo nulį prastovų ir grąžinimo galimybes. Sudėtingesnis metodas, dažnai reikalaujantis apkrovos balansavimo arba paslaugų tinklelio palaikymo. Idealiai tinka kritinėms programoms, kurioms reikia maksimalaus veikimo laiko.
• Kanarėlių diegimai: Mažas srauto procentas nukreipiamas į naują versiją („kanarėlę“), o didžioji dalis lieka su esama versija. Stebima naujos versijos problemų. Jei kyla problemų, srautą galima lengvai grąžinti. Leidžia sumažinti riziką prieš visą diegimą. Reikia pažangaus apkrovos balansavimo ir stebėjimo.
• A/B testavimas: Panašus į Kanarėlę, tačiau pagrindinis dėmesys skiriamas skirtingų funkcijų ar vartotojo patirties testavimui. Srautas nukreipiamas pagal konkrečius kriterijus, pvz., vartotojo vietą arba įrenginio tipą. Verta rinkti vartotojų atsiliepimus. Reikia kruopštaus srauto valdymo ir analizės įrankių.

Pavyzdys: Įsivaizduokite pasaulinę elektroninės prekybos platformą. Vykdomų atnaujinimų strategija gali būti naudojama mažiau kritinėms paslaugoms, o mėlyna/žalia diegimas yra pageidautinas pagrindinei mokėjimo apdorojimo paslaugai, siekiant užtikrinti nepertraukiamą operacijų tvarkymą net ir versijos atnaujinimo metu. Įsivaizduokite JK įmonę, kuri diegia naują funkciją. Jie galėtų naudoti kanarėlių diegimus, iš pradžių išleisdami ją nedideliam procentui JK vartotojų prieš platesnį pasaulinį paleidimą.

2. Mastelio keitimo modeliai

Mastelio keitimas yra galimybė dinamiškai reguliuoti konteinerių egzempliorių skaičių, kad būtų patenkintas kintantis poreikis. Yra įvairių mastelio keitimo strategijų.

• Horizontalus ankščių automatinis mastelio keitimas (HPA): Kubernetes gali automatiškai keisti ankščių (konteinerių) skaičių pagal išteklių panaudojimą (CPU, atmintis) arba pasirinktinius rodiklius. HPA yra būtinas norint dinamiškai reaguoti į srauto svyravimus.
• Vertikalus ankščių automatinis mastelio keitimas (VPA): VPA automatiškai reguliuoja atskirų ankščių išteklių užklausas (CPU, atmintis). Naudinga optimizuojant išteklių paskirstymą ir išvengiant per didelio aprūpinimo. Rečiau nei HPA.
• Rankinis mastelio keitimas: Rankinis ankščių skaičiaus mastelio keitimas. Naudinga testuojant arba konkretiems diegimams, tačiau mažiau pageidautina gamybos aplinkoms dėl rankų darbo.

Pavyzdys: Įsivaizduokite socialinės žiniasklaidos programą, kurios srautas padidėja per didelį įvykį. Naudojant HPA, API aptarnaujančių ankščių skaičius gali automatiškai padidėti, kad būtų galima valdyti apkrovą, užtikrinant sklandų vartotojo patirtį. Apsvarstykite tai globaliai; padidėjęs aktyvumas Australijoje automatiškai suaktyvintų daugiau ankščių tame regione arba efektyviau – pasinaudojant pasauline infrastruktūra.

3. Paslaugų aptikimas ir apkrovos balansavimas

Konteinerių orkestravimo įrankiai teikia paslaugų aptikimo ir apkrovos balansavimo mechanizmus, leidžiančius konteineriams veiksmingai bendrauti tarpusavyje ir paskirstyti srautą.

• Paslaugų aptikimas: Leidžia konteineriams rasti ir prisijungti prie kitų paslaugų klasteryje. Kubernetes paslaugos teikia stabilų IP adresą ir DNS pavadinimą ankščių rinkiniui.
• Apkrovos balansavimas: Paskirsto įeinantį srautą keliems konteinerių egzemplioriams. Kubernetes paslaugos veikia kaip apkrovos balansuotojas, paskirstydamos srautą ankštims, kurios palaiko paslaugą.
• Įėjimo valdikliai: Valdo išorinę prieigą prie paslaugų klasteryje, dažnai naudojant HTTP/HTTPS. Teikia tokias funkcijas kaip TLS nutraukimas, maršrutizavimas ir srauto valdymas.

Pavyzdys: Programą sudaro priekinis žiniatinklio serveris, galinis API serveris ir duomenų bazė. Kubernetes paslaugos naudojamos paslaugų aptikimui. Priekinis žiniatinklio serveris naudoja paslaugos DNS pavadinimą, kad prisijungtų prie galinio API serverio. Kubernetes API serverio paslauga balansuoja apkrovą kelioms API serverio ankštims. Įėjimo valdikliai tvarko įeinantį srautą iš interneto, nukreipdami užklausas į atitinkamas paslaugas. Įsivaizduokite, kad teikiate skirtingą turinį pagal geografinę vietą; įėjimo valdiklis galėtų nukreipti srautą į konkrečias paslaugas, skirtas skirtingiems regionams, atsižvelgiant į vietinius reglamentus ir vartotojų pageidavimus.

4. Būsenos valdymas ir nuolatinė saugykla

Norint valdyti būsenos programas (pvz., duomenų bazes, pranešimų eiles), reikia nuolatinės saugyklos ir kruopštaus duomenų nuoseklumo bei pasiekiamumo svarstymo.

• Nuolatiniai tomai (PV) ir nuolatinės tomų pretenzijos (PVC): Kubernetes teikia PV, kad atspindėtų saugyklos išteklius, ir PVC, kad paprašytų šių išteklių.
• Būsenos rinkiniai: Naudojami būsenos programoms diegti ir valdyti. Kiekviena ankštis „StatefulSet“ turi unikalų, nuolatinį tapatybę ir stabilų tinklo tapatybę. Užtikrina nuoseklų diegimų ir atnaujinimų tvarką.
• Tomų pretenzijos: Programoms, kurioms reikia nuolatinės saugyklos. PVC leidžia ankštims prašyti saugyklos išteklių.

Pavyzdys: Pasauliniu mastu paskirstyta duomenų bazė naudoja Nuolatinius tomus, kad užtikrintų duomenų išsaugojimą. StatefulSets naudojami duomenų bazių replikoms diegti ir valdyti skirtingose pasiekiamumo zonose. Tai užtikrina didelį pasiekiamumą ir duomenų patvarumą, net jei atsiranda vienos zonos gedimas. Apsvarstykite pasaulinę finansų įstaigą, kuriai taikomi griežti duomenų saugojimo reikalavimai. Nuolatiniai tomai kartu su StatefulSets galėtų užtikrinti, kad duomenys visada būtų saugomi reikiamame regione, laikantis vietinių reglamentų ir išlaikant mažą delsą vartotojams.

5. Konfigūracijos valdymas

Konfigūracijos duomenų valdymas yra labai svarbus konteinerizuotoms programoms. Yra keletas metodų:

• ConfigMaps: Saugokite konfigūracijos duomenis rakto ir reikšmės porose. Gali būti naudojamas konfigūracijos duomenims įterpti į konteinerius kaip aplinkos kintamuosius arba failus.
• Paslaptys: Saugokite neskelbtinus duomenis, pvz., slaptažodžius ir API raktus, saugiai. Paslaptys yra užšifruotos ir gali būti įterptos į konteinerius.
• Aplinkos kintamieji: Konfigūruokite programas naudodami aplinkos kintamuosius. Lengvai valdomas ir pasiekiamas konteineryje.

Pavyzdys: Žiniatinklio programai reikia duomenų bazės prisijungimo duomenų ir API raktų. Šios paslaptys saugomos kaip Paslaptys Kubernetes. Programos ankštys konfigūruojamos naudojant ConfigMaps, kad būtų saugomi neskelbtini konfigūracijos duomenys. Tai atskiria konfigūraciją nuo programos kodo, todėl lengva atnaujinti konfigūraciją neperkuriant ir iš naujo nedepliojant programos. Apsvarstykite tarptautinę įmonę, kuriai reikia skirtingų duomenų bazių kredencialų konkrečioms šalims; ConfigMaps ir Secrets gali būti naudojami regioniniams nustatymams efektyviai valdyti.

6. Stebėjimas ir registravimas

Stebėjimas ir registravimas yra būtini norint stebėti konteinerizuotų programų būklę ir našumą.

• Rodiklių rinkimas: Rinkite rodiklius (CPU naudojimas, atminties naudojimas, tinklo įvestis/išvestis) iš konteinerių. Dažniausiai naudojami Prometheus ir kiti stebėjimo įrankiai.
• Registravimas: Agreguokite žurnalus iš konteinerių. Dažniausiai naudojami tokie įrankiai kaip ELK paketas (Elasticsearch, Logstash, Kibana) arba Grafana Loki.
• Įspėjimai: Nustatykite įspėjimus pagal rodiklius ir žurnalus, kad aptiktumėte ir reaguotumėte į problemas.

Pavyzdys: Prometheus renka rodiklius iš programos ankščių. Grafana naudojama rodikliams vizualizuoti informacijos suvestinėse. Įspėjimai konfigūruojami taip, kad informuotų operacijų komandą, jei išteklių naudojimas viršija slenkstį. Pasauliniame nustatyme toks stebėjimas turi būti regioninis. Duomenys iš skirtingų duomenų centrų ar regionų gali būti sugrupuoti ir stebimi atskirai, todėl galima greitai nustatyti problemas, turinčias įtakos konkrečioms geografinėms vietovėms. Pavyzdžiui, Vokietijos įmonė gali naudoti vietinį stebėjimo egzempliorių savo Vokietijoje esančioms paslaugoms.

Pažangūs konteinerių orkestravimo svarstymai

Konteinerių orkestravimui bręstant, organizacijos priima pažangias optimalaus veikimo strategijas.

1. Kelių klasterių diegimai

Siekiant didesnio pasiekiamumo, atkūrimo po nelaimės ir našumo, diekite darbo krūvius keliuose klasteriuose skirtinguose regionuose arba debesų teikėjų.

• Federacija: Kubernetes Federacija leidžia valdyti kelis klasterius iš vienos valdymo plokštės.
• Kelių klasterių paslaugų tinklelis: Paslaugų tinkleliai, tokie kaip Istio, gali apimti kelis klasterius, suteikdami pažangias srauto valdymo ir saugos funkcijas.
• Pasaulinis apkrovos balansavimas: Naudojant išorinius apkrovos balansuotojus srautui paskirstyti tarp skirtingų klasterių pagal geografinę vietą ar sveikatą.

Pavyzdys: Pasaulinis SaaS teikėjas vykdo savo programą keliuose Kubernetes klasteriuose Šiaurės Amerikoje, Europoje ir Azijoje. Pasaulinis apkrovos balansavimas nukreipia vartotojus į artimiausią klasterį pagal jų vietą, sumažindamas delsą ir pagerindamas vartotojo patirtį. Nutikus gedimui viename regione, srautas automatiškai peradresuojamas į kitus sveikus regionus. Apsvarstykite poreikį laikytis regioninių reikalavimų. Diegimas keliuose klasteriuose leidžia jums patenkinti tuos geografinius reikalavimus. Pavyzdžiui, Indijoje veikianti įmonė galėtų įdiegti klasterį Indijoje, kad atitiktų duomenų saugojimo taisykles.

2. Paslaugų tinklelio integravimas

Paslaugų tinkleliai (pvz., Istio, Linkerd) prideda paslaugų sluoksnį prie konteinerizuotų programų, suteikdami pažangias funkcijas, tokias kaip srauto valdymas, sauga ir stebėjimas.

• Srauto valdymas: Išsamus srauto maršrutizavimo valdymas, įskaitant A/B testavimą, kanarėlių diegimus ir srauto perstūmimą.
• Sauga: Abipusis TLS (mTLS), skirtas saugiam ryšiui tarp paslaugų ir centralizuotam politikos įgyvendinimui.
• Stebėjimas: Išsami rodiklių, sekimo ir registravimo informacija, skirta programos našumo stebėjimui ir trikčių šalinimui.

Pavyzdys: Programa naudoja Istio srauto valdymui. Istio sukonfigūruotas kanarėlių diegimams, leidžiantis išleisti naujas versijas ir išbandyti jas su pogrupiu vartotojų prieš visišką išleidimą. Istio taip pat įgalina mTLS, užtikrindamas saugų ryšį tarp mikroservisų. Apsvarstykite galimybę įdiegti paslaugų tinklelį tarp pasauliniu mastu paskirstytų paslaugų, įgalinant pažangias funkcijas, tokias kaip visuotinis greičio ribojimas, sauga ir stebėjimas heterogeniniame programų tinkle.

3. Nuolatinė integracija ir nuolatinis pristatymas (CI/CD)

Kūrimo, testavimo ir diegimo procesų automatizavimas.

• CI/CD konvejeris: Automatizuokite konteinerių vaizdų kūrimą, testavimą ir diegimą. Tokie įrankiai kaip Jenkins, GitLab CI/CD, CircleCI ir GitHub Actions yra populiarūs pasirinkimai.
• Automatizuotas testavimas: Įgyvendinkite automatizuotą testavimą visuose CI/CD konvejerio etapuose.
• Infrastruktūra kaip kodas (IaC): Apibrėžkite ir valdykite infrastruktūrą naudodami kodą (pvz., Terraform, Ansible), kad užtikrintumėte nuoseklumą ir pakartojamumą.

Pavyzdys: Kūrėjas įkelia kodo pakeitimus į Git saugyklą. CI/CD konvejeris automatiškai sukuria naują konteinerio vaizdą, vykdo testus ir įdiegia atnaujintą vaizdą į paruošimo aplinką. Sėkmingai ištestavus, konvejeris automatiškai įdiegia naują versiją į gamybą. Apsvarstykite galimybę panaudoti CI/CD konvejerius, kad supaprastintumėte diegimus skirtinguose regionuose. CI/CD konvejeris galėtų valdyti diegimą keliuose Kubernetes klasteriuose, automatizuodamas kodo atnaujinimų išleidimą visame pasaulyje, įtraukiant regionui būdingas konfigūracijas.

4. Geriausia saugos praktika

Saugumas yra svarbiausias dalykas diegiant konteinerizuotas programas.

• Vaizdo nuskaitymas: Nuskaitykite konteinerių vaizdus, ar nėra pažeidžiamumų. Tokie įrankiai kaip Clair, Trivy ir Anchore.
• Saugos kontekstas: Konfigūruokite konteinerių saugos kontekstą, kad apibrėžtumėte išteklių apribojimus ir leidimus.
• Tinklo politika: Apibrėžkite tinklo politiką, kad galėtumėte valdyti tinklo srautą tarp ankščių.
• RBAC (vaidmenimis pagrįstas prieigos valdymas): Valdykite prieigą prie Kubernetes išteklių naudodami RBAC.

Pavyzdys: Prieš diegiant konteinerių vaizdus, jie nuskaitomi, ar nėra pažeidžiamumų, naudojant vaizdo skaitytuvą. Apibrėžiama tinklo politika, siekiant apriboti ryšį tarp ankščių, apribojant galimų saugos pažeidimų spindulį. Apsvarstykite saugos politiką, atitinkančią pasaulinius standartus ir reglamentus, tokius kaip GDPR (Europa) arba CCPA (Kalifornija). Labai svarbu diegti vaizdus, atitinkančius šiuos standartus visuose geografiniuose regionuose.

Tinkamo orkestravimo įrankio pasirinkimas

Tinkamo konteinerių orkestravimo įrankio pasirinkimas priklauso nuo konkrečių reikalavimų:

• Kubernetes (K8s): Populiariausia konteinerių orkestravimo platforma, teikianti išsamų funkcijų rinkinį ir didelę ekosistemą. Idealiai tinka sudėtingoms programoms, kurioms reikia mastelio keitimo, didelio pasiekiamumo ir pažangių funkcijų.
• Docker Swarm: Paprastesnis, lengvesnis orkestravimo įrankis, integruotas su Docker. Geras pasirinkimas mažoms ir vidutinėms programoms, siūlantis naudojimo paprastumą.
• Apache Mesos: Bendresnio naudojimo klasterių valdytojas, galintis vykdyti įvairius darbo krūvius, įskaitant konteinerius. Tinka labai dinamiškoms aplinkoms.

Pavyzdys: Didelė įmonė, turinti sudėtingą mikroservisų architektūrą ir didelį srauto kiekį, gali pasirinkti Kubernetes dėl jos mastelio keitimo ir išsamių funkcijų. Paleidimo įmonė su mažesne programa gali pasirinkti Docker Swarm dėl naudojimo paprastumo. Organizacija galėtų naudoti Mesos dėl jo lankstumo valdant įvairius darbo krūvius, net ir už konteinerių ribų.

Geriausia pasaulinio diegimo praktika

Geriausios praktikos įgyvendinimas užtikrina sėkmingus konteinerių orkestravimo diegimus visame pasaulyje.

• Pasirinkite tinkamus debesų teikėjus: Pasirinkite debesų teikėjus, kurie veikia visame pasaulyje ir turi gerą veikimo laiko ir našumo istoriją. Apsvarstykite savo pasaulinius tinklo reikalavimus.
• Įgyvendinkite patikimą CI/CD konvejerį: Automatizuokite kūrimo, testavimo ir diegimo procesus, kad išleistumėte greičiau ir patikimiau.
• Stebėkite programos našumą ir pasiekiamumą: Nuolat stebėkite programas, kad greitai nustatytumėte ir išspręstumėte problemas. Naudokite pasauliniu mastu paskirstytus stebėjimo sprendimus.
• Planuokite atkūrimą po nelaimės: Įgyvendinkite atkūrimo po nelaimės strategijas, kad užtikrintumėte verslo tęstinumą. Tai apima atsargines kopijas ir atkūrimo strategijas.
• Optimizuokite regioniniams reikalavimams: Užtikrinkite, kad jūsų diegimai atitiktų regioninius duomenų saugojimo reikalavimus.
• Apsvarstykite lokalizavimą: Lokalizuokite savo programas, kad patenkintumėte įvairią tarptautinę auditoriją.
• Automatizuokite infrastruktūros valdymą: Naudokite Infrastruktūrą kaip kodą (IaC) įrankius infrastruktūros diegimui valdyti ir automatizuoti.

Pavyzdys: Pasaulinės finansų programos diegimui reikia kruopščiai apsvarstyti debesų teikėjo pasirinkimą, atitikimą ir duomenų saugojimą. Labai svarbu pasirinkti teikėją, kurio duomenų centrai yra regionuose, kuriuose programa veikia. Tai kartu su CI/CD konvejeriu, kuris atsižvelgia į vietinius reglamentus, užtikrina, kad programa būtų diegiama saugiai ir efektyviai visame pasaulyje.

Išvada

Konteinerių orkestravimo modeliai pakeitė programų kūrimą ir diegimą. Suprasdamos šiuos modelius ir priimdamos geriausią praktiką, organizacijos gali efektyviai diegti, keisti ir valdyti konteinerizuotas programas įvairiose pasaulinėse aplinkose, užtikrindamos didelį pasiekiamumą, mastelio keitimą ir optimalų išteklių panaudojimą. Verslui plečiantis visame pasaulyje, šių modelių įvaldymas yra labai svarbus sėkmei šiandieninėje dinamiškoje technologinėje aplinkoje. Nuolatinis mokymasis ir prisitaikymas yra pagrindiniai dalykai. Ekosistema nuolat tobulėja, todėl labai svarbu nuolat atnaujinti naujausią geriausią praktiką.