بررسی تخصصی معماری، مؤلفه‌ها و مزایای استراتژیک کوبرنتیس

با رشد سریع فناوری‌های مبتنی بر کانتینر، نیاز به ابزارهای مدیریت خودکار و مقیاس‌پذیر به شدت افزایش یافته است. کوبرنتیس، به عنوان یک Container Orchestration Platform متن‌باز، نقش کلیدی در تسهیل پیاده‌سازی و مدیریت کانتینرها ایفا می‌کند. در این مقاله، به بررسی تخصصی معماری کوبرنتیس، مؤلفه‌های اصلی آن، و مزایای استراتژیک کوبرنتیس و استفاده از این پلتفرم می‌پردازیم.

مفهوم کلی کوبرنتیس

کوبرنتیس یک سیستم متن‌باز برای اورکستراسیون کانتینرها است که فرآیندهای استقرار، مدیریت، مقیاس‌بندی و شبکه‌سازی کانتینرها را خودکار می‌کند. این پلتفرم به تیم‌های DevOps و توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که محیط‌های پیچیده چندکانتینری را در مقیاس وسیع مدیریت کنند.

کوبرنتیس فراتر از مدیریت ساده‌ی کانتینرهاست؛ این ابزار، با پیاده‌سازی مفاهیمی مانند Self-Healing ,Load Balancing ,Service Discovery و Declarative Configuration، عملیات DevOps را متحول ساخته است.

معماری کوبرنتیس

معماری کوبرنتیس به صورت Master/Worker طراحی شده است و شامل مجموعه‌ای از مؤلفه‌های مستقل اما هماهنگ می‌شود.

۱. گره  Master

گره Master نقطه کنترل مرکزی خوشه است که وظیفه تصمیم‌گیری درباره زمان و مکان اجرای کانتینرها، مدیریت وضعیت خوشه و هماهنگی بین گره‌های Worker را بر عهده دارد.

مؤلفه‌های اصلی گره Master عبارتند از:

• API Server
  رابط اصلی بین کاربران، سایر مؤلفه‌های کوبرنتیس و گره‌های Worker این سرور تمام دستورها را پردازش و نتایج را بازمی‌گرداند.
• Controller Manager
  کنترل‌کننده‌های مختلف برای مدیریت منابع مانند Replication Controllers ،Endpoints و Namespaceها را هماهنگ می‌کند.
• Scheduler
  تصمیم می‌گیرد که کدام Pod بر روی کدام گره Worker بر اساس منابع در دسترس و محدودیت‌های تعریف شده مستقر شود.
• etcd
  یک پایگاه داده کلید-مقدار بسیار سریع و سبک که وضعیت پیکربندی کل خوشه را ذخیره می‌کند.

شرح کامل Kubernetes

ویدیوهای بیشتر درباره کوبرنتیس

۲. گره‌های Worker

گره‌های Worker مسئول اجرای کانتینرهای واقعی Podها هستند. مؤلفه‌های اصلی گره Worker شامل موارد زیر می‌شود:

• Kubelet
  عامل agent که روی هر گره اجرا شده و مسئول ارتباط با گره Master و مدیریت چرخه حیات Podها است.
• Kube-proxy
  مدیریت شبکه، بارگذاری متعادل Load Balancing داخلی و اطمینان از اتصال بین سرویس‌های مختلف.
• Container Runtime
  نرم‌افزاری که مسئول اجرای کانتینرها است. کوبرنتیس از Runtimeهای مختلف مانندDocker،containerd و CRI-O  پشتیبانی می‌کند.

بیشتر بخوانید: کوبرنتیز به زبان ساده، چرا باید از آن استفاده کنیم؟ – قسمت اول

مفاهیم کلیدی در کوبرنتیس

• Pod : کوچکترین واحد اجرایی در کوبرنتیس که می‌تواند شامل یک یا چند کانتینر باشد.
• Service: یک لایه انتزاعی که مجموعه‌ای از Podها را برای دسترسی داخلی یا خارجی اکسپوز می‌کند.
• Deployment: ابزاری برای مدیریت نسخه‌بندی و استقرار مداوم Podها.
• Namespace: راهی برای تقسیم منابع خوشه به فضاهای کاری مستقل.
• ConfigMap وSecret : مکانیزم‌هایی برای مدیریت پیکربندی برنامه‌ها و اطلاعات حساس بدون نیاز به تغییر تصویر کانتینر.

ویژگی‌های برجسته کوبرنتیس

خودترمیمی یا Self-Healing

کوبرنتیس به طور خودکار Podهایی که خراب شده‌اند را مجدداً استارت می‌زند، در صورت نیاز آن‌ها را جایگزین می‌کند و فقط ترافیک را به Podهای سالم هدایت می‌کند.

مقیاس‌پذیری خودکار یا  Auto-Scaling

امکان مقیاس‌پذیری خودکار مبتنی بر منابع مصرفی یا متریک‌های سفارشی مانند تعداد درخواست‌ها یا میزان بار سرور، از طریق Horizontal Pod Autoscaler یا HPA و Cluster Autoscaler وجود دارد.

استقرار مستمر یا Continuous Deployment

استفاده از استراتژی‌هایی نظیر Rolling Updates و Canary Deployments به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تغییرات را بدون Downtime به محیط عملیاتی منتقل کنند.

امنیت یکپارچه

کوبرنتیس مفاهیم پیشرفته‌ای مانند Role-Based Access Control یا RBAC، Network Policies ،Secrets Management و Audit Logging را برای افزایش امنیت محیط‌های اجرایی ارائه می‌دهد.

مزایای استراتژیک کوبرنتیس

• مقیاس‌پذیری افقی و عمودی سرویس‌ها
• مدیریت مؤثر منابع سخت‌افزاری
• پشتیبانی از چندین پلتفرم ابری  Hybrid/Multi-Cloud
• کاهش هزینه‌های عملیاتی
• افزایش زمان در دسترس بودن سرویس‌ها High Availability 
• پشتیبانی گسترده از افزونه‌ها و ابزارهای جانبی  Ecosystem Richness

چالش‌های استفاده از کوبرنتیس

اگرچه مزایای استراتژیک کوبرنتیس بسیار زیاد ، اما راه‌اندازی، مدیریت و بهینه‌سازی یک خوشه کوبرنتیس نیازمند دانش تخصصی عمیقی در زمینه شبکه، امنیت، ذخیره‌سازی و مفاهیم Cloud-Native است. همچنین پیچیدگی‌های ذاتی کوبرنتیس می‌تواند منجر به افزایش هزینه‌های عملیاتی و بار مدیریتی شود، به ویژه برای تیم‌هایی که تجربه کافی ندارند.

بیشتر بخوانید: بررسی بهترین ابزارهای کوبرنتیز برای افزایشِ بهره‌وری سازمان

کوبرنتیس با فراهم کردن یک چارچوب استاندارد برای مدیریت کانتینرها، نقش کلیدی در تحول دیجیتال سازمان‌ها ایفا کرده است. این پلتفرم نه تنها توسعه و عملیات نرم‌افزار را ساده‌تر می‌کند بلکه مقیاس‌پذیری، دسترس‌پذیری و امنیت سیستم‌های توزیع‌شده را به سطح جدیدی می‌رساند. با این حال، بهره‌برداری صحیح از قدرت کوبرنتیس مستلزم درک عمیق مفاهیم و معماری آن است.در دنیایی که تحرک، مقیاس و انعطاف‌پذیری عامل موفقیت هستند، تسلط بر کوبرنتیس دیگر یک انتخاب نیست؛ بلکه یک ضرورت است.

راه‌اندازی کوبرنتیس: مراحل گام‌به‌گام برای ساخت یک کلاستر

قبل از شروع نصب کوبرنتیس، این پیش‌نیازها باید رعایت شوند:

• حداقل ۲ ماشین (فیزیکی یا مجازی):
  • یک  Master Node
  • یک یا چند  Worker Node
• سیستم‌عامل: ترجیحاً Ubuntu 20.04 یا  CentOS 7/8 
• دسترسی root یا sudo
• حداقل ۲ گیگابایت RAM برای هر ماشین
• دسترسی به اینترنت برای دانلود بسته‌ها
• نصب شده بودن Docker یا  containerd

مراحل نصب به صورت گام‌به‌گام

گام ۱: تنظیم سیستم‌عامل روی همه گره‌ها

1. غیرفعال‌کردن swap اجباری

sudo swapoff -a
sudo sed -i ‘/ swap / s/^/#/’ /etc/fstab

تنظیم Hostname برای هر ماشین:

2. گره  Master

sudo hostnamectl set-hostname master-node

2. گره Worker

sudo hostnamectl set-hostname worker-node

تنظیم فایروال، در صورت نیاز

پورت‌های لازم : 6443, 2379–2380, 10250, 10251, 10252, 10255

گام ۲: نصب Docker یا containerd مثلا  Docker  

sudo apt update
sudo apt install -y docker.io
sudo systemctl enable docker
sudo systemctl start docker

گام ۳: نصب  Kubernetes kubeadm, kubelet, kubectl 

در همه گره‌ها:

sudo apt update && sudo apt install -y apt-transport-https curl

curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add –

echo “deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main” | \
sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list

sudo apt update
sudo apt install -y kubelet kubeadm kubectl
sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl

گام ۴: راه‌اندازی کلاستر در گره  Master

روی گره Master اجرا کنید:

sudo kubeadm init –pod-network-cidr=10.244.0.0/16

بعد از پایان موفق، خروجی‌ای شبیه زیر دریافت خواهید کرد:

این دستور را  برای پیوستن Workerها نگه‌دارید.

تنظیم دسترسی kubectl در  Master

mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

گام ۵: نصب شبکه پادها یا CNI

مثلاً  Flannel

kubectl apply https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml ا

گام ۶: پیوستن Worker Nodeها

روی هر Worker:

sudo kubeadm join 192.168.x.x:6443 –token abcdef.0123456789abcdef \
–discovery-token-ca-cert-hash sha256:xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

گام ۷: تست نهایی

در Master اجرا کنید

kubectl get nodes

توجه داشته باشید باید همه گره‌ها در وضعیت Ready باشند.

 

مقاله های مرتبط: