Cos'è un cluster Kubernetes?

Un cluster Kubernetes è un gruppo di risorse di calcolo, ad esempio server o macchine virtuali, gestite dal sistema di orchestrazione dei contenitori Kubernetes. Kubernetes è una piattaforma di containerizzazione open-source che rende semplice e facile l'implementazione e la scalabilità dei contenitori di applicazioni. Fornisce un'API di facile utilizzo per la gestione dei container in diversi ambienti e infrastrutture. Un ambiente Kubernetes ben orchestrato richiede anche una protezione dei dati affidabile. Se stai già utilizzando Kubernetes o pensi di farlo nel prossimo futuro, le soluzioni di backup native di Veeam possono aiutarti a mantenere protetti i cluster e i carichi di lavoro critici.

Componenti di un cluster Kubernetes

Un cluster Kubernetes è costituito da due tipi di nodi: nodi master e nodi di lavoro. I nodi master sono i componenti del piano di controllo responsabili della gestione dello stato complessivo del cluster, ad esempio il mantenimento dello stato desiderato del cluster, la pianificazione e la distribuzione delle applicazioni e la gestione della rete del cluster. In un cluster Kubernetes ad alta disponibilità, possono esservi più nodi master per la fault tolerance.

I nodi di lavoro, d'altra parte, sono le risorse di calcolo in cui vengono eseguite le applicazioni containerizzate effettive. Ospitano pod, che contengono almeno un contenitore, e sono le unità più piccole che è possibile distribuire in Kubernetes. I nodi di lavoro comunicano con il nodo master per garantire che tutto venga eseguito come previsto.

Kubernetes include inoltre due tipi di componenti: Componenti del piano di controllo e componenti dei nodi. I componenti del piano di controllo sono i seguenti.

• Kube-apiserver: Il server API è il meccanismo di controllo principale del piano di controllo Kubernetes. Fornisce l'accesso all'API Kubernetes ed elabora le richieste e le operazioni per aggiornare lo stato del cluster.
• Kube-scheduler: questo componente è responsabile del posizionamento dei pod sui nodi in base a risorse richieste, qualità del servizio, requisiti e altri vincoli. Prende in considerazione la capacità del nodo, le regole di affinità/anti-affinità e altri fattori per prendere decisioni di pianificazione.
• Kube-controller-manager: Questo componente esegue i processi del controller, che gestiscono lo stato complessivo del cluster. Alcuni esempi di controller sono il Replication Controller, che garantisce l'esecuzione del numero di repliche desiderato per un'applicazione specifica, e il Service Controller, che gestisce il bilanciamento del carico per le applicazioni.
• ETCD: Si tratta di un archivio chiave-valore distribuito e coerente usato da Kubernetes per archiviare tutti i dati necessari per gestire il cluster, inclusi i dati di configurazione e lo stato generale del sistema.

I singoli nodi, d'altra parte, coinvolgono i componenti elencati di seguito.

• Kubelet: Questo agente viene eseguito su ogni nodo di lavoro, assicurando che i contenitori siano in esecuzione nei pod e segnalando lo stato del nodo e dei pod in esecuzione al piano di controllo. Comunica con il server API per garantire che venga mantenuto lo stato desiderato dell'applicazione.
• Kube-proxy: Questo componente è un proxy di rete che viene eseguito in ogni nodo di lavoro e consente l'astrazione del servizio mantenendo le regole di rete e garantendo che il traffico venga inoltrato correttamente ai pod appropriati.
• Runtime del contenitore: questo software è responsabile dell'esecuzione di contenitori, come Docker, containerd o CRI-O. Kubernetes supporta diversi runtime di contenitori attraverso la Container Runtime Interface.

Entrambe le categorie, combinate all'interno di un cluster, collaborano per fornire una piattaforma coerente e affidabile per l'implementazione e la gestione di applicazioni containerizzate. Più specificamente, i cluster Kubernetes forniscono l'astrazione e l'automazione necessarie per gestire le applicazioni containerizzate su larga scala, consentendo agli sviluppatori di concentrarsi sul codice e sui team operativi per gestire l'infrastruttura in modo più efficiente.

Come si lavora con un cluster Kubernetes?

Kubernetes è impostato, configurato e mantenuto quasi interamente con l'API di Kubernetes. Questa API espone le funzionalità del sistema e consente di gestire cluster e nodi in modo programmatico. Esistono diversi modi per lavorare con le API Kubernetes, tra cui:

• kubectl: Il modo principale per interagire con l'API Kubernetes consiste nell'usare lo strumento da riga di comando kubectl. Traduce i comandi in chiamate API e le invia al server API.
• Chiamate API RESTful: È possibile effettuare chiamate API RESTful direttamente al server API Kubernetes utilizzando strumenti come curl, wget o qualsiasi linguaggio di programmazione che supporti le richieste HTTP. Per autenticare e autorizzare le chiamate API, è necessario utilizzare le credenziali e i token appropriati.
• Librerie client: Kubernetes fornisce librerie client per vari linguaggi di programmazione, come Go, Python, Java e JavaScript. Queste librerie offrono un modo più pratico e idiomatico per interagire con l'API Kubernetes nella tua lingua preferita.

In Kubernetes, lo stato desiderato è una rappresentazione dichiarativa dello stato previsto delle risorse all'interno del cluster. Quando si aggiornano pod, implementazioni o dispositivi, lo stato viene definito tramite un file di configurazione YAML o JSON. Kubernetes cerca quindi di riconciliare lo stato effettivo delle risorse con quello specificato nel file di configurazione.

Lo stato desiderato include informazioni come l'immagine del contenitori, il numero di repliche per un'implementazione e le variabili d'ambiente per i pod. Include anche il tipo di bilanciamento del carico utilizzato per un servizio. I controller Kubernetes monitorano continuamente questi file per apportare modifiche in modo che corrispondano allo stato desiderato del contenitore.

Questo approccio dichiarativo offre diversi vantaggi, tra cui la capacità di Kuberenetes di auto-ripararsi quando un pod si blocca o un nodo diventa irraggiungibile. Kubernetes intraprende automaticamente azioni correttive per ripristinare lo stato desiderato. Inoltre, aiuta a mantenere le risorse del cluster in linea con i flussi di lavoro di controllo delle versioni, semplificando i rollback.

Come configurare un cluster Kubernetes

Anche se all'inizio può sembrare complicato, Kubernetes offre potenti astrazioni e un'API coerente che semplifica notevolmente la gestione delle applicazioni su larga scala. Detto questo, la configurazione di un cluster Kubernetes è unica dal punto di vista dell'infrastruttura, quindi è utile ottenere una panoramica del processo. Prima di immergersi, tuttavia, è utile comprendere i requisiti di implementazione.

Kubernetes può essere eseguito su diverse configurazioni hardware e VM. I requisiti esatti dipendono dalla scala e dalle risorse richieste dalle applicazioni. Tuttavia, per un cluster minimo, ogni nodo deve avere almeno 2 core CPU e 2 GB di RAM, una connessione di rete stabile e performante e uno spazio di archiviazione sufficiente sotto forma di archiviazione locale, un NAS o un'opzione di archiviazione basata su cloud, ad esempio Amazon EBS, Google Persistent Disk e Azure Disk.

Configurazione del cluster Kubernetes

I cluster Kubernetes possono essere implementati in quasi tutti gli ambienti, tra cui on-premises, nel cloud pubblico o utilizzando un servizio Kubernetes gestito, come Google Kubernetes Engine, Amazon Elastic Kubernetes Service o Azure Kubernetes Service. Seguire il percorso gestito semplifica il processo, sebbene la gestione autonoma di Kubernetes offra un maggiore controllo sull'infrastruttura.

L'installazione richiede l'installazione di kubectl, lo strumento da riga di comando che interagisce con l'API Kubernetes. Si connette via HTTP ed è installato da una macchina locale e configurato per connettersi a un cluster.

Definizione dei componenti dell'applicazione

Le applicazioni containerizzate in Kubernetes sono descritte usando file di configurazione YAML o JSON dichiarativi, che definiscono lo stato desiderato dei componenti dell'applicazione. I componenti principali includono:

• Pod: Le unità distribuibili più piccole che eseguono uno o più container
• Servizi: Definire come esporre l'applicazione alla rete o ad altre parti del cluster
• Implementazioni: Definire lo stato desiderato dell'applicazione e gestire gli aggiornamenti in sequenza
• ConfigMaps e segreti: Archiviare i dati di configurazione e le informazioni riservate separatamente dall'immagine del contenitore

Distribuire l'applicazione

I cluster vengono distribuiti usando kubectl per applicare i file di configurazione, che indica a Kubernetes di creare le risorse necessarie per ottenere lo stato desiderato dell'applicazione. Nel frattempo, la configurazione effettiva richiede un'importante messa a punto.

• Configurare il piano di controllo: configura i nodi master con i componenti necessari, tra cui kube-apiserver, etcd, kube-scheduler, kube-controller-manager. In una configurazione a disponibilità elevata, sono necessari più nodi master dietro un servizio di bilanciamento del carico.
• Configurare i nodi di lavoro: configura i nodi di lavoro con i componenti necessari, tra cui kubelet, kube-proxy e il runtime del contenitori. Potrebbe essere necessario configurare il runtime del contenitore, come Docker o containerd, in base alle proprie preferenze.
• Configurare la rete: Kubernetes supporta diverse soluzioni di rete, come Calico, Flannel o Weave. Scegli quello più adatto alle tue esigenze e segui la documentazione del provider per la configurazione.
• Configurazione dello storage: configura le classi di storage e le disposizioni in base alla soluzione di storage scelta. Ciò include la configurazione dei volumi locali, del Network-Attached Storage o dei servizi di storage basati sul cloud. È inoltre necessario implementare una soluzione di backup affidabile.
• Configurare il controllo dell'accesso basato sul ruolo: Definisci ruoli e autorizzazioni per consentire a utenti e applicazioni di accedere all'API e alle risorse di Kubernetes in modo sicuro.
• Configurare il monitoraggio e la registrazione: imposta strumenti di monitoraggio, come Prometheus e Grafana, per raccogliere metriche e log.
• Configurare la sicurezza: implementa le best practice di sicurezza, come la protezione del server API di Kubernetes, la crittografia dei segreti e l'attivazione di politiche di rete per isolare gli spazi dei nomi.

Tieni presente che questi sono passaggi di alto livello per l'implementazione e la configurazione di un cluster Kubernetes. L'esatto processo varia a seconda dell'opzione di implementazione scelta, dell'infrastruttura e dei requisiti specifici.

Sebbene Kubernetes abbia una curva di apprendimento, le sue potenti astrazioni e strumenti semplificano la gestione delle applicazioni containerizzate su larga scala. Con la pratica e l'esperienza, scoprirai che lavorare con Kubernetes diventa più intuitivo nel tempo. Inoltre, sono disponibili numerose risorse online per aiutarti a imparare e padroneggiare questa potente tecnologia di containerizzazione.

Gestione dei cluster Kubernetes

Per il monitoraggio, Kubernetes fornisce strumenti integrati che consentono di mantenere l'integrità e le prestazioni del cluster. Nel frattempo, ci sono anche strumenti e piattaforme esterni e di terze parti che forniscono monitoraggio, registrazione e avvisi avanzati.

Kubernetes consente di scalare facilmente le applicazioni in base alla domanda, manualmente o automaticamente, utilizzando Horizontal Pods Autoscaler, noto anche come HPA. È possibile garantire la longevità delle prestazioni dell'applicazione mantenendola sicura e aggiornata. È possibile eseguire aggiornamenti continui dell'applicazione senza interruzioni aggiornando la configurazione di implementazione.

Come iniziare con Veeam

Intraprendere il tuo viaggio in Kubernetes può sembrare scoraggiante, ma con l'approccio e le risorse giusti puoi diventare rapidamente esperto. Inizia esplorando soluzioni e best practice comuni all'interno dell'ecosistema Kubernetes. Considera le esigenze specifiche della tua organizzazione e come Kubernetes, insieme alla soluzione di backup nativa di Veeam, può aiutarti a soddisfarle.

Quando si è pronti per iniziare, è possibile dare un'occhiata a Veeam Kasten di Veeam, una soluzione di backup nativo di nuova generazione progettata appositamente per Kubernetes. Registrati gratuitamente per ottenere la versione della community e inizia oggi stesso a creare una strategia di backup. Ricorda, un ambiente Kubernetes ben orchestrato è incompleto senza una protezione affidabile dei dati. Rendi Veeam il tuo compagno fidato nella tua avventura di containerizzazione con Kubernetes.