कुबेरनेट्स वर्कर नोड्स: कई छोटे या कई बड़े?

कुबेरनेट्स क्लस्टर बनाते समय, प्रश्न उठ सकते हैं: मुझे कितने कार्यकर्ता नोड्स स्थापित करने चाहिए और किस प्रकार के? ऑन-प्रिमाइसेस क्लस्टर के लिए क्या बेहतर है: कई शक्तिशाली सर्वर खरीदना या अपने डेटा सेंटर में एक दर्जन पुरानी मशीनों का उपयोग करना? और क्लाउड में, क्या आठ सिंगल-कोर या दो क्वाड-कोर इंस्टैंस लेना बेहतर है?

इन सवालों के जवाब इस लेख में हैं डैनियल वेइबेल, सॉफ्टवेयर इंजीनियर और शैक्षणिक परियोजना लर्न्क8एस के शिक्षक टीम के अनुवाद में Mail.ru से Kubernetes aaS.

क्लस्टर क्षमता

सामान्यतः, कुबेरनेट्स क्लस्टर को एक बड़े "सुपरनोड" के रूप में माना जा सकता है। इसकी कुल कंप्यूटिंग शक्ति इसके सभी घटक नोड्स की शक्तियों का योग है।

किसी क्लस्टर की वांछित लक्ष्य क्षमता प्राप्त करने के कई तरीके हैं। उदाहरण के लिए, हमें 8 प्रोसेसर कोर और 32 जीबी रैम की कुल क्षमता वाले क्लस्टर की आवश्यकता है क्योंकि अनुप्रयोगों के सेट को इतनी मात्रा में संसाधनों की आवश्यकता होती है। फिर आप 16 जीबी मेमोरी वाले दो नोड्स या 8 जीबी मेमोरी वाले चार नोड्स, दो क्वाड-कोर प्रोसेसर या चार दोहरे-कोर प्रोसेसर स्थापित कर सकते हैं।

क्लस्टर बनाने के दो संभावित तरीके यहां दिए गए हैं:

दोनों विकल्प समान क्षमता वाला क्लस्टर प्रदान करते हैं, लेकिन निचले कॉन्फ़िगरेशन में चार छोटे नोड होते हैं, जबकि शीर्ष कॉन्फ़िगरेशन में दो बड़े नोड होते हैं।

कौन सा विकल्प बेहतर है?

इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, आइए दोनों विकल्पों के लाभों पर नजर डालें। हमने उन्हें एक तालिका में संक्षेपित किया है।

कई बड़े नोड्स

बहुत सारी छोटी-छोटी गांठें

आसान क्लस्टर प्रबंधन (यदि यह ऑन-प्रिमाइसेस है)

सुचारू ऑटोस्केलिंग

सस्ता (यदि ऑन-प्रिमाइसेस हो)

कीमत में ज्यादा अंतर नहीं है (क्लाउड में)

आप संसाधन-गहन अनुप्रयोग चला सकते हैं

पूर्ण प्रतिकृति

संसाधनों का अधिक कुशलता से उपयोग किया जाता है (सिस्टम डेमॉन पर कम ओवरहेड)
उच्चतर क्लस्टर दोष सहिष्णुता

कृपया ध्यान दें कि हम केवल कार्यशील नोड्स के बारे में बात कर रहे हैं। मास्टर नोड्स की संख्या और आकार का चयन एक पूरी तरह से अलग विषय है।

तो, आइए तालिका के प्रत्येक बिंदु पर अधिक विस्तार से चर्चा करें।

विकल्प 1: कई बड़े नोड्स

सबसे चरम विकल्प संपूर्ण क्लस्टर क्षमता के लिए एक कार्यकर्ता नोड है। उपरोक्त उदाहरण में, यह 16 CPU कोर और 16 GB RAM वाला एक कार्यकर्ता नोड होगा।

पेशेवरों

प्लस # 1. नियंत्रण करना आसान
संपूर्ण बेड़े की तुलना में कुछ कारों का प्रबंधन करना आसान है। अपडेट और फ़िक्सेस को तेज़ी से जारी करें, आसानी से समन्वयित करें। पूर्ण संख्या में विफलताओं की संख्या भी कम है।

कृपया ध्यान दें कि उपरोक्त सभी बातें आपके अपने हार्डवेयर, आपके अपने सर्वर पर लागू होती हैं, क्लाउड इंस्टैंस पर नहीं।

क्लाउड में स्थिति भिन्न है। वहां, प्रबंधन का कार्य क्लाउड सेवा प्रदाता द्वारा किया जाता है। इस प्रकार, क्लाउड में दस नोड्स का प्रबंधन करना एक नोड के प्रबंधन से बहुत अधिक भिन्न नहीं है।

क्लाउड में पॉड्स के बीच ट्रैफ़िक रूटिंग और लोड संतुलन स्वचालित रूप से किया जाता हैइंटरनेट से आने वाले ट्रैफ़िक को मुख्य लोड बैलेंसर पर निर्देशित किया जाता है, जो ट्रैफ़िक को नोड्स में से एक के पोर्ट पर निर्देशित करता है (नोडपोर्ट सेवा प्रत्येक क्लस्टर नोड पर 30000-32767 की सीमा में एक पोर्ट सेट करती है)। Kube-प्रॉक्सी द्वारा निर्धारित नियम ट्रैफ़िक को नोड से पॉड तक पुनर्निर्देशित करते हैं। दो नोड्स पर दस पॉड्स के लिए यह कैसा दिखता है:

प्लस #2: प्रति नोड कम लागत
एक शक्तिशाली कार अधिक महंगी होती है, लेकिन मूल्य वृद्धि आवश्यक रूप से रैखिक नहीं होती। दूसरे शब्दों में, 10 जीबी मेमोरी वाला एक दस-कोर सर्वर आमतौर पर समान मेमोरी वाले दस सिंगल-कोर सर्वरों से सस्ता होता है।

लेकिन कृपया ध्यान रखें कि यह नियम आमतौर पर क्लाउड सेवाओं में काम नहीं करता है। सभी प्रमुख क्लाउड प्रदाताओं की वर्तमान मूल्य निर्धारण योजनाओं में, कीमतें क्षमता के साथ रैखिक रूप से बढ़ती हैं।

इसलिए क्लाउड में, आप आमतौर पर अधिक शक्तिशाली सर्वर पर पैसा नहीं बचा सकते।

प्रो #3: आप संसाधन-गहन अनुप्रयोग चला सकते हैं
कुछ अनुप्रयोगों को क्लस्टर में शक्तिशाली सर्वर की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, यदि किसी मशीन लर्निंग सिस्टम को 8GB मेमोरी की आवश्यकता है, तो आप इसे 1GB नोड्स पर तब तक नहीं चला पाएंगे, जब तक आपके पास कम से कम एक बड़ा वर्कर नोड न हो।

विपक्ष

विपक्ष #1: प्रति नोड बहुत अधिक पॉड
यदि एक ही कार्य कम नोड्स पर किया जाता है, तो स्वाभाविक रूप से उनमें से प्रत्येक में अधिक पॉड होंगे।

यह एक समस्या हो सकती है.

इसका कारण यह है कि प्रत्येक पॉड कंटेनर रनटाइम (जैसे डॉकर) के साथ-साथ क्यूबलेट और सीएडवाइजर पर कुछ ओवरहेड लागू करता है।

उदाहरण के लिए, क्यूबलेट नियमित रूप से एक नोड पर सभी कंटेनरों की उत्तरजीविता की जांच करता है - जितने अधिक कंटेनर होंगे, क्यूबलेट को उतना ही अधिक काम करना होगा।

CAdvisor एक नोड पर सभी कंटेनरों से संसाधन उपयोग के आंकड़े एकत्र करता है, और क्यूबलेट नियमित रूप से इस जानकारी की जांच करता है और इसे API के माध्यम से प्रदान करता है। पुनः, जितने अधिक कंटेनर होंगे, cAdvisor और kubelet दोनों के लिए उतना ही अधिक काम होगा।

यदि मॉड्यूलों की संख्या बढ़ जाती है, तो इससे सिस्टम धीमा हो सकता है और इसकी विश्वसनीयता भी कम हो सकती है।

Kubernetes रिपोजिटरी में, कुछ शिकायत की, नोड्स रेडी/नॉटरेडी स्थितियों के बीच कूदते रहते हैं क्योंकि नोड पर सभी कंटेनरों की नियमित क्यूबलेट जांच में बहुत अधिक समय लगता है।
इस कारण से, कुबेरनेट्स प्रति नोड 110 से अधिक पॉड न रखने की अनुशंसा की जाती है. नोड प्रदर्शन के आधार पर, आप प्रति नोड अधिक पॉड चला सकते हैं, लेकिन यह अनुमान लगाना कठिन है कि क्या समस्याएं होंगी या सब कुछ ठीक चलेगा। कार्य का पहले से परीक्षण करना उचित है।

माइनस #2. प्रतिकृति सीमा
बहुत कम नोड्स अनुप्रयोग प्रतिकृति की प्रभावी डिग्री को सीमित करते हैं। उदाहरण के लिए, यदि आपके पास पांच प्रतिकृतियों वाला एक उच्च उपलब्धता वाला अनुप्रयोग है, लेकिन केवल दो नोड्स हैं, तो अनुप्रयोग की प्रभावी प्रतिकृति डिग्री घटकर दो हो जाती है।

पांच प्रतिकृतियां केवल दो नोड्स में वितरित की जा सकती हैं, और यदि उनमें से एक विफल हो जाती है, तो यह तुरंत कई प्रतिकृतियों को हटा देती है।

यदि आपके पास पांच या अधिक नोड हैं, तो प्रत्येक प्रतिकृति एक अलग नोड पर चलेगी, और एक नोड विफलता से अधिकतम एक प्रतिकृति नष्ट होगी।

इस प्रकार, उच्च उपलब्धता आवश्यकताओं के लिए क्लस्टर में नोड्स की एक निश्चित न्यूनतम संख्या की आवश्यकता हो सकती है।

माइनस #3. असफलता के बदतर परिणाम
नोड्स की कम संख्या के कारण, प्रत्येक विफलता के अधिक गंभीर परिणाम होते हैं। उदाहरण के लिए, यदि आपके पास केवल दो नोड हैं और उनमें से एक विफल हो जाता है, तो आपके आधे मॉड्यूल एक बार में गायब हो जाएंगे।

बेशक, Kubernetes असफल नोड से कार्यभार को अन्य नोड पर स्थानांतरित कर देगा। लेकिन यदि उनकी संख्या कम होगी, तो पर्याप्त मुक्त क्षमता नहीं होगी। परिणामस्वरूप, आपके कुछ अनुप्रयोग तब तक अनुपलब्ध रहेंगे जब तक आप विफल नोड को वापस नहीं लाते।

इस प्रकार, जितने अधिक नोड्स होंगे, हार्डवेयर विफलता का प्रभाव उतना ही कम होगा।

माइनस #4. अधिक ऑटोस्केलिंग चरण
कुबेरनेट्स क्लाउड इंफ्रास्ट्रक्चर के लिए क्लस्टर ऑटोस्केलिंग सिस्टम प्रदान करता है, जिससे वर्तमान आवश्यकताओं के आधार पर नोड्स को स्वचालित रूप से जोड़ा या हटाया जा सकता है। बड़े नोड्स के साथ, ऑटोस्केलिंग अधिक अनियमित और भद्दी हो जाती है। उदाहरण के लिए, दो नोड्स पर एक अतिरिक्त नोड जोड़ने से क्लस्टर क्षमता एक बार में 50% बढ़ जाएगी। और आपको इन संसाधनों के लिए भुगतान करना होगा, भले ही आपको उनकी आवश्यकता न हो।

इसलिए, यदि आप क्लस्टर ऑटोस्केलिंग का उपयोग करने की योजना बनाते हैं, तो नोड्स जितने छोटे होंगे, आपको उतनी ही अधिक लचीली और लागत प्रभावी स्केलिंग मिलेगी।

अब आइए बड़ी संख्या में छोटे नोड्स होने के फायदे और नुकसान पर नजर डालें।

विकल्प 2: कई छोटे नोड्स

इस दृष्टिकोण के लाभ मूलतः कई बड़े नोड्स वाले विपरीत विकल्प के नुकसानों से जुड़े हैं।

पेशेवरों

प्रो #1: विफलता का कम प्रभाव
जितने अधिक नोड होंगे, प्रत्येक नोड पर उतने ही कम पॉड होंगे। उदाहरण के लिए, यदि आपके पास दस नोड्स पर सौ मॉड्यूल हैं, तो प्रत्येक नोड में औसतन दस मॉड्यूल होंगे।

इसलिए यदि एक नोड विफल हो जाता है, तो आप अपने कार्यभार का केवल 10% खोते हैं। यह सम्भावना है कि केवल कुछ ही प्रतिकृतियां प्रभावित होंगी तथा सम्पूर्ण अनुप्रयोग कार्यात्मक बने रहेंगे।

इसके अतिरिक्त, शेष नोड्स में विफल नोड के कार्यभार को संभालने के लिए पर्याप्त अतिरिक्त क्षमता होगी, इसलिए कुबेरनेट्स स्वतंत्र रूप से पॉड्स को पुनर्निर्धारित कर सकता है और आपके अनुप्रयोग अपेक्षाकृत जल्दी वापस चालू हो जाएंगे।

प्लस #2: अच्छी प्रतिकृति
यदि पर्याप्त नोड्स हैं, तो कुबेरनेट्स शेड्यूलर सभी प्रतिकृतियों को अलग-अलग नोड्स असाइन कर सकता है। इस तरह, यदि कोई नोड विफल हो जाता है, तो केवल एक प्रतिकृति प्रभावित होगी और एप्लिकेशन उपलब्ध रहेगा।

विपक्ष

माइनस #1: नियंत्रण करना अधिक कठिन
बड़ी संख्या में नोड्स का प्रबंधन करना अधिक कठिन होता है। उदाहरण के लिए, प्रत्येक कुबेरनेट्स नोड को अन्य सभी के साथ संवाद करना होगा, जिसका अर्थ है कि कनेक्शनों की संख्या द्विघात रूप से बढ़ती है, और इन सभी कनेक्शनों को ट्रैक करने की आवश्यकता होती है।

कुबेरनेट्स नियंत्रक प्रबंधक में नोड नियंत्रक नियमित रूप से क्लस्टर के सभी नोड्स की जांच करता है ताकि उनके स्वास्थ्य की जांच की जा सके - जितने अधिक नोड्स होंगे, नियंत्रक पर उतना अधिक भार होगा।

etcd डेटाबेस पर लोड भी बढ़ रहा है - प्रत्येक kubelet और kube-proxy कॉल चौकीदार etcd के लिए (एपीआई के माध्यम से) जिसके लिए etcd को ऑब्जेक्ट अपडेट प्रसारित करना चाहिए।

सामान्यतः, प्रत्येक कार्यकर्ता नोड, मुख्य नोड्स के सिस्टम घटकों पर अतिरिक्त भार डालता है।

Kubernetes आधिकारिक तौर पर क्लस्टर का समर्थन करता है नोड्स की संख्या 5000 तक. हालाँकि, व्यवहार में पहले से ही 500 नोड्स हैं गैर-तुच्छ समस्याएं पैदा हो सकती हैं.

बड़ी संख्या में कार्यकर्ता नोड्स का प्रबंधन करने के लिए, अधिक कुशल मास्टर नोड्स का चयन किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, क्यूब-अप स्वचालित रूप से स्थापित होता है कार्यकर्ता नोड्स की संख्या के आधार पर मास्टर नोड के लिए सही VM आकार। अर्थात्, जितने अधिक कार्यशील नोड होंगे, मुख्य नोड उतने ही अधिक उत्पादक होंगे।

इन विशिष्ट समस्याओं को हल करने के लिए विशेष विकास किए गए हैं, जैसे वर्चुअल क्यूबलेट. यह प्रणाली आपको प्रतिबंधों को दरकिनार करने और बड़ी संख्या में कार्यशील नोड्स के साथ क्लस्टर बनाने की अनुमति देती है।

विपक्ष #2: अधिक ओवरहेड
प्रत्येक कार्यकर्ता नोड पर, Kubernetes सिस्टम डेमॉन का एक सेट चलाता है - इनमें कंटेनर रनटाइम (जैसे Docker), kube-proxy और kubelet, cAdvisor सहित शामिल हैं। कुल मिलाकर वे एक निश्चित मात्रा में संसाधनों का उपभोग करते हैं।

यदि आपके पास कई छोटे नोड हैं, तो प्रत्येक नोड पर इस ओवरहेड का हिस्सा बड़ा होगा। उदाहरण के लिए, कल्पना करें कि एक नोड पर सभी सिस्टम डेमॉन मिलकर 0,1 सीपीयू कोर और 0,1 जीबी मेमोरी का उपयोग करते हैं। यदि आपके पास 10 जीबी मेमोरी वाला एक 1-कोर नोड है, तो डेमॉन क्लस्टर क्षमता का 1% उपभोग करता है। दूसरी ओर, 10 जीबी मेमोरी वाले दस सिंगल-कोर नोड्स पर, डेमॉन क्लस्टर क्षमता का XNUMX% हिस्सा ले लेंगे।

इस प्रकार, जितने कम नोड्स होंगे, बुनियादी ढांचे का उपयोग उतनी ही अधिक कुशलता से किया जाएगा।

माइनस #3: संसाधनों का अकुशल उपयोग
छोटे नोड्स पर, ऐसा हो सकता है कि शेष संसाधन खंड इतने छोटे हों कि उन्हें कोई कार्यभार न सौंपा जा सके, इसलिए वे अप्रयुक्त रह जाएं।

उदाहरण के लिए, प्रत्येक पॉड को 0,75 जीबी मेमोरी की आवश्यकता होती है। यदि आपके पास दस नोड हैं, जिनमें से प्रत्येक में 1GB मेमोरी है, तो आप दस पॉड चला सकते हैं, जिससे प्रत्येक नोड में 0,25GB अप्रयुक्त मेमोरी बचेगी।

इसका अर्थ यह है कि पूरे क्लस्टर की 25% मेमोरी बर्बाद हो जाती है।

10GB मेमोरी वाले एक बड़े नोड पर, आप इनमें से 13 मॉड्यूल चला सकते हैं और फिर भी केवल एक अप्रयुक्त 0,25GB हिस्सा बच जाएगा।

इस स्थिति में केवल 2,5% मेमोरी ही बर्बाद होती है।

इस प्रकार, बड़े नोड्स पर संसाधनों का अधिक अनुकूलतम उपयोग किया जाता है।

कुछ बड़े नोड या कई छोटे नोड?

तो, कौन सा बेहतर है: क्लस्टर में कुछ बड़े नोड्स या कई छोटे नोड्स? हमेशा की तरह, इसका कोई स्पष्ट उत्तर नहीं है। बहुत कुछ आवेदन के प्रकार पर निर्भर करता है।

उदाहरण के लिए, यदि किसी एप्लिकेशन को 10 जीबी मेमोरी की आवश्यकता है, तो बड़े नोड्स ही स्पष्ट विकल्प हैं। और यदि किसी अनुप्रयोग को उच्च उपलब्धता के लिए दस गुना प्रतिकृति की आवश्यकता है, तो केवल दो नोड्स पर प्रतिकृतियां रखने का जोखिम उठाना उचित नहीं है - क्लस्टर में कम से कम दस नोड्स होने चाहिए।

मध्यवर्ती स्थितियों में, प्रत्येक विकल्प के फायदे और नुकसान के आधार पर चुनाव करें। शायद कुछ तर्क आपकी परिस्थिति के लिए अन्य की तुलना में अधिक प्रासंगिक हों।

और यह बिल्कुल भी आवश्यक नहीं है कि सभी गांठें एक ही आकार की हों। आपको पहले एक आकार के नोड्स के साथ प्रयोग करने, फिर उनमें भिन्न आकार के नोड्स जोड़ने तथा उन्हें एक क्लस्टर में संयोजित करने से कोई नहीं रोक सकता। कुबेरनेट्स क्लस्टर के कार्यकर्ता नोड्स पूरी तरह से विषम हो सकते हैं। इसलिए आप दोनों दृष्टिकोणों के लाभों को संयोजित करने का प्रयास कर सकते हैं।

इसका कोई एक नुस्खा नहीं है, तथा प्रत्येक स्थिति की अपनी बारीकियां होती हैं, तथा केवल उत्पादन ही सच्चाई को सामने लाएगा।

क्लाउड प्लेटफ़ॉर्म टीम द्वारा तैयार किया गया अनुवाद Mail.ru क्लाउड सॉल्यूशंस.

कुबेरनेट्स के बारे में अधिक जानकारी: क्लस्टरों के प्रबंधन और तैनाती के लिए 25 उपयोगी उपकरण.

स्रोत: www.habr.com