مقدمة إلى Kubernetes: كشف النقاب عن المفاهيم الرئيسية

Kubernetes
هي عبارة عن منصة تنسيق مفتوحة المصدر تتبع مبدأ “الحاويات” التي تتيح استخدام مكونات خادم الويب المرنة للتطبيقات المستندة إلى السحابة. يمكن نشر تطبيقات الويب والجوال باستخدام Kubernetes. يمكن تعريف تزامن الحاويات على أنه الحفاظ على إطار العمل المرن لخوادم الويب بطريقة آلية للتطبيقات المنقولة إلى الإنتاج. يمكن لفريق العمليات إنشاء موارد النظام التي يمكن تشغيلها تلقائيًا في حالة زيادة حركة مرور الويب لأي تطبيق خلال وقت الذروة ويمكنه إزالة موارد الخادم أثناء توقف التطبيق. بالنسبة لتطبيقات SaaS، يتم توفير قابلية التوسع لدعم ملايين المستخدمين في وقت واحد. دعونا نلقي نظرة على المراحل التالية التي أدت إلى نشأة Kubernetes.
النشر التقليدي:
في وقت سابق، اعتادت الشركات على تشغيل تطبيقات المؤسسات أو تطبيقات الويب المطورة على خوادم كمبيوتر ذات مستأجر واحد. لم تكن هناك فرصة لتحديد حدود لاستخدام الموارد في الخادم المثبت، وبسبب ذلك، كانت هناك مشاكل في تخصيص الموارد. على سبيل المثال، إذا تم نشر العديد من التطبيقات على نفس الخادم، فقد تكون هناك حالات يتم فيها استخدام تطبيق واحد لاستهلاك العديد من الموارد المتاحة، مما يؤدي إلى انخفاض أداء التطبيقات الأخرى. قد يكون الحل المفضل هو نشر تطبيقات مؤسسية مختلفة على خادم مختلف. ولكن نتيجة لذلك، قد تكون هناك فرصة لعدم استخدام الموارد بشكل كافٍ مما يؤدي إلى زيادة تكاليف إعداد البنية التحتية وتكاليف الصيانة.
النشر الافتراضي:
بالنظر إلى القيود المذكورة أعلاه، تمت صياغة المحاكاة الافتراضية. يتيح ذلك للمستخدمين تشغيل العديد من الأجهزة الافتراضية (VMs) على وحدة المعالجة المركزية المضيفة. وهو يسمح بتثبيت تطبيقات المؤسسات أو تطبيقات الويب المثبتة عن بُعد بين الأجهزة الافتراضية ويوفر أمانًا للتطبيقات، حيث لا يمكن نقل المعلومات بين التطبيقات المختلفة.
نظرًا لأن نظام التشغيل الضيف (OS) لديه نواة خاصة به ومجموعة من المكتبات والتبعيات الخاصة به، فإن هذه الأجهزة الافتراضية تستخدم جزءًا كبيرًا من موارد النظام. ترتبط التطبيقات المثبتة على الأجهزة الافتراضية بالأجهزة الأساسية، لذا فإن نقل جهاز افتراضي إلى جهاز آخر يتطلب تكوينات جديدة وأخطاء جديدة في التطبيقات وإعادة تثبيت البيئة بأكملها. كما يمكن أن تكون الآلات الافتراضية بطيئة في الإقلاع.
نشر الحاويات:
الحاويات مثل الآلات الافتراضية، لكنها تشترك في نفس نظام التشغيل (OS) بين التطبيقات. وبالتالي، تعتبر الحاويات خفيفة الوزن. نظرًا لأن الحاويات منفصلة عن أجهزة النظام، يمكن استخدامها عبر بيئات سحابية وأنظمة تشغيل مختلفة.
تعد الحاويات طريقة أفضل لحزم التطبيقات وتشغيلها. في بيئة الإنتاج، يوفر لنا Kubernetes إطار عمل يتعامل مع الحاويات من خلال تنفيذ أنماط قابلية التوسع والنشر، سواءً إعادة تشغيل الحاوية أو إضافة المزيد من الموارد. هناك طلب على الحاويات حاليًا بسبب ميزاتها الإضافية مثل تطوير التطبيقات الرشيقة ونشرها، و CI-CD، والخدمات الصغيرة المقترنة بشكل فضفاض، وعزل الموارد، وما إلى ذلك.
كيف تعمل Kubernetes:
نشأت Kubernetes التي يُشار إليها أيضًا باسم K8S من الكود الذي استخدمته Google لإدارة مراكز البيانات القابلة للتطوير مع منصة “بورغ”. وقدمت AWS أطر عمل خادم الويب المرن للجمهور مع إطلاق منصة EC2. يسمح Kubernetes للشركات بتنظيم الحاويات مثل EC2 ولكن باستخدام كود مفتوح المصدر. تقدم كل من Google و AWS و Azure ومضيفي السحابة العامة الرئيسيين الآخرين دعم Kubernetes لتنسيق خادم الويب السحابي. يمكن للعملاء استخدام Kubernetes للاستعانة بمصادر خارجية كاملة لمركز البيانات، أو تطبيقات الويب/الجوال، أو دعم SaaS، أو استضافة الويب السحابية، أو الحوسبة عالية الأداء.
في بيئة الإنتاج، يتعين على المطور/المسؤول توجيه الحاويات التي تنشر تطبيقات المؤسسة وضمان عدم تعطلها أثناء النشر. على سبيل المثال، إذا تعطلت حاوية ما، يجب بدء تشغيل حاوية أخرى. سيكون هذا أسهل إذا تم التعامل معه بواسطة نظام أو تقنية أخرى.
هكذا يمكننا استخدام Kubernetes لحل المشكلة المذكورة أعلاه. يوفر Kubernetes إطار عمل للمستخدمين لتشغيل الأنظمة الموزعة على نطاق واسع. فهو يدير قابلية التوسع والتوافر للتطبيقات التي يتم نشرها، ويوفر العديد من أنماط النشر والميزات الإضافية. على سبيل المثال، يمكن لـ Kubernetes التعامل مع النشر الكاناري للتطبيقات الموزعة في حاويات.
نظام تنسيق الحاويات هو إجراء لإدارة دورة حياة التطبيقات الموضوعة في حاوية عبر بيئة ما. إنه إطار عمل يسمح بأتمتة نشر وتوسيع نطاق العديد من الحاويات حسب الحاجة. يتم تشكيل العديد من الحاويات التي تنفذ نفس التطبيق كمجموعات. تعمل هذه الحاويات نفسها كنسخ متماثلة وتخدم موازنة التحميل لطلبات المستخدم النهائي. ثم يقوم منظم الحاويات بالإشراف على هذه المجموعات، والتأكد من أنها تعمل بالطريقة المطلوبة. هذا النظام هو المسؤول عن التعامل مع التطبيقات التي يتم نشرها عبر الحاويات. يقوم المنسق بالوظيفة المطلوبة إذا احتاجت الحاوية إلى إعادة تشغيل أو المزيد من الموارد.
ميزات Kubernetes:
اكتشاف الخدمة وموازنة التحميل: يوفر Kubernetes معلومات حول الحاوية التي تحتوي على نظام اسم المجال (DNS) أو عنوان IP. إذا كانت حركة مرور الحاوية عالية، يوفر هذا الإطار القدرة على موازنة التحميل وتوزيع حركة مرور الشبكة لتحقيق نشر مستقر.
تنسيق التخزين: يسمح هذا الإطار للمستخدمين بتنظيم نظام لتخزين البيانات من اختيارهم تلقائياً، مثل التخزين المحلي، أو مزود سحابي خاص أو عام، وغير ذلك.
أتمتة عمليات النشر والاسترجاع: يمكن للمستخدم تحديد الحالة المرغوبة للحاوية التي تم نشرها باستخدام Kubernetes، ويتم تغييرها إلى تلك الحالة بمعدل يمكن التحكم فيه. يمكن إجراء أتمتة العمليات لإنشاء حاويات جديدة لنشر تطبيقات الويب أو تطبيقات المؤسسات، وإزالة الحاويات غير المستخدمة، ونقل الموارد إلى الحاويات التي تم إنشاؤها حديثًا.
التعبئة التلقائية للحاويات: يوفر Kubernetes للمستخدمين مجموعة عقدة لتنفيذ الصور الموضوعة في الحاويات. يمكن للمستخدمين تحديد عدد وحدات المعالجة المركزية والذاكرة (RAM) اللازمة للحاويات المختلفة. كما يمكن أن يسمح بوضع الحاويات على عقد يحددها المستخدم للاستخدام الفعال للموارد.
المعالجة الذاتية: يمكن إعادة تشغيل الحاويات التي تفشل واستبدالها بواسطة Kubernetes. حتى أنه يوقف الحاوية التي لم تعمل استجابةً لفحص الصحة الذي يحدده المستخدم ولا يظهرها للمستخدمين حتى يتم تبسيط الحاويات للعمل.
إدارة السر والتكوين: يسمح Kubernetes للمستخدمين بتخزين ومعالجة البيانات الحساسة، مثل كلمات المرور ورموز الأمان ومفاتيح Secure Shell. على الرغم من إجراء التغييرات على مستوى التكوين، يمكن للمستخدمين نشر التطبيقات مباشرة، الأمر الذي لا يتطلب إعادة تشغيل الحاوية بأكملها.
الخلاصة:
تعد Kubernetes أداة رائعة لتنسيق التطبيقات المعبأة في حاويات. فهو يساعد على أتمتة المهمة الأكثر تعقيدًا لتوسيع نطاق التطبيق ديناميكيًا في الوقت الفعلي. تكمن المشكلة في K8s في أنه نظام معقد، وهو عيب عندما لا تعمل الأمور كما هو متوقع.
تعد مراقبة كل من تقنية Kubernetes وبيئات التطبيقات التي يتم تنسيقها أمرًا ضروريًا لضمان عمل كل شيء كما ينبغي أن يكون وتلقي مستخدمي التطبيق خدمة سريعة وخالية من الأخطاء. يجب أن يوفر حل المراقبة عرضًا موحدًا لمجموعة Kubernetes وتطبيقاتها المعبأة في حاويات. يجب أن يتحول باستمرار إلى البيئة المتطورة مع جدولة أعباء العمل عبر عقد متعددة. كما يجب أن يستوعب كميات هائلة من البيانات: السلاسل الزمنية والأحداث والسجلات وآثار الطلبات، ثم يلخصها إلى معلومات قابلة للتنفيذ.
بالنسبة لأولئك الذين يتطلعون إلى تعزيز مهاراتهم وإدارة هذه الأنظمة المعقدة بفعالية، تقدم SPOTO تدريباً على شهادة Docker و Kubernetes. سيساعدك هذا التدريب على إتقان الأدوات والتقنيات اللازمة للازدهار في عالم تنسيق الحاويات وإدارتها.