Gerenciamento e orquestração de cluster do Kubernetes

linhas gerais

Capítulo 1: Introdução ao Kubernetes

Introdução: Neste capítulo, apresentaremos o Kubernetes, uma poderosa e popular plataforma de gerenciamento e orquestração de contêineres. Exploraremos o que é o Kubernetes, o que ele faz e por que é o padrão de fato para a orquestração e gerenciamento de contêineres modernos. Por meio deste capítulo, você obterá uma compreensão abrangente do histórico e das vantagens do Kubernetes.

Contorno:

1. O que é orquestração e gerenciamento de contêineres?
   • Explica os conceitos de orquestração e gerenciamento de contêineres e por que eles são tão importantes na implantação de aplicativos modernos.
   • Kubernetes educado como uma solução popular de gerenciamento e orquestração de contêineres.
2. Histórico e desenvolvimento do Kubernetes:
   • Revise a origem e o desenvolvimento do Kubernetes.
   • Apresente os objetivos e motivações do projeto Kubernetes.
3. O papel e as vantagens do Kubernetes:
   • Explique a função e as vantagens do Kubernetes na implantação e gerenciamento de aplicativos.
   • Enfatize os recursos de escalabilidade, resiliência e autocorreção do Kubernetes.
4. Recursos e princípios básicos do Kubernetes:
   • Apresente os recursos do Kubernetes, como orquestração de contêiner, implantação automatizada, descoberta de serviço e balanceamento de carga.
   • Enfatiza os princípios básicos do Kubernetes, como configuração declarativa, autocorreção e independência de plataforma.
5. O ecossistema do Kubernetes:
   • Obtenha uma visão geral dos componentes do ecossistema Kubernetes, como vários plug-ins, ferramentas e integrações de terceiros.
   • Enfatize a abertura e a escalabilidade do Kubernetes para se adaptar a diferentes requisitos de aplicativos.

Conclusão: neste capítulo, apresentamos a definição, a função e as vantagens do Kubernetes. Agora você deve ter uma compreensão básica do Kubernetes e por que ele é o padrão de fato para a orquestração e gerenciamento de contêineres modernos. Nos capítulos seguintes, vamos nos aprofundar na arquitetura, no gerenciamento de cluster e nas melhores práticas do Kubernetes para ajudá-lo a entender e aplicar melhor essa poderosa ferramenta.

Capítulo 2: Arquitetura do Kubernetes

Contorno:

1. Visão geral do plano de controle e do plano de dados
   • Explique os conceitos de plano de controle e plano de dados na arquitetura do Kubernetes.
   • Enfatize sua função e como eles interagem em um cluster Kubernetes.
2. Componentes principais do Kubernetes
   • Apresenta os principais componentes do Kubernetes, como API Server, Scheduler, Controller Manager e etcd.
   • Explique a função e as responsabilidades de cada componente.
3. componente do nó
   • Descreve os componentes em um nó do Kubernetes, como Kubelet, kube-proxy e tempo de execução do contêiner.
   • Explique seu papel e função no nó.
4. Controlador e Agendador
   • Explique o papel dos controladores e agendadores no Kubernetes.
   • Enfatize como eles permitem a orquestração e o gerenciamento automatizados de contêineres.
5. modelo de rede
   • Apresenta modelos de rede e plug-ins do Kubernetes, como rede de pods e rede de clusters.
   • Explique como eles permitem políticas de comunicação e rede entre contêineres.
6. Escalabilidade e Extensibilidade
   • Discute escalabilidade e extensibilidade no Kubernetes, incluindo dimensionamento horizontal e dimensionamento automático de cluster.
   • Explica como dimensionar um cluster Kubernetes adicionando mais nós e ajustando cotas de recursos.

Capítulo 3: Criação e implantação de cluster

Contorno:

1. requisitos de infraestrutura
   • Descreve os requisitos de infraestrutura, como hardware, sistema operacional e configuração de rede, necessários para criar um cluster Kubernetes.
2. Implantação de nós
   • Explica como implantar os nós de um cluster Kubernetes, incluindo os nós principais e de trabalho.
   • Enfatiza a função e a configuração dos nós.
3. Seleção de tempo de execução do contêiner
   • Descreve diferentes opções de tempo de execução do contêiner, como Docker, containerd e CRI-O.
   • Fornece diretrizes e considerações para selecionar um tempo de execução de contêiner.
4. configuração de rede
   • Explica como configurar a rede para um cluster Kubernetes, incluindo rede de pod e descoberta de serviço.
   • Enfatiza a importância e as melhores práticas de configuração de rede.
5. configuração de armazenamento
   • Descreve como configurar o armazenamento para clusters Kubernetes, incluindo armazenamento persistente e gerenciamento de volume.
   • Explicar opções e políticas para configuração de armazenamento.
6. configuração de segurança
   • Enfatiza as medidas de configuração de segurança, como autenticação e controle de acesso ao criar e implantar clusters Kubernetes.
   • Fornece práticas recomendadas e recomendações para configuração segura.

Por meio dessa organização de capítulos, os leitores entenderão gradualmente a arquitetura do Kubernetes e como criar e implantar clusters do Kubernetes. Cada capítulo explora o tópico relevante em profundidade e fornece diretrizes e práticas recomendadas para aplicação prática.

Capítulo 4: Gerenciamento e programação de recursos

1. Modelo de recurso do Kubernetes
   • Apresente o modelo de recursos do Kubernetes, incluindo conceitos básicos como pod, implantação e serviço.
   • Explique o papel e a relação de cada recurso.
2. Rótulos e seletores
   • Explique o conceito de rótulos e seletores e sua aplicação no Kubernetes.
   • Enfatiza como usar tags e seletores para gerenciamento e agendamento de recursos.
3. Agendamento de Recursos
   • Apresente o agendador do Kubernetes e como ele aloca pods para nós de acordo com os requisitos de recursos e as políticas de agendamento.
   • Explica como o agendador funciona e as opções de configuração.
4. balanceamento de carga
   • Explique o conceito e a implementação do balanceamento de carga no Kubernetes, como Service e Ingress.
   • Fornece práticas recomendadas e soluções comuns para configurar o balanceamento de carga.

Capítulo 5: Dimensionamento e alta disponibilidade

1. Estendendo um cluster do Kubernetes
   • Descreve como dimensionar um cluster do Kubernetes para lidar com a carga crescente.
   • Estratégias que enfatizam o dimensionamento horizontal e a adição de mais nós.
2. escalonamento automático
   • Explique os mecanismos de dimensionamento automático no Kubernetes, como conjuntos de réplicas e dimensionadores automáticos horizontais.
   • Fornece as melhores práticas e estratégias para configurar o escalonamento automático.
3. alta disponibilidade
   • Discuta em detalhes como garantir alta disponibilidade de clusters Kubernetes.
   • Enfatiza os principais conceitos e técnicas, como failover, recuperação de backup e recuperação automatizada de contêiner.

Capítulo 6: Descoberta de rede e serviço

1. Modelo de rede do Kubernetes
   • Descreve o modelo de rede e as opções de plug-in no Kubernetes, como rede de pods e rede de clusters.
   • Explique o motivo da escolha de um modelo de rede e as melhores práticas.
2. descoberta de serviço
   • Explique o mecanismo de descoberta de serviço no Kubernetes, como DNS e serviço.
   • Explica como usar os Serviços para expor e acessar aplicativos.
3. Entrada
   • Apresenta os conceitos de controladores Ingress e recursos Ingress.
   • Fornece práticas recomendadas e casos de uso comuns para configurar o Ingress.
4. política de rede
   • Explica como usar políticas de rede para implementar segurança de rede e controle de acesso.
   • Fornece recomendações e exemplos para configuração de política de rede.

Capítulo 7: Monitoramento e registro

1. Monitorar clusters do Kubernetes
   • Descreve como instalar e configurar um sistema de monitoramento para monitorar o status e o desempenho de um cluster Kubernetes.
   • Enfatize a importância de monitorar indicadores e ferramentas de monitoramento comumente usadas.
2. Coleta e análise de logs
   • Explica como instalar e configurar um sistema de coleta de logs para registrar um cluster Kubernetes.
   • Enfatize a importância da análise de log e solução de problemas.
3. monitoramento de aplicativos
   • Discute como configurar o monitoramento no nível do aplicativo e a coleta de métricas.
   • Fornece práticas recomendadas para monitoramento e alerta em tempo real.

Capítulo 8: Atualização e manutenção

1. Gerenciamento de versão do Kubernetes
   • Descreve como gerenciar e atualizar a versão do cluster Kubernetes.
   • Enfatiza estratégias e práticas recomendadas para gerenciamento de versões.
2. atualização contínua
   • Explica como executar uma atualização sem interrupção para evitar interrupção de aplicativos e perda de dados.
   • Fornece etapas e recomendações para atualizações contínuas.
3. solução de problemas
   • Fornece métodos e dicas para resolver falhas e problemas comuns.
   • Enfatiza etapas e ferramentas para solução de problemas.
4. backup e restauração
   • Apresenta como executar operações de backup e recuperação de clusters Kubernetes.
   • Fornece recomendações e práticas recomendadas para estratégias de backup e recuperação.

Capítulo 9: Melhores práticas e perguntas frequentes

1. Práticas recomendadas de segurança
   • Fornece práticas recomendadas e recomendações de configuração para proteger clusters Kubernetes.
   • Enfatize a importância da autenticação, autorização e controle de acesso.
2. Gerenciamento de direitos e RBAC
   • Explica como configurar e gerenciar permissões e funções no Kubernetes.
   • Fornece práticas recomendadas para gerenciamento de direitos com base em RBAC.
3. gerenciamento de configurações
   • Descreve como gerenciar e definir configurações de aplicativo em um cluster Kubernetes.
   • Enfatiza as ferramentas e métodos de gerenciamento de configuração.
4. Problemas e soluções comuns
   • Fornece problemas e desafios comuns de gerenciamento de cluster do Kubernetes, com soluções e recomendações.

Por meio da organização desses capítulos, os leitores poderão entender totalmente o gerenciamento, a operação e a manutenção dos clusters Kubernetes. Cada capítulo aborda tópicos relevantes e fornece as melhores práticas, estratégias e soluções para ajudar os leitores a aplicar e resolver problemas na prática.

Capítulo 1: Introdução ao Kubernetes

O que é orquestração e gerenciamento de contêineres?

A orquestração e o gerenciamento de contêineres referem-se aos processos e técnicas para organizar, agendar e gerenciar com eficiência aplicativos de contêineres em ambientes de contêineres de grande escala. Com o rápido desenvolvimento e a ampla aplicação da tecnologia de contêineres, a orquestração e o gerenciamento de contêineres tornaram-se um componente essencial da implantação de aplicativos modernos.

A importância da orquestração e gerenciamento de contêineres

A implantação e o gerenciamento de aplicativos modernos apresentam muitos desafios. À medida que os aplicativos crescem em complexidade e escala, os métodos tradicionais de gerenciamento manual tornam-se menos eficientes e confiáveis. É aqui que a orquestração e o gerenciamento de contêineres se tornam importantes.

A orquestração e o gerenciamento de contêineres abordam vários problemas importantes:

• Gerenciamento da complexidade do aplicativo : os aplicativos modernos geralmente são compostos de vários contêineres que podem ter dependências e interconexões complexas. Gerenciar manualmente os relacionamentos entre esses contêineres torna-se muito difícil e sujeito a erros. Os sistemas de gerenciamento e orquestração de contêineres podem lidar automaticamente com dependências entre contêineres e configuração de rede, simplificando a implantação e o gerenciamento de aplicativos.
• Utilização de recursos e balanceamento de carga : em um ambiente de contêineres de grande escala, os recursos precisam ser alocados e utilizados razoavelmente para garantir o balanceamento de carga de aplicativos em nós diferentes. Gerenciar e ajustar manualmente a localização e o número de contêineres torna-se tedioso e sujeito a erros. O arranjo de contêineres e o sistema de gerenciamento podem ajustar dinamicamente a localização e o número de contêineres de acordo com os requisitos de recursos e condições de carga, de modo a alcançar a utilização ideal de recursos e balanceamento de carga.
• Elasticidade e escalabilidade : os aplicativos modernos precisam ser elásticos e escaláveis ​​em resposta às demandas em constante mudança. Dimensionar manualmente e dimensionar aplicativos torna-se demorado e sujeito a erros. Os sistemas de gerenciamento e orquestração de contêineres permitem que os aplicativos aumentem e diminuam rapidamente com base na demanda. Por meio de mecanismos automatizados de criação, destruição e agendamento de contêineres, os aplicativos podem se expandir elasticamente de acordo com as condições de carga para atender à demanda de pico e reduzir automaticamente os recursos quando a carga diminui para economizar custos.
• Recuperação de falhas e autocorreção : os aplicativos em contêineres precisam ter alta disponibilidade e fortes recursos de recuperação de falhas. Monitorar manualmente e lidar com falhas de contêiner torna-se tedioso e sujeito a erros. Os sistemas de gerenciamento e orquestração de contêineres são capazes de detecção automática de falhas e recuperação de contêineres. Quando um contêiner falha ou falha, o sistema pode recriar automaticamente o contêiner e reimplantá-lo em um nó disponível para garantir alta disponibilidade e estabilidade do aplicativo.

Kubernetes como uma solução de gerenciamento e orquestração de contêineres

Entre muitos sistemas de gerenciamento e orquestração de contêineres, o Kubernetes (geralmente chamado de K8s) é uma das soluções mais populares e amplamente utilizadas atualmente. O Kubernetes, de código aberto do Google e mantido pela CNCF (Cloud Native Computing Foundation), fornece um conjunto poderoso e flexível de ferramentas e mecanismos para implantar, gerenciar e estender aplicativos em contêineres.

O Kubernetes tem os seguintes recursos principais:

• Agendamento automático : o Kubernetes pode implantar contêineres automaticamente nos nós de computação disponíveis e realizar agendamento inteligente e balanceamento de carga de acordo com os requisitos de recursos e políticas de agendamento. Ele leva em consideração as restrições de recursos do nó, os requisitos de recursos do contêiner e as regras de afinidade e antiafinidade para garantir que o contêiner seja executado no nó mais adequado.
• Autocorreção : o Kubernetes pode monitorar automaticamente o status de integridade de contêineres e nós e recuperar e substituir automaticamente os contêineres afetados em caso de falha, garantindo alta disponibilidade de aplicativos. Ele implementa recursos de autocorreção em nível de contêiner por meio de mecanismos como verificações de integridade, reinicializações automáticas e expansão automática.
• Expansão elástica : o Kubernetes oferece suporte à expansão horizontal, aumentando ou diminuindo dinamicamente o número de contêineres de acordo com as condições de carga para atender às necessidades dos aplicativos. Ele realiza a capacidade de expansão elástica do aplicativo por meio do conjunto de réplicas automáticas e do mecanismo de dimensionamento automático.
• Descoberta de serviço e balanceamento de carga : o Kubernetes fornece um mecanismo integrado de descoberta de serviço e balanceamento de carga, permitindo que aplicativos de contêiner executem facilmente comunicação entre serviços e balanceamento de carga. Por meio de recursos de serviço e recursos de entrada, os aplicativos podem definir serviços e regras de roteamento de forma declarativa para obter descoberta de serviço flexível e balanceamento de carga.
• Gerenciamento de configuração e armazenamento : o Kubernetes fornece gerenciamento de configuração flexível e mecanismos de gerenciamento de armazenamento, permitindo que aplicativos de contêiner gerenciem e acessem facilmente informações de configuração e armazenamento persistente. Por meio dos recursos ConfigMap e Secret, os aplicativos podem gerenciar centralmente a configuração e as informações confidenciais e, por meio dos recursos PersistentVolume e PersistentVolumeClaim, os aplicativos podem acessar o armazenamento persistente.

A popularidade e a ampla aplicação do Kubernetes se devem às suas ricas funções e ao suporte ativo da comunidade. Tornou-se o padrão de fato para orquestração e gerenciamento de contêineres, amplamente adotado por muitas grandes empresas e organizações.

Histórico e desenvolvimento do Kubernetes

Origem e desenvolvimento

As origens do Kubernetes remontam ao sistema Borg interno do Google, um sistema para gerenciar e orquestrar cargas de trabalho em contêineres em grande escala. Borg alcançou grande sucesso dentro do Google, mas devido à sua natureza proprietária, não pode ser liberado diretamente para o mundo exterior.

Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de contêineres e a popularidade do Docker, as pessoas começaram a perceber a necessidade de uma plataforma de gerenciamento e orquestração de contêineres de uso geral e de código aberto. Portanto, o Google compartilhou as ideias e a experiência de Borg com a comunidade em 2014, lançou oficialmente o projeto Kubernetes (K8s para abreviar) e o doou ao CNCF (Cloud Native Computing Foundation) sob a Linux Foundation.

Desde então, o Kubernetes alcançou ampla aceitação e adoção na comunidade de código aberto. Atrai colaboradores e usuários em todo o mundo, formando um ecossistema comunitário ativo. O desenvolvimento do Kubernetes passou por várias iterações de versão, introduzindo constantemente novos recursos e melhorias para se adaptar às necessidades em constante mudança de aplicativos em contêineres e nativos da nuvem.

Objetivos e motivações do projeto Kubernetes

O objetivo do projeto Kubernetes é fornecer uma plataforma de gerenciamento e orquestração de contêiner portátil, escalável e automatizável. A seguir estão as principais motivações e objetivos do projeto Kubernetes:

1. Abstração e padronização de contêiner : o Kubernetes visa fornecer uma camada de abstração de contêiner unificada para que os aplicativos possam ser executados independentemente da infraestrutura subjacente. Ele fornece funções como gerenciamento do ciclo de vida do contêiner, agendamento de recursos e comunicação de rede, protege as diferenças na infraestrutura subjacente e realiza a padronização e a portabilidade dos contêineres.
2. Automação e autocorreção : o Kubernetes se esforça para fornecer recursos automatizados de gerenciamento e orquestração de contêineres para simplificar a implantação, o dimensionamento e a operação de aplicativos. Ele agenda contêineres automaticamente, lida com falhas e autocorrige contêineres, fornecendo alta disponibilidade e confiabilidade.
3. Escalabilidade e elasticidade : o Kubernetes tem boa escalabilidade e elasticidade e pode gerenciar e agendar entre milhares de nós e dezenas de milhares de contêineres. Ele suporta expansão horizontal e dimensionamento automático e pode ajustar automaticamente o número de contêineres de acordo com a situação de carga para atender às necessidades da aplicação.
4. Abertura e ecossistema : Kubernetes é uma plataforma aberta e extensível que pode ser integrada a várias outras ferramentas e serviços por meio de APIs e mecanismos de plug-in. Ele fornece um rico ecossistema, incluindo soluções em armazenamento, rede, monitoramento e registro, oferecendo aos usuários mais opções e flexibilidade.

O objetivo do Kubernetes é se tornar o padrão de fato para aplicativos nativos da nuvem, ajudando os usuários a criar e gerenciar aplicativos em contêineres eficientes, confiáveis ​​e escaláveis. Ele fornece recursos poderosos de orquestração e gerenciamento para aplicativos, permitindo que os aplicativos aproveitem melhor as tecnologias de computação em nuvem e conteinerização.

O papel e os benefícios do Kubernetes

O Kubernetes é uma plataforma de orquestração e gerenciamento de contêiner de código aberto que desempenha um papel importante na implantação e gerenciamento de aplicativos e tem muitas vantagens.

efeito

A função do Kubernetes na implantação e gerenciamento de aplicativos é a seguinte:

1. Orquestração e agendamento de contêineres : o Kubernetes pode agendar e gerenciar automaticamente aplicativos em contêineres. Ele implanta contêineres em nós de computação apropriados de acordo com seus requisitos de recursos, restrições e políticas de agendamento para obter balanceamento de carga e otimização de recursos.
2. Elasticidade e escalabilidade : o Kubernetes tem a capacidade de expandir elasticamente e escalar automaticamente. Ele pode aumentar ou diminuir automaticamente o número de contêineres de acordo com a carga do aplicativo para se adaptar às necessidades de mudança, garantindo que o aplicativo sempre tenha os recursos de computação necessários.
3. Autocorreção : o Kubernetes é autocorretivo e pode detectar e lidar automaticamente com falhas de contêiner. Quando um contêiner falha ou trava, o Kubernetes automaticamente recria, reinicia ou substitui o contêiner, garantindo alta disponibilidade e estabilidade do aplicativo.
4. Descoberta de serviço e balanceamento de carga : o Kubernetes fornece mecanismos integrados de descoberta de serviço e balanceamento de carga. Ao definir os recursos Service e Ingress, os aplicativos podem facilmente realizar comunicação entre serviços e balanceamento de carga e realizar uma arquitetura flexível de microsserviços.
5. Gerenciamento de configuração e armazenamento : Kubernetes fornece configuração flexível e mecanismos de gerenciamento de armazenamento. Por meio dos recursos ConfigMap e Secret, os aplicativos podem gerenciar centralmente informações de configuração e dados confidenciais. Por meio dos recursos PersistentVolume e PersistentVolumeClaim, os aplicativos podem acessar o armazenamento persistente.

Vantagem

As vantagens do Kubernetes se refletem nos seguintes aspectos:

1. Escalabilidade : o Kubernetes possui excelente escalabilidade e pode gerenciar milhares de nós e dezenas de milhares de contêineres. Ele alcança expansão elástica de aplicativos e utilização otimizada de recursos por meio de expansão horizontal e mecanismos de dimensionamento automático.
2. Elasticidade : os recursos elásticos do Kubernetes permitem que os aplicativos ajustem automaticamente o número de contêineres com base nas condições de carga. Ele pode ser rapidamente ampliado e reduzido conforme necessário para atender às demandas de desempenho do aplicativo enquanto controla efetivamente o consumo de recursos.
3. Autocorreção : o Kubernetes tem a capacidade de autocorreção, que pode detectar automaticamente o status de integridade dos contêineres e tomar as medidas correspondentes. Quando um contêiner falha ou trava, o Kubernetes pode recriar automaticamente o contêiner, mantendo a disponibilidade do aplicativo.
4. Portabilidade : o Kubernetes fornece uma camada de abstração para contêineres, permitindo que os aplicativos sejam executados independentemente da infraestrutura subjacente. Ele pode ser executado em várias plataformas de computação em nuvem, ambientes de máquinas virtuais e servidores físicos, proporcionando um alto grau de portabilidade e flexibilidade.
5. Ecossistema rico : Kubernetes tem uma grande comunidade de código aberto e um rico ecossistema. Ele fornece muitas extensões e plug-ins, abrangendo monitoramento, registro, segurança, rede e outras soluções, oferecendo aos usuários mais opções e flexibilidade.

Os recursos de escalabilidade, elasticidade e autocorreção do Kubernetes o tornam líder em orquestração e gerenciamento de contêineres. Ele pode ajudar os usuários a implantar, gerenciar e manter aplicativos em contêineres com mais eficiência e oferece suporte para alta disponibilidade e expansão elástica.

Recursos e princípios básicos do Kubernetes

O Kubernetes é uma poderosa plataforma de gerenciamento e orquestração de contêineres com as seguintes características e princípios básicos:

características

1. Orquestração de contêineres : o Kubernetes fornece recursos poderosos de orquestração de contêineres para agendar e gerenciar automaticamente aplicativos em contêineres. Ele pode implantar contêineres em nós de computação apropriados de acordo com seus requisitos de recursos, restrições e políticas de agendamento para obter balanceamento de carga e otimização de recursos.
2. Implantação automatizada : o Kubernetes oferece suporte a um processo automatizado de implantação de aplicativos. Ao definir um arquivo de configuração declarativo claro, os usuários podem descrever o estado desejado do aplicativo, e o Kubernetes implantará e atualizará automaticamente o aplicativo de acordo com o arquivo de configuração, reduzindo a complexidade e os erros das operações manuais.
3. Descoberta de serviço e balanceamento de carga : o Kubernetes fornece mecanismos integrados de descoberta de serviço e balanceamento de carga. Ao definir os recursos Service e Ingress, os aplicativos podem facilmente realizar comunicação entre serviços e balanceamento de carga e realizar uma arquitetura de microsserviço flexível.
4. Autocorreção : o Kubernetes é autocorretivo e pode detectar e lidar automaticamente com falhas de contêiner. Quando um contêiner falha ou falha, o Kubernetes automaticamente recria, reinicia ou substitui o contêiner, garantindo alta disponibilidade e estabilidade do aplicativo.
5. Elasticidade e escalabilidade : o Kubernetes tem a capacidade de expandir elasticamente e escalar automaticamente. Ele pode aumentar ou diminuir automaticamente o número de contêineres de acordo com a carga do aplicativo para se adaptar às necessidades de mudança, garantindo que o aplicativo sempre tenha os recursos de computação necessários.

princípios fundamentais

1. Configuração declarativa : um dos princípios fundamentais do Kubernetes é a configuração declarativa. Os usuários podem usar arquivos YAML ou JSON claros e concisos para descrever o estado desejado do aplicativo sem prestar atenção aos detalhes de implementação subjacentes. O Kubernetes ajusta automaticamente o aplicativo para o estado desejado conforme descrito pelo arquivo de configuração declarativa.
2. Autocorreção : o Kubernetes coloca grande ênfase na autocorreção do aplicativo. Ele pode detectar e lidar automaticamente com falhas de contêiner, incluindo falhas de contêiner, falhas de nó e muito mais. O Kubernetes recria ou substitui automaticamente os contêineres com falha, garantindo o tempo de atividade contínuo do aplicativo.
3. Independência de plataforma : o Kubernetes foi projetado para ser independente de plataforma e pode ser executado em várias plataformas de computação em nuvem, ambientes de máquinas virtuais e servidores físicos. Ele fornece uma camada de abstração que protege as diferenças na infraestrutura subjacente, tornando os aplicativos independentes do ambiente operacional subjacente.
4. Escalabilidade : o Kubernetes tem boa escalabilidade e pode gerenciar milhares de nós e dezenas de milhares de contêineres. Ele alcança expansão elástica de aplicativos e utilização otimizada de recursos por meio de expansão horizontal e mecanismos de dimensionamento automático.
5. Segurança : o Kubernetes enfatiza a segurança do aplicativo. Ele fornece uma variedade de mecanismos de segurança, incluindo autenticação, autorização, políticas de rede, etc., para proteger informações confidenciais e recursos de aplicativos contra acesso e ataques não autorizados.

Os recursos e os princípios básicos do Kubernetes o tornam líder em orquestração e gerenciamento de contêineres. Ele pode ajudar os usuários a criar e gerenciar aplicativos em contêineres eficientes, confiáveis ​​e escaláveis, ao mesmo tempo em que fornece funções avançadas e mecanismos de extensão flexíveis.

O ecossistema do Kubernetes

O Kubernetes possui um ecossistema grande e em constante expansão de plug-ins, ferramentas e integrações de terceiros, fornecendo aos usuários uma rica funcionalidade e flexibilidade. ### componente

Os principais componentes do ecossistema Kubernetes são os seguintes:

1. Plug-in CNI (Container Network Interface) : O plug-in CNI fornece suporte de plug-in para funções de rede e é usado para gerenciar a rede de contêiner no cluster Kubernetes. Por exemplo, plug-ins CNI, como Calico, Flannel e Weave, permitem comunicação entre contêineres, isolamento de rede e segurança.
2. Plug-in CSI (Container Storage Interface) : O plug-in CSI fornece suporte de plug-in para funções de armazenamento e é usado para gerenciar o armazenamento persistente de contêineres em um cluster Kubernetes. Por exemplo, plug-ins CSI como Rook, OpenEBS e Portworx podem fornecer soluções de armazenamento persistente escalonáveis ​​e confiáveis.
3. Ferramentas de monitoramento e registro : existem muitas ferramentas de monitoramento e registro no ecossistema Kubernetes que podem ser usadas para monitorar e registrar o status, o desempenho e as anomalias dos clusters Kubernetes em tempo real. Ferramentas como Prometheus, Grafana e ELK Stack (Elasticsearch, Logstash, Kibana) são amplamente utilizadas para monitoramento e coleta de logs.
4. Implementação automatizada e ferramentas de configuração : há uma variedade de ferramentas disponíveis para automatizar a implementação e configuração de clusters Kubernetes. Por exemplo, ferramentas como Kubespray, Kops e Rancher podem simplificar o processo de implantação e configuração de clusters, fornecendo consistência e repetibilidade.
5. Malha de serviço e gerenciamento de API : as ferramentas de gerenciamento de malha de serviço e API podem ser usadas para simplificar a implantação, o gerenciamento e o monitoramento de arquiteturas de microsserviços. Por exemplo, ferramentas como Istio, Linkerd e Kong fornecem recursos como gerenciamento de tráfego, recuperação de falhas e segurança.
6. Operações automatizadas e CI/CD : Existem várias ferramentas disponíveis para operações automatizadas e integração contínua/entrega contínua (CI/CD). Por exemplo, ferramentas como Helm, Jenkins e Argo CD podem ser usadas para automatizar a implantação, dimensionamento e atualização de aplicativos.

abertura e escalabilidade

A abertura e a escalabilidade do Kubernetes são características importantes de seu ecossistema, permitindo que ele se adapte a diferentes requisitos de aplicativos.

1. Abertura : Kubernetes é um projeto de código aberto cujo código-fonte é aberto a desenvolvedores e mantido pela CNCF (Cloud Native Computing Foundation). Isso significa que os usuários podem participar do desenvolvimento e melhoria do projeto e desfrutar de contribuições e suporte da comunidade global.
2. Escalabilidade : o Kubernetes fornece um rico mecanismo de extensão, permitindo que os usuários expandam e personalizem as funções do Kubernetes de acordo com suas próprias necessidades. Os usuários podem estender as funções e capacidades do Kubernetes escrevendo controladores personalizados, agendadores, plug-ins de armazenamento e plug-ins de rede.
3. Integração de terceiros : o ecossistema do Kubernetes é muito rico e existem muitas ferramentas e serviços de terceiros que integram o Kubernetes e fornecem funções mais avançadas. Isso inclui serviços Kubernetes gerenciados de provedores de serviços em nuvem, como AWS, Azure e GCP, bem como integrações com outras ferramentas de desenvolvedor e plataformas de gerenciamento.

A abertura e a extensibilidade do Kubernetes permitem que ele se adapte a vários requisitos de aplicativos e ambientes complexos. Os usuários podem escolher ferramentas e integrações apropriadas de acordo com suas próprias necessidades para criar uma solução completa de organização e gerenciamento de contêineres que atenda aos seus próprios requisitos.

Neste capítulo, apresentamos o que é o Kubernetes, o que ele faz e por que é o padrão de fato para a orquestração e o gerenciamento modernos de contêineres. Aqui está um resumo deste capítulo:

• O Kubernetes é uma plataforma de gerenciamento e orquestração de contêineres de código aberto para implantação, dimensionamento e gerenciamento automático de aplicativos em contêineres.
• O Kubernetes fornece funcionalidade e flexibilidade avançadas para ajudar os usuários a criar e gerenciar aplicativos em contêineres eficientes, confiáveis ​​e escaláveis.
• Os princípios básicos do Kubernetes incluem configuração declarativa, autocorreção e independência de plataforma, tornando a implantação e o gerenciamento de aplicativos mais simples e confiáveis.
• Os recursos do Kubernetes incluem orquestração de contêineres, implantação automática, descoberta de serviços e balanceamento de carga, elasticidade e dimensionamento, etc., fornecendo recursos abrangentes de gerenciamento de contêineres.
• O ecossistema Kubernetes inclui vários plug-ins, ferramentas e integrações de terceiros, como plug-ins de rede, plug-ins de armazenamento, ferramentas de monitoramento, ferramentas de implantação automatizada etc., fornecendo aos usuários uma variedade de funções e opções.
• A abertura e a extensibilidade do Kubernetes permitem que ele se adapte a diferentes requisitos de aplicativos e se integre a outras ferramentas e serviços para criar uma solução completa de gerenciamento e orquestração de contêineres.

Através da introdução deste capítulo, os leitores têm uma compreensão preliminar dos conceitos básicos, funções e vantagens do Kubernetes. Nos capítulos seguintes, discutiremos tópicos como arquitetura Kubernetes, criação e implantação de cluster, gerenciamento de recursos e agendamento com mais profundidade, para ajudar os leitores a entender melhor e aplicar o Kubernetes para gerenciar e manter aplicativos em contêineres.

Conclusão: neste capítulo, apresentamos a definição, a função e as vantagens do Kubernetes. Agora você deve ter uma compreensão básica do Kubernetes e por que ele é o padrão de fato para a orquestração e gerenciamento de contêineres modernos. Nos capítulos seguintes, vamos nos aprofundar na arquitetura, no gerenciamento de cluster e nas melhores práticas do Kubernetes para ajudá-lo a entender e aplicar melhor essa poderosa ferramenta.

Capítulo 2: Arquitetura do Kubernetes

Visão geral do plano de controle e do plano de dados

Na arquitetura do Kubernetes, o plano de controle (Control Plane) e o plano de dados (Data Plane) são dois conceitos importantes. Eles desempenham papéis diferentes e são responsáveis ​​por tarefas diferentes, trabalhando juntos para gerenciar e programar aplicativos em contêineres.

plano de controle

O plano de controle é um componente central na arquitetura do Kubernetes, responsável por gerenciar e controlar o estado e o comportamento de todo o cluster. Ele consiste em uma série de componentes para lidar com operações de gerenciamento de cluster e tomada de decisões.

A seguir estão os principais componentes do plano de controle:

1. API Server (servidor de API) : API Server é a interface front-end do cluster Kubernetes, fornecendo um ponto de entrada unificado para interagir com o cluster. Ele lida com solicitações de API de usuários, componentes externos e componentes internos e os encaminha para os componentes apropriados para processamento.
2. Agendador : o Agendador é responsável por agendar o contêiner para ser executado no nó de computação apropriado de acordo com os requisitos de recursos e restrições do contêiner. Ele considera fatores como utilização de recursos de nó, afinidade de contêiner e regras antiafinidade para obter balanceamento de carga e otimização de recursos.
3. Gerenciador de controlador (Gerenciador de controlador) : o Gerenciador de controlador contém vários controladores para monitorar o status do cluster e executar operações de controle. Esses controladores incluem controlador de conjunto de réplicas (ReplicaSet Controller), controlador de serviço (Service Controller), controlador de nó (Node Controller), etc., responsável por manter o estado desejado no cluster.
4. etcd (armazenamento distribuído de valor-chave) : etcd é o armazenamento persistente do cluster Kubernetes, que é usado para armazenar informações de configuração, dados de estado e metadados do cluster. Ele fornece um serviço de armazenamento de valor-chave distribuído altamente confiável e altamente disponível para outros componentes lerem e gravarem dados.

plano de dados

O plano de dados é o ambiente de tempo de execução na arquitetura Kubernetes responsável por hospedar e executar aplicativos em contêineres. Ele inclui nós de computação e um tempo de execução de contêiner para executar e gerenciar instâncias de contêiner.

A seguir estão os principais componentes do plano de dados:

1. Nó de computação (nó) : o nó de computação é um nó de trabalho no cluster Kubernetes, que é usado para hospedar e executar contêineres. Geralmente consiste em máquinas físicas ou máquinas virtuais, e várias instâncias de contêiner podem ser executadas em cada nó.
2. Pod : Pod é a menor unidade de agendamento do Kubernetes, que contém um ou mais contêineres estreitamente relacionados. Os pods fornecem um ambiente no qual os contêineres compartilham rede, armazenamento e outros recursos, permitindo que trabalhem juntos.
3. Tempo de execução do contêiner : O tempo de execução do contêiner é responsável por gerenciar e executar instâncias de contêiner. O Kubernetes oferece suporte a vários tempos de execução de contêiner, como Docker, containerd, CRI-O e muito mais. Ele é responsável por iniciar, parar e monitorar contêineres, além de fornecer isolamento e gerenciamento de recursos de contêineres.

modo interativo

A interação entre o plano de controle e o plano de dados ocorre por meio do API Server. Os componentes do plano de controle configuram, monitoram e operam os componentes no plano de dados por meio da API fornecida pelo API Server. Ao mesmo tempo, os componentes no plano de dados relatam o status e recebem instruções por meio do API Server para manter a sincronização com o plano de controle.

A colaboração do plano de controle e do plano de dados é a chave para o gerenciamento de cluster do Kubernetes e a orquestração de contêineres. O plano de controle é responsável pela tomada de decisão e direção, e o plano de dados é responsável pela operação e gerenciamento real do contêiner, e os dois trabalham juntos para alcançar alta disponibilidade, elasticidade e confiabilidade das aplicações.

Componentes principais do Kubernetes

A arquitetura do Kubernetes consiste em vários componentes principais, cada um com recursos e responsabilidades distintos, que trabalham juntos para gerenciar e agendar aplicativos em contêineres. A seguir estão os principais componentes do Kubernetes:

1. API Server (servidor de API) : API Server é a interface front-end do cluster Kubernetes, fornecendo um ponto de entrada unificado para interagir com o cluster. Ele recebe solicitações de API de usuários, componentes externos e componentes internos e os encaminha para os componentes apropriados para processamento. O API Server também é responsável por autenticar e autorizar solicitações para garantir a segurança do cluster. É a ponte entre o plano de controle e o plano de dados.
2. Agendador : o Agendador é responsável por agendar contêineres para serem executados em nós de computação apropriados. Ele considera fatores como requisitos de recursos de contêiner, utilização de recursos de nó, regras de afinidade e antiafinidade para obter balanceamento de carga e otimização de recursos. O Agendador escuta o evento de contêiner não atribuído no API Server e seleciona o nó apropriado para ele. Depois que um nó é selecionado, o Agendador grava as informações do nó de volta no API Server.
3. Controller Manager (Controller Manager) : O Controller Manager contém vários controladores para monitorar o status do cluster e controlar as operações. Cada controlador é responsável por manter o estado desejado de um recurso no cluster. Por exemplo, o Replica Set Controller (ReplicaSet Controller) garante que o número de pods em execução no conjunto de réplicas atenda às expectativas, o Service Controller (Service Controller) gerencia recursos de serviço e assim por diante. O Controller Manager monitora periodicamente os recursos no API Server e toma as medidas necessárias para manter o estado desejado dos recursos.
4. etcd (armazenamento de valor-chave distribuído) : etcd é o armazenamento persistente do cluster Kubernetes, que é usado para armazenar informações de configuração, dados de estado e metadados do cluster. Ele fornece um serviço de armazenamento de valor-chave distribuído altamente confiável e altamente disponível para outros componentes lerem e gravarem dados. O etcd fornece fortes garantias de consistência e garante a confiabilidade e durabilidade dos dados por meio de mecanismos de replicação e recuperação de falhas.

Esses componentes principais trabalham juntos para formar o plano de controle do Kubernetes. Eles são responsáveis ​​pelo gerenciamento, agendamento e controle do cluster, garantindo o uptime e a confiabilidade dos aplicativos em contêineres. O API Server fornece uma interface unificada, o Scheduler seleciona o nó apropriado, o Controller Manager mantém o estado desejado dos recursos e o etcd fornece suporte de armazenamento persistente.

componente do nó

Na arquitetura do Kubernetes, os nós são os nós de computação reais que executam contêineres. Em execução em cada nó estão alguns componentes-chave responsáveis ​​pelo gerenciamento e execução de aplicativos em contêineres. A seguir estão os principais componentes em um nó do Kubernetes:

1. Kubelet : Kubelet é um componente de agente executado em cada nó, responsável por gerenciar e executar contêineres no nó. Ele se comunica com o API Server no plano de controle para receber informações e instruções de configuração do Pod. O Kubelet iniciará, interromperá e monitorará o contêiner de acordo com a especificação do Pod e garantirá que o estado do contêiner seja consistente com o estado esperado. Também é responsável pelo gerenciamento de recursos de nós e verificações de integridade de contêineres.
2. kube-proxy : kube-proxy é um componente de proxy de rede executado em cada nó, responsável pelo encaminhamento de rede e balanceamento de carga dos serviços Kubernetes. Ele mantém o status da rede de Serviços e Endpoints no cluster e fornece acesso de serviço transparente para Pods dentro do cluster. kube-proxy pode implementar encaminhamento de serviço e balanceamento de carga por meio de mecanismos como balanceamento de carga IP, regras iptables ou IPVS (IP Virtual Server).
3. Container runtime : O container runtime é o componente responsável por gerenciar e executar containers, é responsável por criar, iniciar e parar containers, além de fornecer isolamento e gerenciamento de recursos para containers. O Kubernetes oferece suporte a vários tempos de execução de contêiner, os mais usados ​​incluem Docker, containerd e CRI-O. O tempo de execução do contêiner interage com o Kubelet para atender aos requisitos de execução do contêiner e fornecer o sistema de arquivos, a rede e o isolamento do processo do contêiner.

Esses componentes do nó trabalham juntos para tornar o nó o ambiente de tempo de execução para aplicativos em contêineres. O Kubelet garante que os contêineres nos nós sejam consistentes com o estado desejado no cluster, comunicando-se com o plano de controle. O kube-proxy é responsável pelo encaminhamento de rede e pelo balanceamento de carga dos serviços, permitindo que os aplicativos se comuniquem entre os serviços de maneira conveniente. O tempo de execução do contêiner fornece o ambiente de execução do contêiner e gerencia o ciclo de vida e os recursos do contêiner.

Por meio do trabalho colaborativo desses componentes de nó, o Kubernetes fornece recursos avançados de gerenciamento e orquestração de contêineres, permitindo que aplicativos em contêineres sejam executados de maneira eficiente e confiável em cada nó do cluster.

Controlador e Agendador

No Kubernetes, controladores e agendadores são componentes-chave para orquestração e gerenciamento automatizados de contêineres. Eles desempenham papéis diferentes e têm funções e responsabilidades diferentes.

controlador

O controlador é um dos principais componentes do Kubernetes e é usado para monitorar e controlar os recursos no cluster. O controlador garante que o estado desejado dos recursos seja consistente com o estado real, verificando periodicamente o estado do cluster e realizando ações de acordo com regras e políticas definidas.

Aqui estão alguns controladores comuns:

• Controlador do Conjunto de Réplicas (ReplicaSet Controller) : O controlador do conjunto de réplicas é responsável por manter o número de cópias de um conjunto de Pods para garantir que seja consistente com o número desejado definido pelo usuário. Se o número de réplicas for insuficiente ou excessivo, o controlador do conjunto de réplicas ajustará automaticamente o número de pods para atender ao estado desejado da configuração.
• Controlador de serviço : o controlador de serviço gerencia recursos de serviço no Kubernetes. Ele garante que os serviços sejam consistentes com o conjunto de pods associados e fornece endereços de rede estáveis ​​e recursos de balanceamento de carga para serviços. Se o número ou a localização dos pods mudar, o controlador de serviço atualizará a configuração do serviço de acordo.
• Controlador de nó (Node Controller) : O controlador de nó é responsável por monitorar os nós no cluster e agendar e gerenciar de acordo com a disponibilidade e o status de configuração dos nós. Se um nó falhar ou não atender mais ao estado esperado, o controlador do nó tomará a ação apropriada, como agendar pods em outros nós disponíveis.

Esses controladores interagem com o API Server para obter informações de recursos e monitorar alterações em seu estado. Eles se ajustam e operam automaticamente de acordo com a configuração e as políticas do cluster para manter o estado desejado dos recursos e automatizar a orquestração e o gerenciamento de contêineres.

Agendador

O agendador é outro componente central do Kubernetes, responsável por agendar aplicativos conteinerizados para serem executados nos nós de computação do cluster. O planejador seleciona o nó mais adequado para executar o contêiner com base nos requisitos de recursos do contêiner, regras de afinidade e outras restrições.

As principais tarefas do agendador incluem:

• Seleção de nó : O agendador seleciona um nó adequado para o contêiner executar considerando os requisitos de recursos do contêiner e a utilização de recursos do nó. Ele leva em consideração a CPU, memória, armazenamento e outros recursos do nó e garante que o contêiner possa obter recursos suficientes para executar.
• Balanceamento de carga : o escalonador tentará equilibrar a carga de cada nó no cluster para evitar que alguns nós sejam sobrecarregados e causem degradação do desempenho. Ele considera o número de contêineres já em execução no nó e o uso de recursos e seleciona nós relativamente ociosos para executar novos contêineres.
• Afinidade e antiafinidade : o agendador oferece suporte a regras de afinidade, que podem agendar contêineres para nós com os quais eles têm afinidade. As regras de afinidade podem ser definidas com base em rótulos, atributos de nó, etc. Pelo contrário, o agendador também suporta regras antiafinidade, que podem evitar o agendamento de contêineres em nós com antiafinidade.

Por meio do trabalho do agendador, o Kubernetes pode realizar agendamento inteligente e balanceamento de carga de contêineres. Ele ajuda os usuários a fazer uso total dos recursos de computação no cluster e melhorar o desempenho e a confiabilidade do aplicativo.

Enfatizar os recursos de automação de controladores e agendadores pode simplificar bastante a complexidade da orquestração e do gerenciamento de contêineres. Eles monitoram e ajustam o status dos recursos e operam automaticamente de acordo com regras e políticas predefinidas, tornando a implantação e o gerenciamento de aplicativos mais eficientes e confiáveis.

modelo de rede

No Kubernetes, o modelo de rede é um componente chave na implementação de políticas de comunicação e rede entre contêineres. Ele define como os contêineres se comunicam dentro do cluster e fornece políticas de rede para controlar o acesso entre os contêineres.

rede pod

O pod é a menor unidade de agendamento do Kubernetes e geralmente contém um ou mais contêineres estreitamente relacionados. Dentro de um pod, os contêineres podem se comunicar via localhost. No entanto, quando os pods abrangem vários nós, a comunicação entre os contêineres precisa ocorrer pela rede.

Para permitir a comunicação entre contêineres em um pod, o Kubernetes apresenta uma variedade de plug-ins e tecnologias de rede. Esses plug-ins e tecnologias criam uma camada de rede virtual que conecta contêineres dentro de um pod.

Os plug-ins comuns de rede de pods incluem:

• Flannel : o Flannel usa redes virtuais e tecnologias de encapsulamento de rede para criar uma rede plana em todo o cluster para pods. Ele atribui a cada nó uma sub-rede exclusiva e usa túneis de rede para encaminhar o tráfego entre os nós.
• Calico : Calico usa tecnologia de rede baseada em roteamento para criar uma sub-rede para cada nó e implementar a comunicação entre contêineres por meio de tabelas de roteamento. Ele suporta arquitetura de rede altamente escalável e fornece funções de segurança e política de rede.
• Cilium : Cilium é um plug-in de rede baseado em eBPF (Extended Berkeley Packet Filter) que fornece rede de alto desempenho e recursos de segurança para Pods. Ele usa a tecnologia eBPF para filtrar e manipular pacotes de rede, fornecendo políticas de rede refinadas e observabilidade.

Esses plug-ins de rede Pod usam diferentes tecnologias e protocolos para se comunicar entre contêineres, fornecendo diferentes características funcionais e de desempenho. Os usuários podem escolher os plug-ins e configurações apropriados de acordo com suas necessidades.

rede de cluster

Além da rede Pod, o Kubernetes também fornece uma rede de cluster para obter comunicação de contêiner entre nós. A rede do cluster permite que os pods em nós diferentes se comuniquem entre si, para que os contêineres em todo o cluster possam se comunicar perfeitamente.

A forma como a rede de cluster é implementada depende do plug-in de rede e da infraestrutura de rede subjacente. Normalmente, a rede de cluster usa tecnologias como tradução de endereços de rede (NAT), encapsulamento de rede ou redes locais virtuais (VLANs) para conectar pods em nós.

A rede de cluster pode expandir ainda mais e fornecer acesso a serviços por meio de Service e Ingress. O serviço permite combinar vários pods em um serviço lógico e atribuir um endereço IP virtual estável ao serviço. O ingresso atua como um ponto de entrada no cluster, roteando solicitações externas para o serviço apropriado.

política de rede

O Kubernetes fornece políticas de rede para controlar o acesso entre contêineres. As políticas de rede são baseadas nos conceitos de rótulos e seletores, permitindo que os administradores definam regras que permitem ou negam o tráfego para os pods.

Por meio de políticas de rede, os administradores podem restringir a comunicação entre contêineres para reforçar a segurança e o isolamento. A política de rede pode definir regras de acesso com base no IP de origem, IP de destino, porta, protocolo e outras condições, de modo a obter um controle de acesso refinado.

As políticas de rede podem precisar ser habilitadas explicitamente em alguns plug-ins de rede e exigem uma infraestrutura de rede subjacente para oferecer suporte a essa funcionalidade. Portanto, ao usar políticas de rede, você precisa garantir que os plug-ins de rede selecionados e a infraestrutura suportem esse recurso.

Por meio da rede de pods e da rede de clusters, bem como do suporte de políticas de rede, o Kubernetes fornece recursos avançados de comunicação e controle de rede entre contêineres. Esses recursos ajudam os usuários a obter orquestração e gerenciamento de contêineres flexíveis e confiáveis, garantindo o isolamento e a segurança entre os contêineres.

Escalabilidade e Extensibilidade

No Kubernetes, escalabilidade e extensibilidade são conceitos importantes que permitem aos usuários aumentar ou diminuir o tamanho e a capacidade do cluster de acordo com a demanda. O Kubernetes fornece vários mecanismos para obter escalabilidade e extensibilidade, incluindo dimensionamento horizontal e dimensionamento automático de cluster.

Expansão horizontal

O dimensionamento horizontal é um conceito de escalabilidade que permite aos usuários aumentar a capacidade e o desempenho do cluster adicionando mais nós. No Kubernetes, o dimensionamento horizontal pode ser obtido aumentando o número de nós de computação. Quando a carga do cluster aumenta, novos nós podem ser introduzidos para compartilhar a carga e melhorar a capacidade de processamento do cluster.

Os benefícios do dimensionamento horizontal incluem:

• Balanceamento de carga : ao distribuir a carga para vários nós, a expansão horizontal pode alcançar o balanceamento de carga e evitar a sobrecarga de alguns nós.
• Maior capacidade : o dimensionamento horizontal aumenta a capacidade do cluster, permitindo que ele lide com mais aplicativos e contêineres.
• Alta disponibilidade : Ao aumentar o número de nós, o dimensionamento horizontal pode fornecer maior tolerância a falhas e disponibilidade. Se um nó falhar, outros nós ainda poderão continuar a fornecer serviços.

Para alcançar o dimensionamento horizontal, um Grupo de Auto Scaling ou mecanismo semelhante pode ser usado para aumentar ou diminuir automaticamente o número de nós com base em regras e métricas predefinidas. Os grupos de dimensionamento automático podem ajustar o tamanho do cluster para atender às necessidades do aplicativo com base nas condições de carga, uso da CPU, utilização da memória e outros indicadores.

Escalonamento automático de cluster

O dimensionamento automático de cluster é uma implementação de escalabilidade que permite o ajuste automático do tamanho do cluster com base na demanda. O Kubernetes fornece o mecanismo Horizontal Pod Autoscaler (HPA), que pode ajustar automaticamente o número de réplicas do Pod de acordo com a carga do aplicativo.

O HPA monitora as métricas do pod (como uso de CPU, utilização de memória etc.) e ajusta automaticamente o número de réplicas do pod de acordo com regras predefinidas. Quando a carga aumenta, o HPA pode aumentar o número de cópias do pod para atender à demanda; quando a carga diminui, o HPA pode reduzir o número de cópias do pod para economizar recursos.

Os benefícios do escalonamento automático de cluster incluem:

• Otimização da utilização de recursos : o cluster pode ajustar dinamicamente o uso de recursos de acordo com as condições de carga, otimizando assim a utilização de recursos.
• Elasticidade e flexibilidade : os clusters podem ser rapidamente expandidos ou contraídos sob demanda para acomodar as mudanças nas necessidades dos aplicativos.
• Gerenciamento automatizado : o dimensionamento automático do cluster pode concluir automaticamente as operações de expansão e contração, reduzindo a carga de trabalho dos administradores.

Por meio da expansão horizontal e do dimensionamento automático do cluster, o Kubernetes fornece poderosas funções de escalabilidade e escalabilidade, permitindo que o cluster aumente ou diminua dinamicamente nós e contêineres de acordo com a demanda. Esses mecanismos podem fornecer um ambiente de gerenciamento e implantação de aplicativos de alto desempenho, alta disponibilidade e elástico.

Neste capítulo, explicamos detalhadamente os principais componentes e a arquitetura do Kubernetes, com foco no plano de controle e no plano de dados e como eles se relacionam e se comunicam. A seguir, um resumo do conteúdo principal deste capítulo:

• A arquitetura do Kubernetes é um sistema distribuído que consiste em vários componentes para gerenciar e orquestrar aplicativos em contêineres.
• O plano de controle é o cérebro do Kubernetes, responsável por gerenciar o status e as informações de configuração de todo o cluster. Inclui API Server, Scheduler, Controller Manager e etcd.
• O API Server é o principal ponto de entrada para o cluster, fornecendo uma interface para interagir com o plano de controle. Ele recebe solicitações de usuários e outros componentes e as traduz em operações internas.
• O Agendador é o componente responsável por agendar aplicativos conteinerizados para serem executados em nós apropriados no cluster. Ele considera recursos de nó, regras de afinidade e outras restrições para tomar decisões de agendamento.
• Controller Manager é uma coleção de controladores usados ​​para monitorar e gerenciar recursos no cluster. É responsável por garantir que o estado desejado do recurso seja consistente com o estado real e tomar as medidas apropriadas para ajustar o recurso.
• O etcd é um sistema de armazenamento de valor-chave distribuído para Kubernetes, que é usado para salvar as informações de estado e configuração do cluster. Ele fornece armazenamento de dados altamente confiável e consistente e suporta alta disponibilidade e replicação de dados.

Plano de controle e plano de dados são dois conceitos-chave na arquitetura do Kubernetes. O plano de controle é responsável por gerenciar e controlar o estado e a configuração do cluster, enquanto o plano de dados é responsável pelos nós e pela rede que realmente executam os contêineres. Eles se comunicam por meio do API Server, o plano de controle envia instruções e configurações para o plano de dados e o plano de dados retorna as informações do estado real para o plano de controle.

Ao obter uma compreensão profunda dos principais componentes e arquitetura do Kubernetes, podemos entender melhor como ele funciona e seus mecanismos de comunicação interna. Isso fornece referência e orientação importantes para gerenciarmos e mantermos clusters Kubernetes

Capítulo 3: Criação e implantação de cluster

Neste capítulo, exploraremos como criar e implantar um cluster Kubernetes. Começaremos com os requisitos de infraestrutura e, em seguida, discutiremos os principais aspectos, como implantação de nó, escolha de tempo de execução do contêiner e configuração de rede. Por meio do processo correto de criação e implantação, um cluster Kubernetes estável e confiável pode ser estabelecido.

requisitos de infraestrutura

Antes de criar um cluster Kubernetes, primeiro precisamos garantir que alguns requisitos de infraestrutura sejam atendidos. Esses requisitos incluem:

• Requisitos de hardware : os clusters do Kubernetes exigem determinados recursos de computação e espaço de armazenamento. Certifique-se de que os nós do cluster tenham CPU, memória e capacidade de disco suficientes para atender às necessidades do aplicativo.
• Sistema operacional : Selecione um sistema operacional adequado como base do nó. Escolhas comuns incluem distribuições Linux como Ubuntu, CentOS, etc.
• Configuração de rede : certifique-se de que a rede esteja configurada corretamente para que os nós possam se comunicar uns com os outros e fornecer acesso externo. Para conseguir a comunicação entre os contêineres, também é necessário configurar a rede Pod e o mecanismo de descoberta de serviços.

Implantação de nós

Os nós são os principais componentes em um cluster Kubernetes e são responsáveis ​​por executar e gerenciar contêineres. Ao implantar nós, os seguintes aspectos precisam ser considerados:

• Nó mestre : O nó mestre é o plano de controle do cluster e é responsável por gerenciar e controlar o status e a configuração de todo o cluster. O nó mestre inclui API Server, Scheduler, Controller Manager e componentes etcd.
• Nós do trabalhador : os nós do trabalhador são os nós no cluster que realmente executam os contêineres. Cada nó de trabalho contém um ou mais tempos de execução de contêiner (como Docker, containerd ou CRI-O) responsáveis ​​por criar e gerenciar contêineres.

A chave para a implantação do nó é configurar as funções e os componentes corretos para cada nó. Os componentes em execução no nó mestre devem ser altamente disponíveis e tolerantes a falhas para garantir a estabilidade e a confiabilidade do cluster.

Seleção de tempo de execução do contêiner

No Kubernetes, diferentes tempos de execução de contêineres podem ser selecionados para executar e gerenciar contêineres. As opções comuns de tempo de execução do contêiner incluem Docker, containerd e CRI-O. A escolha de um tempo de execução de contêiner apropriado pode ser feita com base nas necessidades e preferências reais.

Considere os seguintes fatores ao escolher um ambiente de execução de contêiner:

• Recursos e desempenho : tempos de execução de contêiner diferentes podem ter recursos e características de desempenho diferentes. Dependendo das necessidades do seu aplicativo, escolha um container runtime com recursos adequados e bom desempenho.
• Suporte do ecossistema : saiba mais sobre o suporte do ecossistema e da comunidade para tempos de execução de contêiner. Escolha um tempo de execução de contêiner com uma comunidade ativa e um bom suporte para melhor suporte e manutenção.

configuração de rede

Em um cluster Kubernetes, a configuração de rede adequada é crítica. Afeta aspectos como comunicação entre contêineres, descoberta de serviços e segurança de rede.

• Rede de pods : configurar a rede de pods é uma etapa crítica para garantir que os contêineres possam se comunicar uns com os outros. A rede de pods pode ser implementada usando diferentes plug-ins de rede, como Flannel, Calico e Cilium. Escolha o plug-in de rede apropriado e configure-o corretamente de acordo com a documentação.
• Descoberta de serviço : a descoberta de serviço é um mecanismo importante para realizar o acesso ao serviço e balanceamento de carga dentro do cluster. Ao configurar o objeto Service, um IP virtual estável e capacidade de balanceamento de carga podem ser fornecidos para o aplicativo.

A configuração de rede precisa ser ajustada às necessidades específicas do cluster e seguir as melhores práticas e requisitos de segurança do Kubernetes.

Por meio do processo correto de criação e implantação do cluster, um cluster Kubernetes estável e confiável pode ser estabelecido. Garantir que os requisitos de infraestrutura sejam atendidos, configurar adequadamente as funções e componentes do nó, selecionar o tempo de execução do contêiner apropriado e configurar a rede correta ajudará você a criar um poderoso ambiente de gerenciamento e orquestração de contêiner.

configuração de armazenamento

Neste capítulo, descreveremos como configurar o armazenamento para um cluster Kubernetes, incluindo armazenamento persistente e gerenciamento de volume. Discutiremos opções e estratégias de configuração de armazenamento para ajudá-lo a obter persistência e gerenciamento de dados confiáveis ​​em seu cluster.

armazenamento persistente

No Kubernetes, o armazenamento persistente é um mecanismo para preservar os dados nas reinicializações ou migrações do contêiner. Ele permite que os contêineres sejam reiniciados ou migrados sem perda de dados. Aqui estão algumas opções comuns de armazenamento persistente:

• Volumes persistentes (PV) : PV é um conceito abstrato no Kubernetes, que representa recursos de armazenamento persistentes no cluster. Os PVs podem ser mapeados para dispositivos de armazenamento físico, armazenamento em rede ou armazenamento em nuvem. Os administradores podem pré-criar PVs e disponibilizá-los para aplicativos.
• Persistent Volume Claims (PVC) : PVC é uma solicitação do usuário para PV, que descreve a demanda do aplicativo para armazenamento persistente. Quando um aplicativo precisa de armazenamento persistente, ele pode criar um PVC e especificar as características de armazenamento desejadas. O Kubernetes ligará automaticamente o PV apropriado de acordo com os requisitos do PVC.
• Storage Classes : Storage Classes é um mecanismo para criar PVs dinamicamente. Ele permite que os administradores definam diferentes tipos de armazenamento para atender às necessidades do aplicativo. Quando um aplicativo cria um PVC, você pode especificar a classe de armazenamento necessária e o Kubernetes criará automaticamente um PV adequado.

gerenciamento de volume

Os volumes são o mecanismo usado no Kubernetes para dimensionar e gerenciar o armazenamento de contêineres. Os volumes permitem que os contêineres acessem recursos de armazenamento persistente para compartilhar e armazenar dados entre os contêineres. Aqui estão algumas opções comuns de gerenciamento de volume:

• EmptyDir : EmptyDir é um volume efêmero que fica vazio quando um pod é criado e limpo quando um pod é excluído. EmptyDir é muito útil para armazenamento temporário de dados, mas não é adequado para armazenamento persistente.
• HostPath : HostPath permite que os contêineres acessem os caminhos do sistema de arquivos no nó do host. Ele pode ser usado para compartilhar dados no sistema de arquivos do host, mas não está altamente disponível em um cluster de vários nós.
• NFS : NFS (Network File System) é um protocolo de armazenamento de rede que permite que vários nós compartilhem um volume de armazenamento. Os volumes NFS podem ser montados por vários contêineres e compartilhar dados entre contêineres.

As opções e estratégias para configuração de armazenamento dependem das necessidades específicas e do ambiente do cluster. Ao configurar o armazenamento, você precisa considerar fatores como desempenho de leitura e gravação do contêiner, requisitos de persistência e escalabilidade para escolher uma solução de armazenamento apropriada.

configuração de segurança

Neste capítulo, vamos nos concentrar nas medidas de configuração de segurança ao criar e implantar clusters Kubernetes. A configuração de segurança é um elemento chave para garantir a confiabilidade do cluster e proteger dados confidenciais. A seguir estão algumas considerações importantes sobre configuração de segurança:

Autenticação e autorização

• Autenticação do usuário : configurar a autenticação do usuário é uma etapa importante para proteger seu cluster contra acesso não autorizado. O Kubernetes oferece suporte a vários mecanismos de autenticação, como provedores de identidade externos, baseados em certificado e baseados em senha (como LDAP, OAuth), etc.
• Controle de acesso : ao usar o mecanismo RBAC (controle de acesso baseado em função) do Kubernetes, é possível definir políticas de controle de acesso refinadas. O RBAC permite que os administradores atribuam diferentes funções e permissões aos usuários para limitar seu acesso aos recursos do cluster.

contexto de segurança

• Contexto de segurança : Todo contêiner tem um contexto de segurança, que inclui o usuário executando o contêiner, grupo, rótulos do SELinux, permissões do sistema de arquivos, etc. Ao configurar um contexto de segurança apropriado, o acesso de um contêiner ao sistema host pode ser restrito.

Gerenciamento de informações confidenciais

• Informações confidenciais : No cluster, as informações confidenciais, como senhas, chaves, certificados, etc., precisam ser gerenciadas e protegidas adequadamente. O Kubernetes fornece mecanismos Secrets e ConfigMaps para armazenar e transferir informações confidenciais com segurança.

Auditoria e registro

• Auditoria : A função de auditoria de configuração pode rastrear e registrar operações em recursos de cluster. Os logs de auditoria são inestimáveis ​​para solução de problemas, conformidade e auditorias de segurança.
• Log : o log do seu cluster é crítico para monitoramento e solução de problemas. Ao configurar o coletor de log e o sistema de gerenciamento de log centralizado, o status e as condições anormais do cluster podem ser monitorados em tempo real.

Durante o processo de configuração de segurança, é necessário considerar de forma abrangente os requisitos de segurança, os requisitos de conformidade e as melhores práticas do cluster. Seguindo as recomendações e diretrizes para configuração segura, você pode garantir a segurança de seu cluster e proteger dados confidenciais contra acesso não autorizado.

Capítulo 4: Gerenciamento e programação de recursos

Modelo de recurso do Kubernetes

Neste capítulo, apresentaremos o modelo de recursos do Kubernetes, incluindo conceitos básicos como pod, implantação e serviço. Entender a função e o relacionamento desses recursos ajudará você a gerenciar e orquestrar melhor seus aplicativos em contêineres.

casulo

O pod é a menor unidade programável e implantável no Kubernetes. É um grupo de um ou mais contêineres estreitamente relacionados. Cada pod compartilha o mesmo namespace de rede, endereço IP e volume de armazenamento. Os pods fornecem recursos compartilhados e ambientes fortemente acoplados entre contêineres.

A principal função de um Pod é executar um ou mais contêineres, que geralmente precisam compartilhar recursos ou se comunicar entre si no mesmo host. Os pods fornecem uma camada de abstração que oculta a complexidade do tempo de execução do contêiner subjacente e simplifica a comunicação e o gerenciamento de recursos entre os contêineres.

Implantação

A implantação é um objeto que gerencia pods no Kubernetes. Ele define o estado desejado do aplicativo e garante que o estado real seja consistente com o estado desejado. A implantação usa conjuntos de réplicas (ReplicaSet) para obter elasticidade e escalabilidade do aplicativo.

As implantações permitem que você especifique o número de réplicas de seu aplicativo e lide com coisas como falhas de contêiner e falhas de nó. Ele suporta operações contínuas de atualização e reversão para garantir atualizações contínuas e estabilidade dos aplicativos.

Serviço

Service é a camada de abstração de rede no Kubernetes, que define como um conjunto de pods é acessado. O serviço fornece um endereço IP virtual estável e um mecanismo de balanceamento de carga para que os contêineres possam se comunicar dentro ou fora do cluster.

Os serviços usam seletores de rótulos para identificar os pods desejados e encaminhar solicitações para esses pods. Ele expõe portas de rede de aplicativos e oferece suporte a recursos como balanceamento de carga, persistência de sessão e descoberta de serviço.

Pod, implantação e serviço são os principais recursos do Kubernetes e existem relacionamentos e dependências próximos entre eles. Pod é a unidade mais básica de programação e execução, a implantação gerencia a cópia e atualização do pod e o serviço fornece acesso e mecanismo de comunicação.

Ao usar adequadamente esses recursos, você pode facilmente gerenciar e orquestrar aplicativos conteinerizados e obter recursos como alta disponibilidade, elasticidade e balanceamento de carga.

Rótulos e seletores

Neste capítulo, apresentaremos o conceito de rótulos e seletores no Kubernetes e sua aplicação no gerenciamento e agendamento de recursos. Rótulos e seletores são conceitos-chave no Kubernetes que permitem categorizar, organizar e selecionar recursos.

Rótulo

Os rótulos são metadados de valor-chave que podem ser anexados aos objetos de recursos do Kubernetes. As tags podem ser usadas para categorizar, descrever ou agrupar recursos. Por exemplo, você pode adicionar rótulos a pods, serviços ou implantações para identificar o projeto, o ambiente ou a finalidade a que pertencem.

Os recursos da guia incluem:

• Flexibilidade : Você pode definir qualquer número de etiquetas com qualquer nome de acordo com suas necessidades.
• Extensibilidade : os rótulos podem ser usados ​​para qualquer tipo de objeto de recurso do Kubernetes, tornando mais claro o relacionamento e as dependências entre os recursos.
• Classificação multidimensional : você pode adicionar várias tags aos recursos para obter classificação e organização multidimensionais.

Seletor

Um seletor é um mecanismo para selecionar objetos de recursos com uma tag específica. Um seletor permite selecionar um conjunto de objetos de recursos com base em regras de correspondência para tags.

No Kubernetes, existem dois tipos de seletores:

• Seletor de igualdade : os seletores de igualdade são usados ​​para selecionar recursos com base em uma correspondência exata de tags. Você pode usar o seletor de igualdade para selecionar recursos com pares de chave-valor de tag específicos.
• Seletores de coleção : Os seletores de coleção são usados ​​para selecionar recursos com base na correspondência de um conjunto de tags. Ele suporta operadores lógicos (como AND, OR) e operações definidas (como IN, NOT IN).

Os seletores fornecem uma maneira flexível e poderosa de selecionar e manipular objetos de recursos. Ele pode ser usado para gerenciamento de recursos, agendamento e balanceamento de carga.

Ao usar tags e seletores, você pode classificar e organizar os recursos do Kubernetes, tornando mais clara a relação entre os recursos. Você pode selecionar e operar objetos de recursos com flexibilidade de acordo com requisitos e tags específicos, de modo a obter gerenciamento e agendamento de recursos eficientes.

Neste capítulo, apresentaremos o agendador do Kubernetes e como ele atribui pods a nós com base em requisitos de recursos e políticas de agendamento. O agendador é um componente chave no Kubernetes, responsável por selecionar os nós apropriados no cluster para executar os pods.

Agendamento de recursos

Visão geral do agendador

O agendador é um dos principais componentes do Kubernetes, que determina onde os pods são implantados no cluster. O principal objetivo do escalonador é obter utilização eficiente de recursos, balanceamento de carga e tolerância a falhas.

O agendador atribui pods a nós por meio das seguintes etapas:

1. Seleção de nós : o agendador selecionará um grupo de nós adequados no cluster de acordo com os requisitos de recursos e políticas de agendamento do pod.
2. Pontuação do nó : Para cada nó selecionado, o escalonador irá pontuar para decidir o melhor nó. A pontuação é baseada na disponibilidade de recursos do nó, regras de afinidade e outros fatores.
3. Node Binding : O escalonador seleciona o node com a pontuação mais alta e vincula o Pod a ele. A vinculação é obtida modificando as informações de agendamento do pod.

Como funciona o agendador

O funcionamento do agendador envolve os seguintes componentes e processos principais:

• Política de agendamento : O agendador determina a posição do Pod de acordo com a política de agendamento configurada. Estratégias de escalonamento incluem afinidade de nó, anti-afinidade de nó, tolerância e regras de pré-seleção de afinidade, etc.
• Algoritmo do escalonador : o escalonador usa um algoritmo para avaliar os nós e atribuir a cada nó uma pontuação. O algoritmo do agendador pode ser personalizado de acordo com diferentes necessidades.
• Configuração do agendador : O comportamento do agendador pode ser ajustado por meio de arquivos de configuração. Você pode configurar parâmetros como cotas, regras de afinidade e prioridades para recursos de nó.

O Kubernetes também fornece alguns recursos avançados de agendamento, como afinidade e antiafinidade de nós, afinidade e antiafinidade de pods, regras de pré-seleção de afinidade e antiafinidade de pods, etc. Esses recursos tornam o agendador mais flexível e personalizável.

Ajustando a configuração do agendador e usando uma estratégia de agendamento apropriada, você pode obter utilização eficiente de recursos e balanceamento de carga, melhorando assim o desempenho e a confiabilidade do cluster.

balanceamento de carga

Neste capítulo, apresentaremos o conceito e a implementação do balanceamento de carga no Kubernetes, como Service e Ingress. O balanceamento de carga é um mecanismo importante para garantir a disponibilidade e o desempenho do aplicativo.

Serviço

O serviço é um objeto de recurso no Kubernetes, que fornece um endereço IP virtual estável e um mecanismo de balanceamento de carga para distribuir o tráfego a um grupo de pods. O serviço permite que os aplicativos forneçam serviços externamente por meio de um único ponto de entrada.

As principais funções do Serviço incluem:

• Descoberta de serviço : o serviço fornece um endereço IP virtual estável por meio do qual os clientes podem acessar o serviço. Os serviços usam seletores de rótulos para identificar os pods associados.
• Balanceamento de carga : o serviço pode distribuir uniformemente o tráfego entre um grupo de pods para obter o balanceamento de carga. Dependendo do tipo de serviço, o balanceamento de carga pode ser feito dentro ou fora do cluster.
• Persistência de sessão : por meio da função de persistência de sessão do Serviço, ele pode garantir que as solicitações do mesmo cliente sejam sempre encaminhadas para o mesmo Pod de back-end para manter o estado da sessão.

Entrada

A entrada é outro objeto de recurso no Kubernetes que atua como um controlador de entrada para rotear o tráfego externo para os serviços dentro do cluster. O Ingress fornece uma maneira flexível de configurar e gerenciar regras de roteamento para tráfego HTTP e HTTPS.

Os recursos do Ingress incluem:

• Regras de roteamento : o Ingress usa regras para definir regras de roteamento e encaminhamento para tráfego externo. Você pode configurar o roteamento com base no caminho, nome do host, certificado TLS e muito mais.
• Proxy reverso : o Ingress atua como um proxy reverso, encaminhando solicitações para diferentes serviços de acordo com as regras de roteamento.
• Criptografia TLS : o Ingress oferece suporte à transmissão criptografada e segura de tráfego por meio de certificados TLS.

Práticas recomendadas para configurar o balanceamento de carga

Aqui estão algumas práticas recomendadas e cenários comuns ao configurar o balanceamento de carga:

• Usar Tipo de Serviço : Selecione o Tipo de Serviço apropriado de acordo com suas necessidades. O tipo ClusterIP é usado para balanceamento de carga dentro do cluster, o tipo NodePort permite acesso externo e o tipo LoadBalancer é adequado para balanceadores de carga em plataformas de nuvem.
• Configure o algoritmo de balanceamento de carga : selecione o algoritmo de balanceamento de carga apropriado de acordo com os requisitos do aplicativo. O Kubernetes fornece uma variedade de algoritmos de balanceamento de carga para escolher.
• Use um controlador Ingress : Escolha um controlador Ingress apropriado para gerenciar e rotear o tráfego externo. Controladores Ingress comuns incluem Nginx Ingress Controller, Traefik, HAProxy, etc.
• Segurança e TLS : Ative a criptografia TLS para tráfego externo para proteger as transferências de dados. Configure certificados e chaves para usar as políticas TLS Termination ou TLS Passthrough.

Ao configurar corretamente o balanceamento de carga e usar uma solução de balanceamento de carga apropriada, você pode obter alta disponibilidade, elasticidade e desempenho de aplicativos e fornecer aos usuários uma experiência de serviço estável.

Capítulo 5: Dimensionamento e alta disponibilidade

Neste capítulo, discutimos como dimensionar um cluster Kubernetes para lidar com a carga crescente e apresentamos algumas estratégias e técnicas para obter alta disponibilidade.

Estendendo um cluster do Kubernetes

À medida que a carga do aplicativo continua a crescer, dimensionar um cluster Kubernetes é fundamental para garantir o desempenho e a disponibilidade do aplicativo. Aqui estão algumas estratégias comuns de escala:

• Dimensionamento horizontal : dimensione horizontalmente o aplicativo aumentando o número de réplicas de pod. Isso pode ser obtido ajustando o número de cópias da implantação ou por mecanismos de dimensionamento automático. O dimensionamento horizontal permite que os aplicativos lidem com mais solicitações e alcancem o balanceamento de carga.
• Adicionando mais nós : Adicionar mais nós pode aumentar os recursos de computação e armazenamento do cluster para atender às necessidades do aplicativo. Você pode decidir quando adicionar nós com base na carga e no uso de recursos e usar ferramentas automatizadas para simplificar o gerenciamento e a implantação de nós.

A chave para dimensionar um cluster Kubernetes é equilibrar a utilização de recursos e a distribuição de carga. A alta disponibilidade e o dimensionamento de desempenho de aplicativos podem ser alcançados ajustando adequadamente o número de réplicas de pods e adicionando nós.

escalonamento automático

Neste capítulo, apresentaremos os mecanismos de dimensionamento automático no Kubernetes, incluindo conjuntos de réplicas e dimensionadores automáticos horizontais. O escalonamento automático é um mecanismo fundamental para obter resiliência e utilização eficiente de recursos.

conjunto de réplicas

Um conjunto de réplicas é um controlador no Kubernetes para criar e gerenciar várias réplicas de pod. Os conjuntos de réplicas podem ajustar automaticamente o número de réplicas de pod com base na carga e nas necessidades do aplicativo.

Com conjuntos de réplicas, você pode obter as seguintes funções:

• Expansão elástica : de acordo com o aumento da carga, o conjunto de réplicas pode aumentar automaticamente o número de réplicas do pod. Isso permite que o aplicativo lide com mais solicitações e satisfaça as necessidades do usuário.
• Contração elástica : quando a carga diminui, o conjunto de réplicas pode reduzir automaticamente o número de réplicas do pod. Isso pode evitar desperdício de recursos e melhorar a utilização de recursos.

Dimensionador automático horizontal

O horizontal Pod Autoscaler (HPA) é um controlador no Kubernetes que ajusta automaticamente o número de réplicas de pod com base em métricas e políticas.

O autoescalador horizontal funciona da seguinte maneira:

• Coleta de métricas : o dimensionador automático horizontal coleta periodicamente métricas relacionadas a recursos especificados, como uso de CPU ou uso de memória.
• Avaliação de métricas : com base nas métricas coletadas, o autoescalador horizontal avalia o uso atual de recursos e calcula o número necessário de réplicas de pod.
• Ajuste de réplica : o dimensionador automático horizontal ajusta o número de réplicas de pods no conjunto de réplicas com base na contagem de réplicas calculada.

As melhores práticas e estratégias para configurar o escalonamento automático incluem:

• Selecione o indicador apropriado : De acordo com as características e requisitos da aplicação, selecione o indicador apropriado para escalonamento automático. Métricas comuns incluem uso de CPU, uso de memória e taxa de transferência de solicitação.
• Definir valor de destino : defina um valor de destino apropriado com base nos requisitos de carga e desempenho do aplicativo. Esses valores de destino serão usados ​​para avaliar o uso atual de recursos e calcular o número de réplicas.
• Ajustes periódicos : verifique e ajuste periodicamente as configurações de dimensionamento automático. Otimize e ajuste as estratégias de dimensionamento automático com base nas alterações de carga e nos requisitos do aplicativo.

Ao configurar corretamente as políticas de escalonamento automático e definir valores de destino, você pode ajustar automaticamente o número de réplicas de pods de acordo com a carga, de modo a obter utilização eficiente de recursos e otimização do desempenho do aplicativo.

alta disponibilidade

Neste capítulo, discutiremos em detalhes como garantir a alta disponibilidade dos clusters Kubernetes e alguns conceitos e tecnologias importantes, como failover, recuperação de backup e recuperação automática de contêiner.

failover

Failover refere-se à capacidade do Kubernetes de migrar automaticamente as cargas de trabalho para outros nós íntegros em caso de falha do nó ou falha do aplicativo. A seguir estão os principais mecanismos para alcançar o failover:

• Conjuntos de réplicas : use conjuntos de réplicas para criar várias cópias de pods. Se um pod ou nó falhar, os conjuntos de réplicas criam automaticamente novas réplicas para garantir a disponibilidade do aplicativo.
• Afinidade e antiafinidade do nó : use regras de afinidade e antiafinidade do nó para controlar o agendamento de pods. Ao limitar os pods a nós específicos, você pode reduzir o impacto das falhas de nós em seu aplicativo.

recuperação de backup

A recuperação de backup é fundamental para garantir a integridade e capacidade de recuperação dos dados e configuração do cluster Kubernetes. Aqui estão alguns conceitos-chave e técnicas para recuperação de backup:

• backup do banco de dados etcd : o etcd é um dos principais componentes do Kubernetes e é responsável por armazenar o status e as informações de configuração do cluster. Faça backup regularmente do banco de dados etcd para garantir a confiabilidade e a recuperação dos dados.
• Gerenciamento de configuração : incorpore arquivos de configuração e arquivos de manifesto do Kubernetes no sistema de controle de versão e implemente uma estratégia de backup e recuperação para configurações. Isso garante uma recuperação rápida em caso de perda ou corrupção da configuração.

Recuperação automática de contêiner

A recuperação automática do contêiner significa que, quando um contêiner falha, o Kubernetes pode reiniciar ou substituir automaticamente o contêiner para garantir a operação contínua do aplicativo. A seguir estão alguns mecanismos-chave para a recuperação automática de contêineres:

• Recuperação automática de tempos de execução de contêineres : os tempos de execução de contêineres (como o Docker) fornecem mecanismos de recuperação automática que podem monitorar e gerenciar a integridade dos contêineres. Se um contêiner falhar, o tempo de execução do contêiner reiniciará automaticamente ou substituirá o contêiner.
• Verificação de integridade : Ao configurar o mecanismo de verificação de integridade do contêiner, o Kubernetes pode verificar periodicamente o status do contêiner e fazer as operações de recuperação correspondentes. As verificações de integridade podem ser baseadas em respostas de contêiner, status de execução ou regras personalizadas.

Ao implementar mecanismos de failover, recuperação de backup e recuperação automática de contêineres, você pode garantir que seu cluster Kubernetes seja altamente disponível e tolerante a falhas diante de falhas, garantindo assim a operação contínua de seus aplicativos.

Capítulo 6: Descoberta de rede e serviço

Neste capítulo, exploraremos o modelo de rede e os mecanismos de descoberta de serviços do Kubernetes. A rede e a descoberta de serviços são componentes-chave para permitir que aplicativos em contêineres se comuniquem e se interconectem.

Modelo de rede do Kubernetes

O Kubernetes fornece um modelo de rede flexível que permite a comunicação entre contêineres e permite conexões dentro e fora do cluster. A seguir estão os dois principais modelos de rede no Kubernetes:

• Rede de pods : a rede de pods é um modelo de rede no Kubernetes para comunicação entre contêineres. Os contêineres no mesmo pod podem se comunicar diretamente por meio de localhost sem roteamento de camada de rede.
• Rede de cluster : uma rede de cluster é um modelo de rede que conecta diferentes nós e pods em um cluster Kubernetes. Ele fornece uma maneira de os pods se comunicarem entre os nós e implementarem a descoberta de serviços e o balanceamento de carga.

Opções de plug-in de rede

O Kubernetes fornece uma variedade de opções de plug-in de rede para atender a diferentes necessidades e ambientes de rede. Aqui estão algumas opções comuns de plugins da web:

• Flannel : Flannel é um popular plug-in de rede do Kubernetes que usa redes virtuais para criar canais de comunicação entre pods. Ele suporta diferentes drivers de back-end, como VXLAN, UDP e Host-Gateway.
• Calico : Calico é um plug-in de rede poderoso que fornece rede e segurança de alto desempenho. Ele usa o protocolo BGP para implementar roteamento e política de rede e suporta isolamento de rede e regras de segurança de rede.
• Cilium : Cilium é um plug-in de rede e segurança para contêineres e microsserviços. Ele combina as funções da camada de rede e da camada de aplicação para fornecer roteamento de rede poderoso, balanceamento de carga e segurança.

Escolher o plug-in de rede certo depende das necessidades de seu aplicativo, ambiente de rede e requisitos de desempenho. Selecione o plug-in de rede apropriado de acordo com a situação real e configure-o e implemente-o de acordo com a documentação do plug-in.

Critérios de seleção de modelo de rede e práticas recomendadas

Ao escolher um modelo de rede e plug-ins, considere os seguintes fatores:

• Desempenho e escalabilidade : escolha plug-ins de rede com alto desempenho e escalabilidade para se adaptar ao crescimento da carga e às necessidades dos aplicativos.
• Segurança : Certifique-se de que o modelo de rede e os plug-ins selecionados fornecem segurança adequada para proteger a confidencialidade e a integridade dos aplicativos e dados.
• Suporte e documentação da comunidade : escolha modelos de rede e plug-ins que tenham amplo suporte da comunidade e documentação detalhada para suporte na configuração e solução de problemas.

Ao escolher o modelo de rede e os plug-ins apropriados, você pode criar um ambiente de rede estável, de alto desempenho e seguro e realizar a interconexão e comunicação de aplicativos de contêiner.

descoberta de serviço

Neste capítulo, discutiremos o mecanismo de descoberta de serviços no Kubernetes, incluindo DNS e Service. A descoberta de serviço é um componente chave para permitir a comunicação e o acesso entre aplicativos de contêiner.

DNS

Kubernetes usa DNS (Domain Name System) para implementar a nomenclatura e resolução de serviços internos. Por meio do DNS, você pode usar nomes de domínio fáceis de lembrar para acessar serviços no cluster.

Em um cluster Kubernetes, cada serviço recebe um registro DNS, que pode ser usado para acessar o serviço. Com o DNS, você pode obter as seguintes funções:

• Nomeação de serviço : atribua um nome de domínio exclusivo a cada serviço, para que outros contêineres ou serviços possam acessar o serviço por meio do nome de domínio.
• Resolução de serviço : use a função de resolução de DNS dentro do contêiner para resolver o nome de domínio do serviço para o endereço IP correspondente. Isso permite que os contêineres se comuniquem diretamente por meio de nomes de serviço.

Serviço

Serviço é uma abstração no Kubernetes para expor e acessar aplicativos. Ele fornece uma entrada de acesso estável para um grupo de pods e executa o balanceamento de carga automaticamente.

Com Service, você pode implementar as seguintes funções:

• Entrada de acesso estável : atribua um endereço IP virtual exclusivo (IP do cluster) a um grupo de pods, que é usado para acessar o serviço de dentro do cluster.
• Balanceamento de carga : o serviço distribuirá automaticamente as solicitações recebidas para os pods de back-end para obter o balanceamento de carga. Dessa forma, o acesso ao Serviço pode ser mantido mesmo que o número de Pods mude.
• Tipo de serviço : O serviço pode ter tipos diferentes, como ClusterIP, NodePort e LoadBalancer, para atender a diferentes requisitos de acesso.

Ao criar e configurar um serviço, você pode facilmente expor aplicativos e implementar comunicação e acesso entre contêineres.

Use o serviço para expor e acessar aplicativos

As etapas para expor e acessar aplicativos usando o Serviço são as seguintes:

1. Crie uma implantação ou pod para implantar seu aplicativo.
2. Crie um serviço e associe-o a uma implantação ou pod.
3. Selecione o tipo de serviço apropriado e configure o serviço de acordo com seus requisitos de acesso.
4. Acesse o aplicativo de dentro do cluster por meio do endereço IP virtual (Cluster IP) do Serviço.

Por meio dessas etapas, você pode usar o serviço para implementar o acesso e a comunicação do aplicativo e implementar o balanceamento de carga e a descoberta automática no pod de back-end.

Entrada

Neste capítulo, apresentaremos o controlador Ingress e o recurso Ingress no Kubernetes. A entrada permite acesso e roteamento de fora do cluster para serviços dentro do cluster.

Controlador de entrada

O controlador do Ingress é um componente usado para gerenciar os recursos do Ingress. Ele é responsável por rotear solicitações externas para serviços dentro do cluster. Diferentes controladores Ingress podem suportar diferentes funções e políticas de roteamento.

Os controladores Ingress comuns incluem:

• Nginx Ingress Controller : Um controlador Ingress baseado em Nginx que fornece funções de roteamento poderosas e opções de configuração flexíveis.
• Traefik : Traefik é um proxy reverso moderno e balanceador de carga que também pode ser usado como um controlador Ingress.
• HAProxy : HAProxy é um balanceador de carga de alto desempenho que pode ser usado como um controlador Ingress para gerenciar recursos Ingress.

Recursos de entrada

Os recursos de ingresso são regras e configurações usadas no Kubernetes para definir o acesso a serviços de fora do cluster. Ele define as regras de roteamento, configuração de TLS e outras opções necessárias para acessar o serviço.

Usando os recursos do Ingress, você pode obter as seguintes funções:

• Regras de roteamento : definem o caminho e o host da solicitação e a encaminham para um serviço específico.
• Configuração de TLS : configure um certificado e uma chave Secure Sockets Layer (TLS) para permitir o acesso a serviços por HTTPS.
• Balanceamento de carga : Ao definir vários serviços de back-end, o balanceamento de carga das solicitações é alcançado.

Práticas recomendadas e casos de uso comuns para configurar o Ingress

Ao configurar o Ingress, considere as seguintes práticas recomendadas e casos de uso comuns:

• Roteamento de caminho e host : use regras de roteamento de caminho e host para definir caminhos de acesso e serviços de destino para diferentes solicitações.
• Criptografia TLS : Configure certificados e chaves TLS para serviços que precisam ser acessados ​​via HTTPS para garantir a segurança da comunicação.
• Balanceamento de carga : Ao definir vários serviços de back-end no Ingress, o balanceamento de carga e a alta disponibilidade são alcançados.
• Host virtual baseado em nome : Use host virtual baseado em nome (Host Virtual) para implementar o roteamento e acesso de vários nomes de domínio.

Ao configurar corretamente os controladores Ingress e os recursos Ingress, você pode implementar acesso externo flexível e políticas de roteamento e fornecer melhor disponibilidade e desempenho para aplicativos.

política de rede

Neste capítulo, discutiremos políticas de rede no Kubernetes, que podem ser usadas para implementar segurança de rede e controle de acesso. Por meio de políticas de rede, você pode restringir a comunicação de rede entre os pods para garantir a segurança do cluster e proteger dados confidenciais.

O conceito de estratégia de rede

Uma política de rede é um conjunto de regras que definem as regras de comunicação de rede entre os pods. Ele determina o conjunto de pods aos quais a política se aplica, com base em rótulos e seletores, e especifica qual tráfego de rede deve ser permitido ou negado.

Com políticas de rede, você pode implementar as seguintes funções:

• Controle de acesso : restrinja a comunicação de rede entre pods e permita apenas a comunicação entre pods específicos.
• Isolamento seguro : garanta que os dados confidenciais só possam ser transferidos entre pods autorizados e evite o acesso não autorizado.

Recomendações para configuração de política de rede

Ao configurar políticas de rede, considere as seguintes recomendações:

• Regras de rede claramente definidas : defina regras claras para garantir que apenas pods autorizados possam se comunicar na rede.
• Princípio do menor privilégio : de acordo com o princípio do menor privilégio, apenas a comunicação necessária entre os pods é permitida e outras comunicações irrelevantes são restritas.
• Uso de rótulos e seletores : use rótulos e seletores para selecionar o conjunto de pods aos quais a política se aplica para garantir uma correspondência exata.
• Teste e verificação : antes de implantar políticas de rede, teste e verifique-as para garantir a correção e o efeito esperado das políticas.

Exemplos de políticas de rede

Veja a seguir um exemplo de política de rede que restringe a comunicação entre os pods:

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: allow-internal-communication
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: backend
  policyTypes:
    - Ingress
    - Egress
  ingress:
    - from:
        - podSelector:
            matchLabels:
              app: frontend
  egress:
    - to:
        - podSelector:
            matchLabels:
              app: frontend

Neste exemplo, a política permite a comunicação entre os app: frontendpods de front-end marcados com e os pods de back-end marcados com , mas restringe a comunicação entre outros pods.app: backend

Ao definir políticas de rede apropriadas, você pode obter controle refinado sobre o tráfego de rede em clusters Kubernetes, melhorando a segurança da rede e o controle de acesso.

Capítulo 7: Monitoramento e registro

Neste capítulo, discutiremos como instalar e configurar um sistema de monitoramento para monitorar o status, o desempenho e as anomalias de um cluster Kubernetes. O monitoramento é um componente crítico para garantir a integridade do seu cluster.

Monitorar clusters do Kubernetes

Para monitorar efetivamente um cluster do Kubernetes, você pode executar as seguintes etapas:

• Configure um sistema de monitoramento : selecione e configure um sistema de monitoramento apropriado para monitorar o status e o desempenho dos vários componentes e recursos do cluster. Ferramentas de monitoramento comuns incluem Prometheus, Grafana e DataDog.
• Definir indicadores de monitoramento : determine os principais indicadores que precisam ser monitorados, como uso de CPU, uso de memória, tráfego de rede e utilização de armazenamento. Essas métricas ajudarão você a entender a integridade e a utilização de recursos de seu cluster.
• Definir regras de alarme : defina regras de alarme e limites correspondentes de acordo com os requisitos de negócios. O sistema de monitoramento aciona alertas para notificá-lo quando determinadas métricas excedem os limites predefinidos.
• Visualize os dados de monitoramento : use o painel e as funções de visualização fornecidas pelas ferramentas de monitoramento para visualizar os dados de monitoramento para entender e analisar melhor o status e as tendências do cluster.

Ferramentas de monitoramento comumente usadas

Em um cluster Kubernetes, há uma variedade de ferramentas de monitoramento comumente usadas para escolher, como:

• Prometheus : Prometheus é um sistema de monitoramento de código aberto com um modelo de dados flexível e uma poderosa linguagem de consulta. Ele fornece recursos avançados de coleta e armazenamento de métricas.
• Grafana : Grafana é uma ferramenta popular de visualização de dados de código aberto que pode ser integrada a sistemas de monitoramento como o Prometheus para fornecer painéis e gráficos para exibir dados de monitoramento.
• DataDog : DataDog é uma plataforma de monitoramento e gerenciamento de logs nativa da nuvem que fornece monitoramento de indicadores em tempo real, coleta de logs e funções de alarme.

De acordo com suas necessidades e preferências, escolha uma ferramenta de monitoramento adequada, configure-a e integre-a de acordo com sua documentação.

Coleta e análise de logs

Nesta seção, descrevemos como definir e configurar um sistema de coleta de logs para registrar logs para um cluster Kubernetes e enfatizamos a importância da análise e solução de problemas de log.

Configurar um sistema de coleta de logs

Para instalar e configurar um sistema de coleta de logs, considere as seguintes etapas:

• Escolha uma ferramenta de coleta de log : Escolha uma ferramenta de coleta de log que atenda às suas necessidades. As ferramentas comuns incluem Elasticsearch, Fluentd, Logstash e Splunk.
• Configure um agente de coleta de log : configure um agente de coleta de log em cada nó no cluster, como Fluentd ou Logstash, para coletar dados de log de contêiner e host.
• Definir o formato de log : de acordo com sua aplicação e requisitos, defina o formato de log apropriado e o padrão para análise e consulta de log subsequentes.

Análise de log e solução de problemas

A análise de log e a solução de problemas são os principais links para garantir a operação normal do cluster. Ao analisar logs, você pode:

• Encontre problemas rapidamente : ao monitorar e analisar dados de log, você pode encontrar rapidamente erros e anormalidades no cluster e, em seguida, tomar as medidas correspondentes.
• Para solução de problemas : os dados de log são uma ótima fonte para solução de problemas. Ao analisar cuidadosamente os logs, você pode determinar as causas principais dos problemas e tomar as medidas apropriadas para resolvê-los.

monitoramento de aplicativos

Nesta seção, discutimos como configurar o monitoramento no nível do aplicativo e a coleta de métricas e fornecemos as melhores práticas para monitoramento e alerta em tempo real.

Configure o monitoramento de aplicativos

Para configurar o monitoramento no nível do aplicativo, você pode considerar as seguintes etapas:

• Defina os principais indicadores : de acordo com os requisitos do seu aplicativo, defina os principais indicadores e itens de monitoramento, como tempo de resposta da solicitação, taxa de erro e taxa de transferência.
• Escolha uma ferramenta de monitoramento : escolha uma ferramenta de monitoramento que atenda às suas necessidades, como Prometheus, DataDog ou New Relic. Essas ferramentas fornecem métricas e painéis de monitoramento avançados para rastrear o desempenho e o status do aplicativo.

Monitoramento e alertas em tempo real

Monitoramento e alerta em tempo real ajudam a identificar e resolver problemas de aplicativos em tempo hábil. Aqui estão algumas práticas recomendadas:

• Configurar regras de alerta : configure regras de alerta para monitorar alterações nas métricas com base nos limites e objetivos do aplicativo. Acione alertas e envie notificações quando as métricas ultrapassarem os limites predefinidos.
• Visualizações e painéis : obtenha visibilidade em tempo real do desempenho e do status do aplicativo usando painéis e visualizações fornecidas por ferramentas de monitoramento. Esses painéis podem ajudá-lo a identificar e resolver problemas rapidamente.

Ao configurar sistemas de coleta de log e monitoramento de aplicativos, você pode obter dados e métricas de log importantes para entender e monitorar melhor seu cluster Kubernetes e seus aplicativos.

Capítulo 8: Atualização e manutenção

Neste capítulo, discutiremos como atualizar e manter um cluster Kubernetes, incluindo tarefas importantes como gerenciamento de versões, atualizações contínuas, solução de problemas e restauração de backup.

Gerenciamento de versões do Kubernetes

O gerenciamento de versão do Kubernetes é um aspecto importante para garantir a operação segura e estável do cluster. Aqui estão algumas estratégias e práticas recomendadas para gerenciamento de versão:

• Entenda o ciclo de lançamento da versão : entenda o ciclo de lançamento da versão do Kubernetes e preste atenção aos lançamentos de novas versões regularmente. Um ciclo de lançamento pode incluir lançamentos principais e secundários.
• Seleção de versão e estratégia de atualização : Escolha a versão que se adapta à sua aplicação e necessidades e desenvolva uma estratégia de atualização. Normalmente, você pode escolher a versão estável ou a versão mais recente, dependendo de sua tolerância a riscos e necessidades de recursos.
• Teste e validação : Antes de atualizar, teste e verifique a compatibilidade e a estabilidade da nova versão em um ambiente que não seja de produção. Certifique-se de que seu aplicativo e componentes relacionados sejam compatíveis com a nova versão e que não haja problemas óbvios.
• Plano de backup e reversão : antes da atualização da versão, faça um plano de backup e reversão. Os backups podem ser usados ​​para restaurar os dados e a configuração do cluster, enquanto os planos de reversão garantem uma reversão rápida para um estado estável anterior se algo der errado durante uma atualização.

atualização contínua

Uma atualização contínua é um método de atualização gradual usado para atualizar suavemente um cluster Kubernetes de uma versão para outra. A seguir estão as principais etapas para uma atualização sem interrupção:

• Faça backup de dados e configuração : antes de fazer uma atualização sem interrupção, certifique-se de fazer backup de dados e configurações importantes no cluster. Dessa forma, se algo der errado, você pode reverter para um estado estável anterior.
• Atualize gradualmente os nós : atualize gradualmente os nós no cluster na ordem do plano de controle e plano de dados. Antes de atualizar cada nó, verifique se o nó anterior foi atualizado com êxito e se o estado do cluster está íntegro.
• Monitoramento e validação : durante o processo de atualização, monitore de perto o status e o desempenho do cluster. Verifique a estabilidade e a funcionalidade da nova versão e certifique-se de que o aplicativo esteja funcionando corretamente.

Solução de problemas e restauração de backup

Durante a manutenção de um cluster Kubernetes, falhas e problemas podem ser encontrados. Aqui estão algumas tarefas importantes para solução de problemas e recuperação de backup:

• Análise de log : ao solucionar problemas, analise cuidadosamente os dados de log do cluster para determinar a causa raiz do problema.
• Diagnóstico de Falhas : Use ferramentas e técnicas apropriadas de diagnóstico de falhas para localizar e diagnosticar falhas. Isso pode incluir a verificação da conectividade da rede, utilização de recursos, status do serviço e muito mais.
• Backup e recuperação : faça backup regularmente dos dados e da configuração do cluster e garanta a confiabilidade dos arquivos de backup. Quando necessário, restaure a partir do backup para restaurar o cluster a um estado estável anterior.

Com gerenciamento de versão eficaz, atualizações contínuas e estratégias de solução de problemas, você pode garantir a estabilidade e a confiabilidade de seu cluster Kubernetes.

atualização contínua

Uma atualização sem interrupção é um método de atualização incremental de um cluster Kubernetes para evitar interrupção de aplicativos e perda de dados. Durante o processo de atualização contínua, os nós no cluster serão atualizados um por um para garantir que cada nó seja atualizado sem problemas e que o status e as funções do cluster permaneçam em operação normal.

A seguir estão as etapas e recomendações gerais para atualizações contínuas:

1. Faça backup de dados e configuração : antes de fazer uma atualização sem interrupção, certifique-se de fazer backup de dados e configurações importantes no cluster. Dessa forma, mesmo que algo dê errado durante a atualização, você pode reverter para o estado estável anterior.
2. Seleção de versão : selecione a nova versão para atualizar. Ao escolher uma versão, é recomendável consultar a documentação oficial do Kubernetes e as discussões da comunidade para entender a estabilidade e os problemas conhecidos da versão.
3. Atualizar os nós um por um : Atualize os nós no cluster um por um em uma determinada ordem e etapas. Normalmente, os nós do plano de controle são atualizados primeiro, seguidos pelos nós de trabalho. Isso garante a estabilidade do plano de controle para manter o cluster funcionando enquanto atualiza os nós do trabalhador.
4. Manutenção do nó : antes de atualizar um nó, marque-o como não programável para evitar que novos pods sejam agendados no nó. Isso garante que os aplicativos em execução não sejam perturbados.
5. Atualizar os nós um por um : No modo de manutenção, atualize os nós um por um. Certifique-se de que o nó anterior foi atualizado com êxito e o status do cluster é normal antes de atualizar o próximo nó.
6. Monitoramento e validação : durante o processo de atualização, monitore de perto o status e o desempenho do cluster. Verifique a estabilidade e a funcionalidade da nova versão e certifique-se de que o aplicativo esteja funcionando corretamente.
7. Plano de reversão : antes de fazer uma atualização contínua, desenvolva um plano de reversão. Se algo der errado durante a atualização, você precisa ser capaz de reverter rapidamente para um estado estável anterior. Certifique-se de que os mecanismos de backup e recuperação sejam confiáveis.

Durante o processo de atualização sem interrupção, preste atenção aos seguintes pontos:

• Atualizar os nós um por um : evite atualizar vários nós ao mesmo tempo para reduzir o impacto no aplicativo. Atualizar os nós um a um reduz o risco de interrupções.
• Monitoramento e alerta : use ferramentas de monitoramento para monitorar o status e o desempenho do seu cluster. Configure regras de alerta para agir em tempo hábil quando anomalias são detectadas durante as atualizações.
• Teste de reversão : antes de fazer a atualização contínua real, faça um teste de reversão. Certifique-se de que o mecanismo de reversão seja confiável e possa restaurar a um estado estável anterior.

As atualizações contínuas são uma maneira prudente e eficaz de garantir atualizações suaves de clusters Kubernetes, minimizando a interrupção dos aplicativos e o risco de perda de dados.

solução de problemas

Ao manter e gerenciar um cluster Kubernetes, você pode encontrar várias falhas e problemas. Aqui estão algumas dicas e truques para resolver falhas e problemas comuns, bem como etapas e ferramentas para solução de problemas:

1. Análise de log : analise cuidadosamente os dados de log do cluster, especialmente os logs de componentes relacionados, para encontrar pistas de erros e condições anormais. O log ajuda a determinar a causa raiz de um problema.
2. Verifique a utilização de recursos : verifique a utilização de recursos dos nós e contêineres do cluster, como CPU, memória e armazenamento. Recursos insuficientes podem resultar em degradação ou erros no desempenho do aplicativo.
3. Solução de problemas de conexão de rede : verifique se a conexão de rede no cluster está normal. Certifique-se de que a comunicação de rede entre pods e serviços seja suave e verifique se as políticas de rede estão configuradas corretamente.
4. Verificação do status do serviço : verifique o status dos principais serviços e componentes, como API Server, Scheduler e Controller Manager. Verifique se eles estão em execução e se não há erros ou exceções.
5. Verificação de status do contêiner : verifique o status do contêiner, como status de execução, verificação de integridade e contagem de reinicializações. Se um contêiner não estiver funcionando corretamente, pode ser necessário reprogramar ou reiniciar o contêiner.
6. Usar ferramentas de diagnóstico : o Kubernetes fornece algumas ferramentas de diagnóstico, como a ferramenta de linha de comando kubectl e o painel do Kubernetes. Use essas ferramentas para obter o status e as informações do cluster e solucionar problemas.
7. Suporte e documentação da comunidade : consulte a documentação oficial e o suporte da comunidade do Kubernetes. A comunidade Kubernetes tem uma grande base de usuários e desenvolvedores experientes que podem fornecer ajuda e soluções valiosas.

As etapas de solução de problemas geralmente incluem o seguinte:

• Identifique o problema : com base nos relatórios do usuário ou no monitoramento do sistema, identifique os sintomas e efeitos específicos do problema.
• Colete informações : colete logs, métricas e informações de configuração relevantes para entender melhor o histórico e o contexto do problema.
• Analise o problema : analise as informações coletadas para encontrar a causa raiz do problema. A análise de problemas pode ser executada usando ferramentas de análise de log, ferramentas de monitoramento e ferramentas de linha de comando.
• Resolva o problema : de acordo com a causa raiz do problema, pegue a solução correspondente. Isso pode incluir o ajuste de configurações, reimplantação ou reparo de componentes relacionados.
• Verifique a solução : Depois de implementar a solução, verifique se o problema foi resolvido. Certifique-se de que os aplicativos e clusters sejam restaurados para operação normal.

Seguindo as etapas de solução de problemas e usando as ferramentas apropriadas, você pode resolver com mais eficiência falhas e problemas comuns em seu cluster Kubernetes.

backup e restauração

O backup e a recuperação são essenciais para a operação segura e confiável de um cluster Kubernetes. Os backups podem ser usados ​​para proteger os dados e a configuração do cluster, enquanto as operações de restauração podem restaurar o cluster a um estado anterior em caso de falha ou perda de dados.

Veja a seguir estratégias e recomendações gerais para fazer backup e restaurar clusters do Kubernetes:

estratégia de backup

• Backup de dados : faça backup regularmente dos dados no cluster, incluindo dados de armazenamento persistente de aplicativos, arquivos de configuração e informações de status do cluster. Isso pode ser obtido usando uma ferramenta de backup ou configurando instantâneos periódicos.
• Backup de configuração : faça backup dos arquivos de configuração do cluster, incluindo configuração do Kubernetes, configuração do volume de armazenamento, política de rede e configuração de segurança, etc. Esses arquivos de configuração registram as configurações e características do cluster e são uma parte importante da restauração do cluster.
• Armazenamento de backup : escolha uma solução de armazenamento de backup confiável e escalável para garantir a integridade e a capacidade de recuperação dos dados de backup. Isso pode incluir armazenamento local, armazenamento em nuvem ou sistemas de armazenamento distribuído.
• Estratégia de backup : Desenvolva uma estratégia de backup, incluindo frequência de backup, período de retenção e gerenciamento de armazenamento de backup. Determine um plano de backup apropriado com base nas necessidades de negócios e na confidencialidade dos dados.

estratégia de recuperação

• Teste de recuperação : Teste de recuperação periódico para verificar a integridade e a disponibilidade dos dados de backup. Certifique-se de que o arquivo de backup possa restaurar o cluster com êxito e trazê-lo de volta a um estado estável anterior.
• Recuperação de falha : Em caso de falha ou perda de dados, restaure as operações com base nos dados de backup. Isso pode incluir a recriação de pods perdidos, restauração de dados de armazenamento persistentes e configuração do aplicativo.
• Verificação de backup : após a restauração, verifique se o cluster restaurado voltou a um estado íntegro. Certifique-se de que os aplicativos e clusters sejam funcionais e execute os testes e validações necessários.

Automação e monitoramento

• Backups automatizados : use ferramentas e scripts automatizados para executar operações de backup para reduzir erros manuais e melhorar a consistência e a confiabilidade do backup.
• Monitorar backups : monitore o status e os resultados das operações de backup. Garanta a confiabilidade e a conclusão bem-sucedida do processo de backup, descubra e resolva problemas de backup em tempo hábil.

A chave para backup e recuperação é realizar operações de backup regularmente e garantir a integridade e disponibilidade dos dados de backup. Ao mesmo tempo, o processo de recuperação é continuamente testado para verificar a confiabilidade e eficácia da estratégia de backup.

Capítulo 9: Melhores práticas e perguntas frequentes

Práticas recomendadas de segurança

Garantir a segurança do seu cluster Kubernetes é fundamental. A seguir estão as melhores práticas e recomendações de configuração para proteger seu cluster Kubernetes:

1. Autenticação e autorização :
   • Use métodos de autenticação apropriados, como certificados, tokens ou integre com sistemas de autenticação existentes.
   • Configure regras de controle de acesso para garantir que apenas usuários e serviços autenticados possam acessar os recursos do cluster.
   • Use funções e permissões apropriadas para autorizar e gerenciar diferentes usuários e serviços.
2. Segurança na Internet :
   • Configure políticas de rede para restringir a comunicação entre pods e serviços para permitir apenas as conexões de rede necessárias.
   • Use plug-ins de rede e regras de grupo de segurança para implementar isolamento de rede e controle de tráfego.
   • Use criptografia de rede e Transport Layer Security (TLS) para proteger a transmissão de dados no cluster.
3. Segurança do contêiner :
   • Use imagens de contêiner confiáveis ​​e evite imagens de contêiner não verificadas ou inseguras.
   • Implemente mecanismos de assinatura e verificação de imagem de contêiner para garantir a integridade da imagem e a confiabilidade da fonte.
   • Configure o contexto de segurança do contêiner para limitar as permissões e o acesso do contêiner.
4. Gerenciamento de Vulnerabilidades :
   • Atualize e atualize regularmente os componentes do Kubernetes e as bibliotecas dependentes para corrigir vulnerabilidades conhecidas.
   • Use ferramentas de varredura de vulnerabilidade e ferramentas de auditoria de segurança para descobrir e resolver possíveis problemas de segurança em tempo hábil.
   • Envolva-se na comunidade de segurança do Kubernetes para obter os anúncios e recomendações de segurança mais recentes.
5. Auditoria e registro :
   • Habilite a auditoria para registrar operações e eventos de cluster para auditoria e solução de problemas.
   • Colete e analise centralmente logs de cluster para identificar comportamentos anormais e eventos de segurança.
6. Educação e Treinamento :
   • Treine os membros da equipe e o pessoal de operações para aumentar sua conscientização e compreensão da segurança do Kubernetes.
   • Realize exercícios regulares de segurança e testes de penetração para descobrir e corrigir possíveis vulnerabilidades de segurança.

Ao implementar essas práticas recomendadas de segurança, você pode melhorar a segurança do seu cluster Kubernetes e proteger dados e aplicativos confidenciais contra ameaças à segurança.

Gerenciamento de direitos e RBAC

No Kubernetes, o gerenciamento de permissões e funções são baseados no conceito de RBAC (Role-Based Access Control). Aqui estão as explicações e práticas recomendadas para configurar e gerenciar permissões e funções no Kubernetes:

1. Configurações de permissão :
   • Crie e defina funções (Roles) e vinculações de função (RoleBindings) para definir permissões para usuários, grupos ou contas de serviço.
   • Uma função define um conjunto de regras de permissão, enquanto uma vinculação de função associa uma função a um usuário ou grupo.
   • Use os objetos da API RBAC do Kubernetes, como Role, RoleBinding e ClusterRoleBinding, para definir e gerenciar permissões.
2. Papéis e vinculações de papéis :
   • Role (Role) define um conjunto de regras de permissão para controlar a operação dos recursos do Kubernetes.
   • A vinculação de função (RoleBinding) associa funções a usuários, grupos ou contas de serviço para conceder a eles as permissões correspondentes.
   • Certifique-se de atribuir privilégios mínimos a cada usuário ou grupo, seguindo o princípio do privilégio mínimo.
3. melhor prática :
   • Restrinja o acesso a recursos confidenciais, como aqueles no nível do nó, namespace e cluster.
   • Use namespaces para isolar e controlar o acesso aos recursos para garantir a segurança e o isolamento dos recursos.
   • Revise e atualize regularmente as configurações de permissão para acomodar as mudanças nas necessidades e funções de negócios.

Ao configurar e gerenciar permissões adequadamente, você pode garantir que os recursos e as operações em um cluster Kubernetes sejam protegidos adequadamente e apenas usuários autorizados possam acessar e operar.

gerenciamento de configurações

Gerenciar e definir a configuração de aplicativos em um cluster Kubernetes é uma tarefa importante. Aqui estão alguns métodos e ferramentas para gerenciar e definir a configuração do aplicativo em um cluster Kubernetes:

1. Arquivo de configuração :
   • Use arquivos de configuração no formato YAML ou JSON para definir e configurar os objetos de recurso do seu aplicativo, como implantação, serviço e ConfigMap.
   • Armazene arquivos de configuração em um repositório de código e use um sistema de controle de versão para gerenciar e rastrear alterações de configuração.
2. ConfigMap :
   • Use o objeto ConfigMap para armazenar e gerenciar os dados de configuração do seu aplicativo.
   • Um ConfigMap pode conter pares chave-valor, arquivos de propriedades ou arquivos de configuração inteiros.
   • Ao implantar o aplicativo, os dados de configuração no ConfigMap são injetados na variável de ambiente do contêiner ou montados como um volume.
3. Segredo :
   • Use objetos secretos para armazenar e gerenciar dados de configuração confidenciais, como senhas, certificados e chaves de API.
   • O objeto Secret criptografa dados confidenciais e garante que apenas usuários autorizados possam acessar e usar os dados.
4. Ferramentas de gerenciamento de configuração :
   • Use ferramentas de gerenciamento de configuração, como Helm, Kustomize ou outras, para simplificar e automatizar a implantação e o gerenciamento de configurações de aplicativos.
   • Essas ferramentas podem ajudar com modelagem de configuração, controle de versão e automação de implantação.

Por meio de um gerenciamento de configuração eficaz, a configuração do aplicativo pode ser facilmente gerenciada e atualizada, melhorando a confiabilidade e a capacidade de manutenção da implantação.

Problemas e soluções comuns

No gerenciamento de cluster do Kubernetes, existem alguns problemas e desafios comuns que podem ser encontrados. Aqui estão alguns problemas comuns com soluções e sugestões correspondentes:

1. Problema de agendamento :
   • Se um pod não puder ser agendado com êxito em um nó, pode ser devido a recursos insuficientes do nó ou a uma incompatibilidade do seletor de rótulos.
   • Verifique a utilização de recursos do nó e certifique-se de que o rótulo do nó corresponda ao seletor do pod.
2. Problema de rede :
   • Se os pods não conseguirem se comunicar com outros pods ou serviços, pode ser devido a problemas de política de rede ou de configuração do plug-in de rede.
   • Verifique a política de rede e a configuração do plug-in de rede para garantir que a conexão de rede esteja normal.
3. Problemas de armazenamento :
   • Se houver um problema com o armazenamento persistente de um aplicativo, pode ser devido a um volume de armazenamento mal configurado ou a um plug-in de armazenamento defeituoso.
   • Verifique a configuração e o status dos volumes de armazenamento, bem como os logs dos plug-ins de armazenamento, para encontrar a causa raiz do problema.
4. Problemas de desempenho :
   • Se o desempenho do seu aplicativo for degradado ou você tiver problemas de latência, pode ser devido a restrições de recursos impróprias ou contêineres mal configurados.
   • Verifique os limites de recursos do contêiner e as configurações de solicitação, bem como a configuração de tempo de execução do contêiner e faça os ajustes necessários.
5. Problemas de monitoramento e registro :
   • Se as métricas de monitoramento ou criação de log para o cluster não puderem ser obtidas, pode ser devido a erros de configuração de monitoramento e coleta de log ou falhas de componentes.
   • Verifique as configurações de monitoramento e coleta de log para garantir que os componentes estejam funcionando e acessíveis.

Ao entender problemas e desafios comuns e adotar soluções e recomendações apropriadas, você pode gerenciar e manter melhor os clusters Kubernetes, garantindo o tempo de atividade e a confiabilidade do aplicativo.

Este é o fim desta série de artigos. Espero que, com a introdução desses capítulos, você tenha uma compreensão mais profunda do gerenciamento e orquestração de cluster Kubernetes e possa aplicar esse conhecimento para gerenciar e manter seus próprios clusters.

Desejo-lhe sucesso em sua jornada no Kubernetes!

Citação:

• Documentação do Kubernetes

• Paisagem CNCF

• O guia ilustrado para crianças do Kubernetes

• Conceitos do Kubernetes