Frontend konteinerių orkestravimas: Docker ir Kubernetes

Šiandieninėje sparčiai besikeičiančioje skaitmeninėje aplinkoje itin svarbu kurti ir diegti atsparias, keičiamo dydžio ir globaliai prieinamas žiniatinklio aplikacijas. Frontend konteinerių orkestravimas, naudojant tokias technologijas kaip Docker ir Kubernetes, tapo esmine praktika siekiant šių tikslų. Šiame išsamiame vadove nagrinėjama, kas yra frontend konteinerių orkestravimas, kodėl jis reikalingas ir kaip jį įgyvendinti, pateikiant praktinių įžvalgų kūrėjams ir DevOps inžinieriams visame pasaulyje.

Kas yra Frontend konteinerių orkestravimas?

Frontend konteinerių orkestravimas apima frontend aplikacijų (pvz., sukurtų su React, Angular, Vue.js) pakavimą į konteinerius naudojant Docker ir tada tų konteinerių valdymą bei diegimą mašinų klasteryje naudojant Kubernetes. Šis metodas leidžia:

• Nuoseklią aplinką: Užtikrina, kad frontend aplikacija veiktų identiškai kūrimo, testavimo ir gamybos aplinkose.
• Mastelio keitimą: Leidžia lengvai keisti frontend aplikacijos mastelį, kad būtų galima apdoroti padidėjusį srautą ar vartotojų apkrovą.
• Atsparumą: Užtikrina atsparumą gedimams, automatiškai paleidžiant iš naujo sugedusius konteinerius, kad būtų išlaikytas aplikacijos prieinamumas.
• Supaprastintus diegimus: Supaprastina diegimo procesą, padarant jį greitesniu, patikimesniu ir mažiau linkusiu į klaidas.
• Efektyvų išteklių panaudojimą: Optimizuoja išteklių paskirstymą, užtikrinant, kad aplikacija efektyviai naudoja infrastruktūrą.

Kodėl naudoti Frontend konteinerių orkestravimą?

Tradiciniai frontend diegimo metodai dažnai kenčia nuo nenuoseklumo, diegimo sudėtingumo ir mastelio keitimo apribojimų. Konteinerių orkestravimas sprendžia šias problemas, siūlydamas keletą pagrindinių privalumų:

Patobulintas kūrimo procesas

Docker leidžia kūrėjams kurti savarankiškas aplinkas savo frontend aplikacijoms. Tai reiškia, kad visos priklausomybės (Node.js versija, bibliotekos ir t. t.) yra supakuotos į konteinerį, pašalinant problemą "veikia mano kompiuteryje". Tai lemia labiau nuspėjamą ir patikimą kūrimo procesą. Įsivaizduokite kūrėjų komandą, išsibarsčiusią po Bengalūrą, Londoną ir Niujorką. Naudojant Docker, kiekvienas kūrėjas gali dirbti identiškoje aplinkoje, sumažindamas integracijos problemas ir paspartindamas kūrimo ciklus.

Supaprastintas diegimo procesas

Frontend aplikacijų diegimas gali būti sudėtingas, ypač kai dirbama su keliomis aplinkomis ir priklausomybėmis. Konteinerių orkestravimas supaprastina šį procesą, suteikdamas standartizuotą diegimo liniją. Sukūrus Docker atvaizdą, jį galima įdiegti į bet kurią Kubernetes valdomą aplinką su minimaliais konfigūracijos pakeitimais. Tai sumažina diegimo klaidų riziką ir užtikrina nuoseklią diegimo patirtį skirtingose aplinkose.

Patobulintas mastelio keitimas ir atsparumas

Frontend aplikacijos dažnai patiria svyruojančius srauto modelius. Konteinerių orkestravimas leidžia dinamiškai keisti aplikacijos mastelį pagal poreikį. Kubernetes gali automatiškai paleisti arba išjungti konteinerius, užtikrinant, kad aplikacija galėtų apdoroti didžiausias apkrovas be našumo sumažėjimo. Be to, jei konteineris sugenda, Kubernetes automatiškai jį paleidžia iš naujo, užtikrindamas aukštą prieinamumą ir atsparumą.

Įsivaizduokite pasaulinę elektroninės komercijos svetainę, kuri patiria srauto šuolį per Juodąjį penktadienį. Su Kubernetes, frontend aplikacija gali automatiškai keisti mastelį, kad apdorotų padidėjusią apkrovą, užtikrinant sklandų apsipirkimo patirtį vartotojams visame pasaulyje. Jei serveris sugenda, Kubernetes automatiškai nukreipia srautą į veikiančias kopijas, sumažindamas prastovas ir užkertant kelią prarastiems pardavimams.

Efektyvus išteklių panaudojimas

Konteinerių orkestravimas optimizuoja išteklių panaudojimą, efektyviai paskirstydamas išteklius frontend aplikacijoms. Kubernetes gali planuoti konteinerius mašinų klasteryje, atsižvelgiant į išteklių prieinamumą ir poreikį. Tai užtikrina, kad ištekliai būtų naudojami efektyviai, sumažinant atliekas ir mažinant infrastruktūros išlaidas.

Docker ir Kubernetes: galingas derinys

Docker ir Kubernetes yra dvi pagrindinės technologijos, kuriomis grindžiamas frontend konteinerių orkestravimas. Išnagrinėkime kiekvieną iš jų išsamiau:

Docker: konteinerizacijos variklis

Docker yra platforma aplikacijų kūrimui, siuntimui ir vykdymui konteineriuose. Konteineris yra lengvas, savarankiškas vykdomasis paketas, kuriame yra viskas, ko reikia aplikacijai paleisti: kodas, vykdymo laikas, sistemos įrankiai, sistemos bibliotekos ir nustatymai.

Pagrindinės Docker sąvokos:

• Dockerfile: Tekstinis failas, kuriame yra instrukcijos, kaip sukurti Docker atvaizdą. Jame nurodomas bazinis atvaizdas, priklausomybės ir komandos, reikalingos aplikacijai paleisti.
• Docker atvaizdas: Tik skaitymui skirtas šablonas, kuriame yra aplikacija ir jos priklausomybės. Tai yra Docker konteinerių kūrimo pagrindas.
• Docker konteineris: Vykdoma Docker atvaizdo kopija. Tai izoliuota aplinka, kurioje aplikacija gali veikti netrukdydama kitoms aplikacijoms priimančiojoje sistemoje.

Dockerfile pavyzdys React aplikacijai:

# Use an official Node.js runtime as a parent image
FROM node:16-alpine

# Set the working directory in the container
WORKDIR /app

# Copy package.json and package-lock.json to the working directory
COPY package*.json ./

# Install application dependencies
RUN npm install

# Copy the application code to the working directory
COPY . .

# Build the application for production
RUN npm run build

# Serve the application using a static file server (e.g., serve)
RUN npm install -g serve

# Expose port 3000
EXPOSE 3000

# Start the application
CMD ["serve", "-s", "build", "-l", "3000"]

Šis Dockerfile apibrėžia veiksmus, reikalingus Docker atvaizdui React aplikacijai sukurti. Jis prasideda nuo Node.js bazinio atvaizdo, įdiegia priklausomybes, nukopijuoja aplikacijos kodą, sukuria aplikaciją gamybai ir paleidžia statinių failų serverį, kad aptarnautų aplikaciją.

Kubernetes: konteinerių orkestravimo platforma

Kubernetes (dažnai trumpinama kaip K8s) yra atvirojo kodo konteinerių orkestravimo platforma, kuri automatizuoja konteinerizuotų aplikacijų diegimą, mastelio keitimą ir valdymą. Ji suteikia sistemą mašinų klasteriui valdyti ir aplikacijoms diegti tame klasteryje.

Pagrindinės Kubernetes sąvokos:

• Pod: Mažiausias diegiamas vienetas Kubernetes. Jis atspindi vieną konteinerizuotos aplikacijos kopiją. Pod gali turėti vieną ar daugiau konteinerių, kurie dalijasi ištekliais ir tinklo vardų sritimi.
• Deployment: Kubernetes objektas, kuris valdo norimą pod rinkinio būseną. Jis užtikrina, kad nurodytas pod skaičius veikia ir automatiškai paleidžia iš naujo sugedusius pod.
• Service: Kubernetes objektas, kuris suteikia stabilų IP adresą ir DNS pavadinimą, skirtą pasiekti pod rinkinį. Jis veikia kaip apkrovos balansuotojas, paskirstydamas srautą tarp pod.
• Ingress: Kubernetes objektas, kuris atveria HTTP ir HTTPS maršrutus iš išorės klasterio į klasterio viduje esančias paslaugas. Jis veikia kaip atvirkštinis tarpinis serveris, maršrutizuojantis srautą pagal prieglobos vardus ar kelius.
• Namespace: Būdas logiškai izoliuoti išteklius Kubernetes klasteryje. Jis leidžia organizuoti ir valdyti aplikacijas skirtingose aplinkose (pvz., kūrimo, paruošimo, gamybos).

Kubernetes Deployment pavyzdys React aplikacijai:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: react-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: react-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: react-app
    spec:
      containers:
      - name: react-app
        image: your-docker-registry/react-app:latest
        ports:
        - containerPort: 3000

Šis deployment apibrėžia norimą trijų React aplikacijos kopijų būseną. Jis nurodo Docker atvaizdą, kurį reikia naudoti, ir prievadą, kurio klauso aplikacija. Kubernetes užtikrins, kad veiktų trys pod ir automatiškai paleis iš naujo visus sugedusius pod.

Kubernetes Service pavyzdys React aplikacijai:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: react-app-service
spec:
  selector:
    app: react-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 3000
  type: LoadBalancer

Šis service atveria React aplikaciją išoriniam pasauliui. Jis pasirenka pod su žyme `app: react-app` ir maršrutizuoja srautą į 3000 prievadą tuose pod. `type: LoadBalancer` konfigūracija sukuria debesies apkrovos balansuotoją, kuris paskirsto srautą tarp pod.

Frontend konteinerių orkestravimo nustatymas

Frontend konteinerių orkestravimo nustatymas apima keletą veiksmų:

1. Frontend aplikacijos Dockerizavimas: Sukurkite Dockerfile savo frontend aplikacijai ir sukurkite Docker atvaizdą.
2. Kubernetes klasterio nustatymas: Pasirinkite Kubernetes teikėją (pvz., Google Kubernetes Engine (GKE), Amazon Elastic Kubernetes Service (EKS), Azure Kubernetes Service (AKS) arba minikube vietiniam kūrimui) ir nustatykite Kubernetes klasterį.
3. Frontend aplikacijos diegimas į Kubernetes: Sukurkite Kubernetes deployment ir service objektus, kad įdiegtumėte frontend aplikaciją į klasterį.
4. Ingress konfigūravimas: Sukonfigūruokite ingress valdiklį, kad atvertumėte frontend aplikaciją išoriniam pasauliui.
5. CI/CD nustatymas: Integruokite konteinerių orkestravimą į savo CI/CD liniją, kad automatizuotumėte kūrimo, testavimo ir diegimo procesą.

Žingsnis po žingsnio pavyzdys: React aplikacijos diegimas į Google Kubernetes Engine (GKE)

Šis pavyzdys parodo, kaip įdiegti React aplikaciją į GKE.

1. React aplikacijos sukūrimas: Naudokite Create React App, kad sukurtumėte naują React aplikaciją.
2. React aplikacijos Dockerizavimas: Sukurkite Dockerfile React aplikacijai (kaip parodyta Docker skyriuje aukščiau) ir sukurkite Docker atvaizdą.
3. Docker atvaizdo įkėlimas į konteinerių registrą: Įkelkite Docker atvaizdą į konteinerių registrą, pvz., Docker Hub arba Google Container Registry.
4. GKE klasterio sukūrimas: Sukurkite GKE klasterį naudodami Google Cloud Console arba `gcloud` komandinės eilutės įrankį.
5. React aplikacijos diegimas į GKE: Sukurkite Kubernetes deployment ir service objektus, kad įdiegtumėte React aplikaciją į klasterį. Galite naudoti deployment ir service apibrėžimų pavyzdžius, pateiktus Kubernetes skyriuje aukščiau.
6. Ingress konfigūravimas: Sukonfigūruokite ingress valdiklį (pvz., Nginx Ingress Controller), kad atvertumėte React aplikaciją išoriniam pasauliui.

GKE diegimo komandos pavyzdys:

            
kubectl apply -f deployment.yaml
kubectl apply -f service.yaml

            

              
                Copy
              
            
          

GKE Ingress konfigūracijos pavyzdys:

            
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: react-app-ingress
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: nginx
spec:
  rules:
  - host: your-domain.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: react-app-service
            port:
              number: 80

            

              
                Copy
              
            
          

Geriausios Frontend konteinerių orkestravimo praktikos

Norėdami maksimaliai padidinti frontend konteinerių orkestravimo naudą, laikykitės šių geriausių praktikų:

• Naudokite mažus, orientuotus konteinerius: Laikykite savo konteinerius mažus ir orientuotus į vieną atsakomybę. Tai palengvina jų valdymą, diegimą ir mastelio keitimą.
• Naudokite nekeičiamą infrastruktūrą: Elkitės su savo konteineriais kaip su nekeičiamais. Venkite keisti veikiančius konteinerius. Vietoj to perkurkite ir iš naujo įdiekite konteinerio atvaizdą.
• Automatizuokite diegimo procesą: Automatizuokite kūrimo, testavimo ir diegimo procesą naudodami CI/CD linijas. Tai sumažina klaidų riziką ir užtikrina nuoseklią diegimo patirtį.
• Stebėkite savo aplikacijas: Stebėkite savo aplikacijas ir infrastruktūrą, kad nustatytumėte našumo trikdžius ir galimas problemas. Naudokite stebėjimo įrankius, tokius kaip Prometheus ir Grafana, kad rinktumėte ir vizualizuotumėte metrikas.
• Įdiekite registravimą: Įdiekite centralizuotą registravimą, kad rinktumėte ir analizuotumėte žurnalus iš savo konteinerių. Naudokite registravimo įrankius, tokius kaip Elasticsearch, Fluentd ir Kibana (EFK stack) arba Loki stack, kad apjungtumėte ir analizuotumėte žurnalus.
• Apsaugokite savo konteinerius: Apsaugokite savo konteinerius naudodami saugius bazinius atvaizdus, ieškodami pažeidžiamumų ir įgyvendindami tinklo strategijas.
• Naudokite išteklių apribojimus ir užklausas: Apibrėžkite išteklių apribojimus ir užklausas savo konteineriams, kad užtikrintumėte, jog jie turi pakankamai išteklių, kad veiktų efektyviai, ir kad jie nesunaudotų per daug išteklių.
• Apsvarstykite galimybę naudoti paslaugų tinklą: Sudėtingoms mikroservisų architektūroms apsvarstykite galimybę naudoti paslaugų tinklą, pvz., Istio arba Linkerd, kad valdytumėte paslaugų tarpusavio ryšį, saugumą ir stebėjimą.

Frontend konteinerių orkestravimas globaliame kontekste

Frontend konteinerių orkestravimas yra ypač vertingas globalioms aplikacijoms, kurias reikia įdiegti keliuose regionuose ir apdoroti įvairius vartotojų srauto modelius. Konteinerizuodami frontend aplikaciją ir įdiegdami ją į Kubernetes klasterį kiekviename regione, galite užtikrinti mažą delsą ir aukštą prieinamumą vartotojams visame pasaulyje.

Pavyzdys: Pasaulinė naujienų organizacija gali įdiegti savo frontend aplikaciją į Kubernetes klasterius Šiaurės Amerikoje, Europoje ir Azijoje. Tai užtikrina, kad vartotojai kiekviename regione galėtų pasiekti naujienų svetainę su maža delsa. Organizacija taip pat gali naudoti Kubernetes, kad automatiškai keistų frontend aplikacijos mastelį kiekviename regione, atsižvelgiant į vietinius srauto modelius. Svarbių naujienų įvykių metu organizacija gali greitai padidinti frontend aplikacijos mastelį, kad apdorotų padidėjusį srautą.

Be to, naudodami pasaulinį apkrovos balansuotoją (pvz., Google Cloud Load Balancing arba AWS Global Accelerator), galite paskirstyti srautą tarp Kubernetes klasterių skirtinguose regionuose, atsižvelgdami į vartotojo vietą. Tai užtikrina, kad vartotojai visada būtų nukreipiami į artimiausią klasterį, sumažinant delsą ir pagerinant vartotojo patirtį.

Frontend konteinerių orkestravimo ateitis

Frontend konteinerių orkestravimas sparčiai vystosi, nuolat atsirandant naujoms priemonėms ir technologijoms. Kai kurios pagrindinės tendencijos, kurios formuoja frontend konteinerių orkestravimo ateitį, apima:

• Serverless Frontend architektūros: Serverless frontend architektūrų, kuriose frontend aplikacija yra diegiama kaip serverless funkcijų rinkinys, augimas. Tai leidžia dar labiau padidinti mastelio keitimą ir ekonomiškumą.
• Edge Computing: Frontend aplikacijų diegimas į edge lokacijas arčiau vartotojų. Tai dar labiau sumažina delsą ir pagerina vartotojo patirtį.
• WebAssembly (WASM): WebAssembly naudojimas kuriant našesnes ir perkeliamas frontend aplikacijas.
• GitOps: Infrastruktūros ir aplikacijų konfigūracijų valdymas naudojant Git kaip vienintelį teisingos informacijos šaltinį. Tai supaprastina diegimo procesą ir pagerina bendradarbiavimą.

Išvada

Frontend konteinerių orkestravimas su Docker ir Kubernetes yra galingas būdas kurti ir diegti keičiamo dydžio, atsparias ir globaliai prieinamas žiniatinklio aplikacijas. Pritaikydamos konteinerizaciją ir orkestravimą, kūrimo komandos gali patobulinti savo kūrimo procesą, supaprastinti diegimo procesą, padidinti mastelio keitimą ir atsparumą bei optimizuoti išteklių panaudojimą. Frontend aplinkai toliau vystantis, konteinerių orkestravimas atliks vis svarbesnį vaidmenį užtikrinant, kad aplikacijos galėtų patenkinti pasaulinės auditorijos poreikius.

Šis vadovas pateikė išsamią frontend konteinerių orkestravimo apžvalgą, apimančią pagrindines sąvokas, privalumus, nustatymą ir geriausias praktikas. Vadovaudamiesi šiame vadove pateiktomis rekomendacijomis, galite pradėti naudoti konteinerių orkestravimą, kad kurtumėte ir diegtumėte pasaulinio lygio frontend aplikacijas.