🥇कुबेरनेट्स के लिए ऑपरेटर्स: स्टेटफुल एप्लिकेशन कैसे चलाएं

कुबेरनेट्स में स्टेटफुल एप्लिकेशन के साथ समस्या

जब स्टेटलेस के रूप में वर्गीकृत मामलों की बात आती है, तो एप्लिकेशन और सेवाओं का कॉन्फ़िगरेशन, लॉन्च और आगे स्केलिंग आसान होती है। डेटा सहेजे बिना. कुबेरनेट्स में ऐसी सेवाओं को इसके मानक एपीआई का उपयोग करके चलाना सुविधाजनक है, क्योंकि सब कुछ "बॉक्स से बाहर" होता है: मानक कॉन्फ़िगरेशन के अनुसार, बिना किसी विशिष्टता या जादू को शामिल किए।

सीधे शब्दों में कहें तो, कंटेनरों के एक समूह में PHP/रूबी/पायथन में बैकएंड की पांच और प्रतियां लॉन्च करने के लिए, आपको केवल 5 बार एक नया सर्वर सेट करने और स्रोतों की प्रतिलिपि बनाने की आवश्यकता है। चूंकि स्रोत कोड और इनिट स्क्रिप्ट दोनों छवि में हैं, इसलिए स्टेटलेस एप्लिकेशन को स्केल करना पूरी तरह से प्राथमिक हो जाता है। जैसा कि कंटेनर और माइक्रोसर्विस आर्किटेक्चर के प्रशंसक अच्छी तरह से जानते हैं, कठिनाई यहीं से शुरू होती है स्टेटफुल ऐप्स, अर्थात। डेटाबेस और कैश (MySQL, PostgreSQL, Redis, ElasticSearch, Cassandra...) जैसे डेटा दृढ़ता के साथ। यह उन सॉफ़्टवेयर दोनों पर लागू होता है जो स्वतंत्र रूप से कोरम क्लस्टर लागू करते हैं (उदाहरण के लिए, पेरकोना एक्स्ट्राडीबी और कैसेंड्रा), और ऐसे सॉफ़्टवेयर जिनके लिए अलग प्रबंधन उपयोगिताओं की आवश्यकता होती है (जैसे कि Redis, MySQL, PostgreSQL...)।

कठिनाइयाँ उत्पन्न होती हैं क्योंकि स्रोत कोड और सेवा लॉन्च करना अब पर्याप्त नहीं है - आपको कुछ और कदम उठाने की आवश्यकता है। कम से कम, डेटा कॉपी करें और/या क्लस्टर में शामिल हों। अधिक सटीक रूप से, इन सेवाओं को डेटा हानि या अस्थायी अनुपलब्धता के बिना उन्हें ठीक से स्केल करने, अपडेट करने और पुन: कॉन्फ़िगर करने की समझ की आवश्यकता होती है। इन आवश्यकताओं को ध्यान में रखना "परिचालन ज्ञान" कहलाता है।

कोरओएस ऑपरेटर्स

परिचालन संबंधी ज्ञान को "प्रोग्राम" करने के लिए, पिछले वर्ष के अंत में CoreOS परियोजना शुरू की गई प्रस्तुत कुबेरनेट्स प्लेटफ़ॉर्म के लिए "सॉफ़्टवेयर का एक नया वर्ग" - ऑपरेटर्स (अंग्रेजी "ऑपरेशन" से, यानी "ऑपरेशन")।

कुबेरनेट्स (सहित) की मुख्य क्षमताओं का उपयोग और विस्तार करने वाले ऑपरेटर स्टेटफुलसेट्स, नीचे अंतर देखें) DevOps विशेषज्ञों को एप्लिकेशन कोड में परिचालन ज्ञान जोड़ने की अनुमति दें।

संचालक का उद्देश्य - उपयोगकर्ता को एक एपीआई प्रदान करें जो आपको कुबेरनेट्स क्लस्टर में कई स्टेटफुल एप्लिकेशन इकाइयों को प्रबंधित करने की अनुमति देता है, बिना यह सोचे कि हुड के नीचे क्या है (कौन सा डेटा और इसके साथ क्या करना है, क्लस्टर को बनाए रखने के लिए अभी भी किन आदेशों को निष्पादित करने की आवश्यकता है) ). वास्तव में, ऑपरेटर को क्लस्टर के भीतर एप्लिकेशन के साथ काम को यथासंभव सरल बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो उन परिचालन कार्यों के निष्पादन को स्वचालित करता है जिन्हें पहले मैन्युअल रूप से हल करना पड़ता था।

ऑपरेटर कैसे काम करते हैं

प्रतिकृति सेट कुबेरनेट्स आपको रनिंग पॉड्स की वांछित संख्या निर्दिष्ट करने की अनुमति देता है, और नियंत्रक यह सुनिश्चित करते हैं कि उनकी संख्या बनी रहे (पॉड्स बनाकर और हटाकर)। एक ऑपरेटर एक समान तरीके से काम करता है, एक मानक कुबेरनेट्स संसाधन और नियंत्रक में परिचालन ज्ञान का एक सेट जोड़ता है जो आपको आवश्यक संख्या में एप्लिकेशन संस्थाओं का समर्थन करने के लिए अतिरिक्त क्रियाएं करने की अनुमति देता है।

यह किस प्रकार भिन्न है स्टेटफुलसेट्स, उन अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है जिनके लिए क्लस्टर को डेटा स्टोरेज या स्टेटिक आईपी जैसे स्टेटफुल संसाधन प्रदान करने की आवश्यकता होती है? ऐसे अनुप्रयोगों के लिए, ऑपरेटर उपयोग कर सकते हैं स्टेटफुलसेट्स (के बजाय प्रतिकृति सेट) आधार के रूप में, भेंट अतिरिक्त स्वचालन: क्रैश होने की स्थिति में आवश्यक कार्रवाई करें, बैकअप बनाएं, कॉन्फ़िगरेशन अपडेट करें, आदि।

इस प्रकार, यह सब कैसे काम करता है? ऑपरेटर एक प्रबंधक डेमॉन है जो:

कुबेरनेट्स में इवेंट एपीआई की सदस्यता लेता है;
इससे सिस्टम के बारे में (इसके बारे में) डेटा प्राप्त होता है प्रतिकृति सेट, फली, सेवाएँ और इसी तरह।);
के बारे में डेटा प्राप्त करता है तृतीय पक्ष संसाधन (नीचे उदाहरण देखें);
उपस्थिति/परिवर्तन पर प्रतिक्रिया करता है तृतीय पक्ष संसाधन (उदाहरण के लिए, आकार बदलना, संस्करण बदलना, इत्यादि);
सिस्टम की स्थिति में परिवर्तन पर प्रतिक्रिया करता है (इसके बारे में)। प्रतिकृति सेट, फली, सेवाएँ और इसी तरह।);
सबसे महत्वपूर्ण:
1. कुबेरनेट्स एपीआई पर अपनी जरूरत की हर चीज बनाने के लिए कॉल करता है (फिर से, अपना)। प्रतिकृति सेट, फली, सेवाएँ...),
2. कुछ जादू करता है (सरल बनाने के लिए, आप सोच सकते हैं कि ऑपरेटर स्वयं पॉड्स में जाता है और कमांड को कॉल करता है, उदाहरण के लिए, किसी क्लस्टर में शामिल होने के लिए या किसी संस्करण को अपडेट करते समय डेटा प्रारूप को अपग्रेड करने के लिए)।

वास्तव में, जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, कुबेरनेट्स (एक नियमित) में एक अलग एप्लिकेशन जोड़ा जाता है तैनाती с प्रतिकृति), जिसे ऑपरेटर कहा जाता है। यह एक साधारण फली (आमतौर पर सिर्फ एक) में रहता है और, एक नियम के रूप में, केवल इसके लिए जिम्मेदार है नाम स्थान. यह ऑपरेटर एप्लिकेशन अपने एपीआई को लागू करता है - हालांकि सीधे नहीं, लेकिन इसके माध्यम से तृतीय पक्ष संसाधन कुबेरनेट्स में।

इस प्रकार, हमने निर्माण करने के बाद नाम स्थान ऑपरेटर, हम इसमें जोड़ सकते हैं तृतीय पक्ष संसाधन.

आदि के लिए उदाहरण (विवरण के लिए नीचे देखें):

apiVersion: etcd.coreos.com/v1beta1
kind: Cluster
metadata:
  name: example-etcd-cluster
spec:
  size: 3
  version: 3.1.0

इलास्टिक्स खोज के लिए उदाहरण:

apiVersion: enterprises.upmc.com/v1
kind: ElasticsearchCluster
metadata:
  name: example-es-cluster
spec:
  client-node-replicas: 3
  master-node-replicas: 2
  data-node-replicas: 3
  zones:
  - us-east-1c
  - us-east-1d
  - us-east-1e
  data-volume-size: 10Gi
  java-options: "-Xms1024m -Xmx1024m"
  snapshot:
    scheduler-enabled: true
    bucket-name: elasticsnapshots99
    cron-schedule: "@every 2m"
  storage:
    type: gp2
    storage-class-provisioner: kubernetes.io/aws-ebs

ऑपरेटरों के लिए आवश्यकताएँ

CoreOS ने ऑपरेटरों पर काम करते समय इंजीनियरों द्वारा प्राप्त मुख्य पैटर्न तैयार किए। इस तथ्य के बावजूद कि सभी ऑपरेटर व्यक्तिगत हैं (अपनी विशेषताओं और आवश्यकताओं के साथ एक विशिष्ट एप्लिकेशन के लिए बनाए गए), उनका निर्माण एक प्रकार के ढांचे पर आधारित होना चाहिए जो निम्नलिखित आवश्यकताओं को लागू करता है:

स्थापना एकल के माध्यम से की जानी चाहिए तैनाती: kubectl create -f SOME_OPERATOR_URL/deployment.yaml - और अतिरिक्त कार्रवाइयों की आवश्यकता नहीं है।
कुबेरनेट्स में ऑपरेटर स्थापित करते समय, एक नया तृतीय-पक्ष प्रकार बनाया जाना चाहिए (तृतीयपक्षसंसाधन). एप्लिकेशन इंस्टेंसेस (क्लस्टर इंस्टेंसेस) लॉन्च करने और उन्हें आगे प्रबंधित करने (संस्करणों को अपडेट करना, आकार बदलना आदि) के लिए, उपयोगकर्ता इस प्रकार का उपयोग करेगा।
जब भी संभव हो, आपको कुबेरनेट्स में निर्मित प्राइमेटिव्स का उपयोग करना चाहिए, जैसे सेवाएँ и प्रतिकृति सेटअच्छी तरह से परीक्षित और समझने योग्य कोड का उपयोग करना।
ऑपरेटरों की पश्चगामी संगतता और उपयोगकर्ता-निर्मित संसाधनों के पुराने संस्करणों के लिए समर्थन की आवश्यकता है।
यदि ऑपरेटर को हटा दिया जाता है, तो एप्लिकेशन को बिना किसी बदलाव के काम करना जारी रखना चाहिए।
उपयोगकर्ताओं को वांछित एप्लिकेशन संस्करण को परिभाषित करने और एप्लिकेशन संस्करण अपडेट को व्यवस्थित करने में सक्षम होना चाहिए। सॉफ़्टवेयर अपडेट की कमी परिचालन और सुरक्षा समस्याओं का एक सामान्य स्रोत है, इसलिए ऑपरेटरों को इस मामले में उपयोगकर्ताओं की सहायता करनी चाहिए।
ऑपरेटरों का परीक्षण कैओस मंकी जैसे टूल से किया जाना चाहिए, जो पॉड्स, कॉन्फ़िगरेशन और नेटवर्क में संभावित विफलताओं की पहचान करता है।

आदि ऑपरेटर

ऑपरेटर कार्यान्वयन उदाहरण - आदि ऑपरेटर, तैयार इस अवधारणा की घोषणा के दिन. कोरम बनाए रखने की आवश्यकता, क्लस्टर सदस्यता को पुन: कॉन्फ़िगर करने, बैकअप बनाने आदि की आवश्यकता के कारण आदि क्लस्टर कॉन्फ़िगरेशन जटिल हो सकता है। उदाहरण के लिए, एक आदि क्लस्टर को मैन्युअल रूप से स्केल करने का मतलब है कि आपको एक नए क्लस्टर सदस्य के लिए एक DNS नाम बनाना होगा, एक नई आदि इकाई शुरू करनी होगी, और नए सदस्य के बारे में क्लस्टर को सचेत करना होगा (आदिdctl सदस्य जोड़ें). ऑपरेटर के मामले में, उपयोगकर्ता को केवल क्लस्टर आकार बदलने की आवश्यकता होगी - बाकी सब कुछ स्वचालित रूप से होगा।

और चूंकि वगैरह भी CoreOS में बनाया गया था, इसलिए इसके ऑपरेटर को पहले देखना काफी तर्कसंगत था। वह कैसे काम करता है? ऑपरेटर तर्क आदि तीन घटकों द्वारा निर्धारित होता है:

निरीक्षण। ऑपरेटर कुबेरनेट्स एपीआई का उपयोग करके क्लस्टर की स्थिति की निगरानी करता है।
विश्लेषण। वर्तमान स्थिति और वांछित (उपयोगकर्ता कॉन्फ़िगरेशन द्वारा परिभाषित) के बीच अंतर ढूँढता है।
कार्रवाई। आदि और/या कुबेरनेट्स सेवा एपीआई का उपयोग करके पाए गए मतभेदों को हल करता है।

इस तर्क को लागू करने के लिए ऑपरेटर में फ़ंक्शन तैयार किए गए हैं बनाएं/नष्ट करें (आदि क्लस्टर सदस्यों को बनाना और हटाना) और आकार बदलें (क्लस्टर सदस्यों की संख्या में परिवर्तन)। इसके संचालन की शुद्धता को नेटफ्लिक्स से कैओस मंकी की समानता में बनाई गई उपयोगिता का उपयोग करके जांचा गया था, अर्थात। आदि पॉड्स को बेतरतीब ढंग से मारना।

आदि के पूर्ण संचालन के लिए, ऑपरेटर अतिरिक्त सुविधाएँ प्रदान करता है: बैकअप (बैकअप प्रतियों का स्वचालित और उपयोगकर्ताओं के लिए अदृश्य निर्माण - कॉन्फ़िगरेशन में यह निर्धारित करने के लिए पर्याप्त है कि उन्हें कितनी बार बनाना है और कितने को संग्रहीत करना है - और बाद में उनसे डेटा की बहाली) और नवीनीकरण (डाउनटाइम के बिना आदि इंस्टॉलेशन को अपडेट करना)।

एक ऑपरेटर के साथ काम करना कैसा दिखता है?

$ kubectl create -f https://coreos.com/operators/etcd/latest/deployment.yaml
$ kubectl create -f https://coreos.com/operators/etcd/latest/example-etcd-cluster.yaml
$ kubectl get pods
NAME                             READY     STATUS    RESTARTS   AGE
etcd-cluster-0000                1/1       Running   0          23s
etcd-cluster-0001                1/1       Running   0          16s
etcd-cluster-0002                1/1       Running   0          8s
etcd-cluster-backup-tool-rhygq   1/1       Running   0          18s

Etcd ऑपरेटर की वर्तमान स्थिति एक बीटा संस्करण है, जिसे चलाने के लिए Kubernetes 1.5.3+ और Etcd 3.0+ की आवश्यकता होती है। स्रोत कोड और दस्तावेज़ीकरण (उपयोग के लिए निर्देशों सहित) यहां उपलब्ध हैं GitHub.

CoreOS से एक और उदाहरण कार्यान्वयन बनाया गया है - प्रोमेथियस ऑपरेटर, लेकिन यह अभी भी अल्फा संस्करण में है (सभी नियोजित सुविधाएँ लागू नहीं की गई हैं)।

स्थिति और संभावनाएँ

कुबेरनेट्स ऑपरेटर्स की घोषणा को 5 महीने बीत चुके हैं। आधिकारिक CoreOS रिपॉजिटरी (etcd और Prometheus के लिए) में अभी भी केवल दो कार्यान्वयन उपलब्ध हैं। दोनों अभी तक अपने स्थिर संस्करण तक नहीं पहुंचे हैं, लेकिन प्रतिबद्धताएं दैनिक आधार पर देखी जाती हैं।

डेवलपर्स "एक ऐसे भविष्य की कल्पना करते हैं जिसमें उपयोगकर्ता अपने कुबेरनेट्स क्लस्टर पर पोस्टग्रेज ऑपरेटर्स, कैसेंड्रा ऑपरेटर्स या रेडिस ऑपरेटर्स इंस्टॉल करेंगे और इन एप्लिकेशन की स्केलेबल इकाइयों के साथ उतनी ही आसानी से काम करेंगे जितनी आसानी से आज स्टेटलेस वेब एप्लिकेशन की प्रतिकृतियां तैनात कर रहे हैं।" पहला तीसरे पक्ष के डेवलपर्स से ऑपरेटर वास्तव में दिखाई देने लगा:

इलास्टिक्स खोज ऑपरेटर यूपीएमसी एंटरप्राइजेज से;
पोस्टग्रेएसक्यूएल ऑपरेटर क्रंची डेटा से (मार्च 2017 के अंत में घोषित);
रूक संचालक सेफ पर आधारित वितरित डेटा भंडारण प्रणाली के लेखकों से (रूक अल्फा स्थिति में है);
ओपनस्टैक ऑपरेटर्स SAP CCloud से.

ब्रुसेल्स में फरवरी 2017 में हुए सबसे बड़े यूरोपीय मुफ्त सॉफ्टवेयर सम्मेलन FOSDEM में, CoreOS के जोश वुड ने ऑपरेटरों की घोषणा की रिपोर्ट (लिंक पर एक वीडियो उपलब्ध है!), जिसे व्यापक ओपन सोर्स समुदाय में इस अवधारणा की लोकप्रियता बढ़ाने में योगदान देना चाहिए।

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स्रोत: www.habr.com

कुबेरनेट्स के लिए ऑपरेटर: स्टेटफुल एप्लिकेशन कैसे चलाएं