Kubernetes izstrādātājiem: visaptverošs ceļvedis

Kubernetes, bieži saīsināts kā K8s, ir kļuvis par de facto standartu konteineru orķestrēšanā. Šis ceļvedis sniedz visaptverošu pārskatu par Kubernetes, kas īpaši pielāgots izstrādātājiem neatkarīgi no viņu ģeogrāfiskās atrašanās vietas vai pieredzes. Mēs izpētīsim Kubernetes pamatjēdzienus, priekšrocības un praktisko pielietojumu izstrādes dzīves ciklā.

Kas ir Kubernetes?

Būtībā Kubernetes ir platforma konteinerizētu lietojumprogrammu ieviešanas, mērogošanas un pārvaldības automatizēšanai. Iedomājieties to kā operētājsistēmu jūsu datu centram vai mākoņa videi. Tā abstrahē pamatā esošo infrastruktūru, ļaujot izstrādātājiem koncentrēties uz lietojumprogrammu veidošanu un ieviešanu, neuztraucoties par infrastruktūras pārvaldības sarežģītību. Kubernetes veic tādus uzdevumus kā pakalpojumu atklāšana, slodzes līdzsvarošana, pakāpeniska ieviešana (rolling deployments) un pašatjaunošanās, tādējādi atvieglojot sarežģītu, sadalītu lietojumprogrammu izveidi un pārvaldību. To izmanto visā pasaulē, no jaunuzņēmumiem Silīcija ielejā līdz lieliem uzņēmumiem Eiropā un Āzijā, un tas ir saderīgs ar dažādiem mākoņpakalpojumu sniedzējiem, piemēram, AWS, Google Cloud un Azure.

Kāpēc izstrādātājiem būtu jārūpējas par Kubernetes

Lai gan Kubernetes var šķist operāciju jautājums, tas būtiski ietekmē izstrādātājus vairākos veidos:

• Ātrāki ieviešanas cikli: Automatizējiet ieviešanu un atjauninājumus, samazinot laiku no koda iesniegšanas (commit) līdz nonākšanai produkcijā. Tas ir būtiski agile izstrādes metodoloģijām, ko izmanto visā pasaulē.
• Uzlabota mērogojamība un noturība: Viegli mērogojiet lietojumprogrammas, lai apstrādātu palielinātu trafiku vai kļūmes, nodrošinot augstu pieejamību un labāku lietotāja pieredzi. Tas ir īpaši svarīgi lietojumprogrammām, kas apkalpo globālu lietotāju bāzi ar mainīgiem noslodzes maksimuma laikiem.
• Vienkāršota izstrādes darbplūsma: Racionalizējiet izstrādes procesu ar rīkiem un metodēm, kas atvieglo konteinerizētu lietojumprogrammu veidošanu, testēšanu un ieviešanu.
• Konzistentas vides: Nodrošiniet konsekventas vides starp izstrādi, testēšanu un produkciju, samazinot problēmu "uz manas mašīnas viss strādā". Tas novērš vides neatbilstības, kas var radīt neērtības izstrādes komandām, kas atrodas dažādās vietās.
• Mikropakalpojumu arhitektūra: Kubernetes ir ideāli piemērots mikropakalpojumu arhitektūrām, ļaujot izstrādātājiem veidot un ieviest neatkarīgus, mērogojamus un uzturamus pakalpojumus. Mikropakalpojumi tiek plaši pielietoti sarežģītu lietojumprogrammu izveidei dažādās nozarēs, no e-komercijas līdz finansēm.

Kubernetes pamatjēdzieni

Lai strādātu ar Kubernetes, ir būtiski izprast šādus pamatjēdzienus:

Podi (Pods)

Pods ir mazākā ieviešamā vienība Kubernetes. Tas attēlo vienu darbojošos procesa instanci un var saturēt vienu vai vairākus konteinerus, kas koplieto resursus, piemēram, tīklu un krātuvi. Piemēram, Pods var saturēt konteineru ar jūsu lietojumprogrammas kodu un citu konteineru, kas darbina reģistrēšanas aģentu (logging agent).

Ieviešanas (Deployments)

Ieviešana (Deployment) pārvalda jūsu lietojumprogrammas vēlamo stāvokli. Tā nodrošina, ka vienmēr darbojas noteikts Podu repliku skaits. Ja kāds Pods neizdodas, ieviešana to automātiski aizstāj. Ieviešanas arī atvieglo pakāpeniskus atjauninājumus (rolling updates), ļaujot jums atjaunināt lietojumprogrammu bez dīkstāves. Ieviešanas ir modernu ieviešanas stratēģiju stūrakmens visā pasaulē.

Pakalpojumi (Services)

Pakalpojums (Service) nodrošina stabilu IP adresi un DNS nosaukumu, lai piekļūtu Podiem. Tas darbojas kā slodzes līdzsvarotājs, sadalot trafiku starp vairākiem Podiem. Pakalpojumi nodrošina pakalpojumu atklāšanu un garantē, ka lietojumprogrammas var sazināties viena ar otru pat tad, kad Podi tiek izveidoti un iznīcināti. Pakalpojumus var pielīdzināt adrešu grāmatām jūsu lietojumprogrammas arhitektūrā.

Nosaukumvietas (Namespaces)

Nosaukumvietas (Namespaces) nodrošina veidu, kā loģiski izolēt resursus Kubernetes klasterī. Jūs varat izmantot nosaukumvietas, lai atdalītu dažādas vides (piem., izstrāde, testēšana, produkcija) vai komandas. Tas palīdz uzlabot organizāciju un drošību klasterī. Uztveriet nosaukumvietas kā virtuālus klasterus lielākā fiziskā klasterī.

ConfigMaps un Secrets

ConfigMaps glabā konfigurācijas datus atslēgu-vērtību pāros, ļaujot jums eksternalizēt konfigurāciju no jūsu lietojumprogrammas koda. Secrets droši glabā sensitīvu informāciju, piemēram, paroles un API atslēgas. Tie ir kritiski svarīgi, lai uzturētu lietojumprogrammu drošību un pārnesamību dažādās vidēs un ievērotu labāko praksi dažādās regulatīvajās ainavās visā pasaulē.

Kubernetes izstrādes darbplūsma

Šeit ir tipiska Kubernetes izstrādes darbplūsma:

1. Rakstiet kodu: Izstrādājiet savu lietojumprogrammas kodu, izmantojot vēlamo programmēšanas valodu un ietvarus.
2. Konteinerizējiet: Iepakojiet savu lietojumprogrammu un tās atkarības Docker konteinerī.
3. Definējiet Kubernetes resursus: Izveidojiet YAML failus, kas definē Kubernetes resursus, kas nepieciešami jūsu lietojumprogrammas ieviešanai (piem., Deployments, Services, ConfigMaps).
4. Ieviesiet Kubernetes: Izmantojiet `kubectl` komandrindas rīku, lai ieviestu savu lietojumprogrammu Kubernetes klasterī.
5. Testējiet un atkļūdojiet: Testējiet savu lietojumprogrammu Kubernetes vidē un izmantojiet reģistrēšanas un uzraudzības rīkus, lai identificētu un atrisinātu visas problēmas.
6. Iterējiet: Veiciet izmaiņas savā kodā vai konfigurācijā, atkārtoti izveidojiet konteinera attēlu un no jauna ieviesiet Kubernetes.

Praktiski piemēri

Apskatīsim dažus praktiskus piemērus, kā izstrādātāji var izmantot Kubernetes:

1. piemērs: Vienkāršas tīmekļa lietojumprogrammas ieviešana

Pieņemsim, ka jums ir vienkārša tīmekļa lietojumprogramma, kas rakstīta Python, izmantojot Flask ietvaru. Lai to ieviestu Kubernetes, jums būtu:

1. Jāizveido Dockerfile, lai iepakotu jūsu lietojumprogrammu konteinera attēlā.
2. Jāizveido Deployment YAML fails, lai definētu jūsu lietojumprogrammas vēlamo stāvokli.
3. Jāizveido Service YAML fails, lai padarītu jūsu lietojumprogrammu pieejamu ārpasaulei.
4. Jāizmanto `kubectl apply -f deployment.yaml` un `kubectl apply -f service.yaml`, lai ieviestu jūsu lietojumprogrammu.

2. piemērs: Konfigurācijas pārvaldība ar ConfigMaps

Pieņemsim, ka jūsu lietojumprogrammai ir jālasa konfigurācijas fails. Jūs varat izmantot ConfigMap, lai glabātu konfigurācijas datus un montētu to kā sējumu (volume) savā Podā. Tas ļauj atjaunināt konfigurāciju, nepārbūvējot konteinera attēlu. Tas ir noderīgi, lai pielāgotos dažādiem reģionālajiem iestatījumiem vai lietotāju preferencēm, nemainot kodu. Piemēram, ConfigMap varētu glabāt lokalizācijas iestatījumus tīmekļa lietojumprogrammai, kas apkalpo lietotājus dažādās valstīs.

3. piemērs: Pakāpenisku atjauninājumu ieviešana

Kad jums ir nepieciešams atjaunināt savu lietojumprogrammu, varat izmantot Deployment, lai veiktu pakāpenisku atjaunināšanu (rolling update). Kubernetes pakāpeniski aizstās vecos Podus ar jauniem, nodrošinot, ka jūsu lietojumprogramma paliek pieejama visa atjaunināšanas procesa laikā. Tas minimizē traucējumus un garantē vienmērīgu lietotāja pieredzi visā pasaulē.

Rīki un tehnoloģijas Kubernetes izstrādei

Dažādi rīki un tehnoloģijas var palīdzēt izstrādātājiem efektīvāk strādāt ar Kubernetes:

• kubectl: Kubernetes komandrindas rīks mijiedarbībai ar klasteri.
• Minikube: Rīks viena mezgla Kubernetes klastera darbināšanai lokāli izstrādei un testēšanai.
• Kind (Kubernetes in Docker): Vēl viens rīks lokālu Kubernetes klasteru darbināšanai, izmantojot Docker.
• Helm: Kubernetes pakotņu pārvaldnieks, kas atvieglo sarežģītu lietojumprogrammu ieviešanu un pārvaldību.
• Skaffold: Rīks izstrādes darbplūsmas racionalizēšanai Kubernetes lietojumprogrammām.
• Telepresence: Ļauj izstrādāt un atkļūdot mikropakalpojumus lokāli, vienlaikus esot savienotam ar attālu Kubernetes klasteri.
• Kubernetes IDE spraudņi: Spraudņi populārām IDE, piemēram, VS Code un IntelliJ IDEA, nodrošina tādas funkcijas kā sintakses izcelšana, koda pabeigšana un atkļūdošanas atbalsts Kubernetes YAML failiem.

Labākā prakse Kubernetes izstrādē

Ievērojiet šo labāko praksi, lai nodrošinātu veiksmīgu Kubernetes izstrādi:

• Izmantojiet konteineru attēlus: Vienmēr iepakojiet savas lietojumprogrammas konteineru attēlos, lai nodrošinātu konsekvenci un pārnesamību.
• Definējiet resursu pieprasījumus un limitus: Norādiet resursu pieprasījumus un limitus saviem Podiem, lai nodrošinātu, ka tiem ir pietiekami daudz resursu, un lai novērstu resursu konkurenci.
• Izmantojiet veselības pārbaudes: Ieviesiet veselības pārbaudes (liveness un readiness probes), lai ļautu Kubernetes automātiski restartēt neveselīgus Podus.
• Eksternalizējiet konfigurāciju: Izmantojiet ConfigMaps un Secrets, lai eksternalizētu konfigurācijas datus un sensitīvu informāciju no jūsu lietojumprogrammas koda.
• Ieviesiet reģistrēšanu un uzraudzību: Iestatiet reģistrēšanu un uzraudzību, lai sekotu līdzi savu lietojumprogrammu veiktspējai un veselībai. Populāras izvēles ir tādi rīki kā Prometheus un Grafana.
• Ievērojiet drošības labāko praksi: Nodrošiniet savu Kubernetes klasteri, ieviešot pienācīgu autentifikāciju, autorizāciju un tīkla politikas. Apsveriet tādus rīkus kā Falco izpildlaika drošības uzraudzībai.
• Automatizējiet ieviešanu: Izmantojiet CI/CD konveijerus, lai automatizētu ieviešanas procesu un nodrošinātu, ka izmaiņas tiek ieviestas konsekventi un uzticami. Populāri CI/CD rīki ir Jenkins, GitLab CI un CircleCI.
• Versiju kontrolē turiet savu YAML: Saglabājiet savus Kubernetes YAML failus versiju kontrolē, lai sekotu izmaiņām un sadarbotos ar citiem izstrādātājiem.

Biežākās Kubernetes problēmas un risinājumi

Lai gan Kubernetes piedāvā daudzas priekšrocības, tas rada arī dažas problēmas. Šeit ir dažas biežākās problēmas un to risinājumi:

• Sarežģītība: Kubernetes var būt sarežģīti apgūt un pārvaldīt. Risinājums: Sāciet ar pamatiem, izmantojiet pārvaldītus Kubernetes pakalpojumus (piem., AWS EKS, Google Kubernetes Engine, Azure Kubernetes Service) un izmantojiet rīkus un ietvarus, kas vienkāršo Kubernetes izstrādi.
• Atkļūdošana: Lietojumprogrammu atkļūdošana Kubernetes var būt izaicinājums. Risinājums: Izmantojiet reģistrēšanas un uzraudzības rīkus, izmantojiet atkļūdošanas rīkus, piemēram, Telepresence, un saprotiet, kā izmantot `kubectl`, lai pārbaudītu Podus un pakalpojumus.
• Drošība: Kubernetes klastera nodrošināšana prasa rūpīgu plānošanu un ieviešanu. Risinājums: Ievērojiet drošības labāko praksi, izmantojiet tīkla politikas, lai izolētu pakalpojumus, un ieviesiet pienācīgus autentifikācijas un autorizācijas mehānismus.
• Resursu pārvaldība: Efektīva resursu pārvaldība Kubernetes var būt sarežģīta. Risinājums: Definējiet resursu pieprasījumus un limitus saviem Podiem, izmantojiet horizontālo podu automātisko mērogošanu, lai dinamiski mērogotu savas lietojumprogrammas atkarībā no trafika, un uzraugiet resursu izmantošanu, lai identificētu potenciālos vājos punktus.

Kubernetes dažādās nozarēs

Kubernetes tiek ieviests dažādās nozarēs:

• E-komercija: Interneta veikalu mērogošana, lai apstrādātu maksimālo trafiku izpārdošanu laikā, nodrošinot augstu pieejamību un ātru jaunu funkciju ieviešanu. Piemēri ietver uzņēmumus, kuriem jāmērogojas, lai apmierinātu Melnās piektdienas vai Vientuļnieku dienas pieprasījumu.
• Finanses: Drošu un mērogojamu finanšu lietojumprogrammu veidošana un ieviešana, darījumu apstrāde un risku pārvaldība. Tas ietver augstfrekvences tirdzniecības platformas, kurām nepieciešama zema latentitāte.
• Veselības aprūpe: Pacientu datu pārvaldība, medicīnisko simulāciju veikšana un telemedicīnas lietojumprogrammu izstrāde. Sarežģītību palielina atbilstība tādiem noteikumiem kā HIPAA.
• Mediji un izklaide: Video un audio satura straumēšana, personalizētas pieredzes nodrošināšana un lielu mediju bibliotēku pārvaldība.
• Ražošana: Ražošanas procesu optimizēšana, piegādes ķēžu pārvaldība un prognozējošās apkopes ieviešana.

Kubernetes nākotne izstrādātājiem

Kubernetes ekosistēma pastāvīgi attīstās, visu laiku parādoties jauniem rīkiem un tehnoloģijām. Dažas galvenās tendences, kurām sekot līdzi, ir:

• Bezservera Kubernetes (Serverless Kubernetes): Tādas tehnoloģijas kā Knative un OpenFaaS atvieglo bezservera lietojumprogrammu veidošanu un ieviešanu uz Kubernetes.
• Pakalpojumu tīkls (Service Mesh): Pakalpojumu tīkli, piemēram, Istio un Linkerd, nodrošina uzlabotas trafika pārvaldības, drošības un novērojamības funkcijas mikropakalpojumu lietojumprogrammām.
• Malu skaitļošana (Edge Computing): Kubernetes tiek izmantots, lai ieviestu lietojumprogrammas tīkla malā, tuvāk lietotājiem un ierīcēm.
• AI/ML darba slodzes: Kubernetes kļūst par populāru platformu AI/ML darba slodžu darbināšanai, nodrošinot mērogojamību un resursus, kas nepieciešami mašīnmācīšanās modeļu apmācībai un ieviešanai.

Noslēgums

Kubernetes ir spēcīgs rīks, kas var būtiski uzlabot lietojumprogrammu izstrādi un ieviešanu. Izprotot pamatjēdzienus, ievērojot labāko praksi un izmantojot pieejamos rīkus un tehnoloģijas, izstrādātāji var izmantot pilnu Kubernetes potenciālu un veidot mērogojamas, noturīgas un uzturamas lietojumprogrammas globālai auditorijai. Kubernetes apguve dod izstrādātājiem iespēju koncentrēties uz inovācijām un efektīvāk piegādāt vērtību saviem lietotājiem. Nebaidieties no tā sarežģītības – sāciet ar mazumiņu, eksperimentējiet un pakāpeniski iekļaujiet Kubernetes savā izstrādes darbplūsmā.