Ako implementovať mikroslužby s Dockerom a Kubernetes

V posledných rokoch kombinácia mikroslužieb, Dockeru a Kubernetes Stal sa de facto štandardom pre nasadzovanie moderných, škálovateľných a ľahko udržiavateľných aplikácií. Čoraz viac spoločností sa odkláňa od monolitických aplikácií v prospech distribuovaných architektúr, ktoré sú lepšie prispôsobené meniacim sa prostrediam a stratégiám DevOps.

Ak vás zaujíma Ako implementovať mikroslužby s Dockerom a Kubernetes v praxiTento obsah bude pre vás ideálny: pozrieme sa na kľúčové koncepty, výhody a výzvy, ako vytvárať kontajnery, ako ich organizovať v klastri a aké kroky je potrebné dodržať pri ich inštalácii. Windows y Linuxako aj sériu tipov na ich rozumné používanie v reálnych prostrediach.

Čo je to architektúra mikroservisov a ako sa líši od monolitu?

Architektúra mikroslužieb je založená na rozdeliť aplikáciu na viacero malých, autonómnych a nezávisle nasaditeľných služiebkaždý z nich sa zameriaval na špecifickú funkcionalitu (používatelia, platby, katalóg, objednávky atď.), ktoré komunikujú prevažne prostredníctvom ľahkých API (HTTP/REST, gRPC, zasielanie správ atď.).

Na druhej strane, v monolitickej aplikácii, Všetka obchodná logika, prezentačná vrstva a prístup k údajom sú zabalené do jedného bloku nasadenia.Akákoľvek zmena si vyžaduje rekompiláciu, testovanie a nasadenie celého systému, čo komplikuje vývoj a zvyšuje riziko zavedenia chýb do produkcie.

V prípade mikroslužieb má každá služba svoj vlastný životný cyklus: Dá sa vyvíjať, testovať, nasadzovať, škálovať a verzovať nezávisle.To umožňuje viacerým tímom pracovať paralelne, zjednodušuje zavádzanie nových technológií a uľahčuje integráciu s postupmi CI/CD.

Táto architektúra navyše zavádza koncept škálovateľnosť nezávislá od komponentovNamiesto škálovania celej monolitickej aplikácie na podporu väčšieho zaťaženia konkrétneho modulu sa škálujú iba mikroslužby, ktoré to skutočne potrebujú, čím sa lepšie optimalizujú zdroje infraštruktúry.

Skutočné výhody a výzvy mikroslužieb

Prechod na mikroslužby nie je len módny výstrelok: Poskytuje hmatateľné výhody v oblasti škálovateľnosti, odolnosti a rýchlosti nasadenia.Ale zároveň to prináša prevádzkovú zložitosť, ktorú je potrebné zvládnuť.

Medzi najvýraznejšie výhody patrí nezávislá škálovateľnosť každej službyAk napríklad platobný modul prijíma viac návštevnosti ako administratívny modul, môžete zvýšiť iba počet replik platobnej mikroslužby bez toho, aby ste sa dotkli zvyšku aplikácie alebo plytvania zdrojmi.

Tiež veľa získate nepretržité nasadzovanie a časté dodávkyIzoláciou každej služby je možné vydávať nové verzie postupne, bez nutnosti zastavenia alebo opätovného nasadenia celej aplikácie, čím sa skracujú časy údržby a zlepšuje sa čas uvedenia na trh.

Ďalším kľúčovým bodom je odolnosť a tolerancia chýbPri správnom návrhu by zlyhanie jednej mikroslužby nemalo viesť k výpadku celého systému. Vďaka vzorcom, ako sú časové limity, opakované pokusy a prerušovače, môžu ostatné služby naďalej reagovať, čím sa obmedzí dopad zlyhaní.

Okrem toho mikroslužby umožňujú technologická flexibilitaKaždý tím si môže vybrať jazyk, framework alebo databázu, ktorá je pre jeho službu najvhodnejšia, pokiaľ rešpektuje komunikačné zmluvy a globálne zásady platformy.

Na druhej strane mince nájdeme operačná a pozorovateľná zložitosťSpráva desiatok alebo stoviek služieb zahŕňa prácu s distribuovanými sieťami, sledovaním medzi službami, centralizovaným protokolovaním, zabezpečením, verziovaním API a konzistenciou údajov, čo si vyžaduje pokročilé nástroje a zrelé procesy.

Tiež sa to komplikuje riadenie komunikácie medzi službamiJe nevyhnutné starostlivo navrhnúť, ako sa vymieňajú údaje, ako sa riešia chyby, ako sa riadi latencia a ako zabrániť tomu, aby pomalá závislosť stiahla zvyšok systému dole. Testovanie a ladenie prestáva byť triviálne, pretože Netestuje sa jeden blok, ale súbor vzájomne prepojených služieb..

Kontajnery: základ pre spúšťanie mikroslužieb v izolácii

Kontajnerová technológia sa stala ideálnou podporou pre mikroslužby, pretože Umožňuje vám zabaliť aplikáciu a všetky jej závislosti do štandardizovanej a prenosnej jednotky.Namiesto inštalácie knižníc, runtime prostredí a nástrojov na každý server sa všetko prenáša v rámci kontajnera.

Kontajner je v podstate ľahká forma virtualizácie na úrovni operačného systémuzdieľa jadro hostiteľa, ale spúšťa procesy v izolovaných menných priestoroch a s obmedzenými zdrojmi cgroups, vďaka čomu sa rýchlo spúšťajú a spotrebúvajú menej energie ako virtuálny stroj.

Medzi jeho kľúčové vlastnosti patrí izolácia, prenosnosť, ľahkosť a modularitaKaždá mikroslužba bežiaca vo vlastnom kontajneri sa ľahšie nasadzuje, zastavuje, aktualizuje alebo replikuje, čo dokonale zodpovedá princípom distribuovaných architektúr.

V porovnaní s virtuálne stroje pre produkciukontajnery Nepotrebujú na jednu inštanciu plnohodnotný operačný systém.ale radšej zdieľajte hostiteľa. To drasticky zmenší veľkosť obrázkov a čas de topánkačo vám umožňuje zdvihnúť alebo zničiť kontajnery v priebehu niekoľkých sekúnd.

Docker: referenčná platforma pre kontajnerizáciu mikroslužieb

Docker je najobľúbenejší nástroj na prácu s kontajnermi, pretože Uľahčuje vytváranie, balenie, distribúciu a vykonávanie kontajnerových aplikácií ako vo vývojových prostrediach, tak aj v testovaní a produkcii.

Ich ústrednou myšlienkou je zabaliť softvér do Obrázky DockeruIde o nemenné artefakty, ktoré zahŕňajú kód aplikácie, knižnice, ktoré potrebuje, systémové nástroje a základné konfigurácie. Z týchto obrazov sa vytvárajú aplikácie. kontajnery v prevádzke, čo sú izolované prípady založené na danom obrázku.

Konštrukcia obrazu je definovaná v Dockerfile, textový súbor, ktorý špecifikuje inštrukcie, ako napríklad základný obraz, pracovný adresár, ktoré súbory sa majú kopírovať, ktoré závislosti sa majú nainštalovať, ktoré porty sa majú sprístupniť a ktorý príkaz sa má spustiť pri spustení kontajnera.

Predstavte si, že máte API napísané v Node.js. Môžete vytvoriť Dockerfile podobný nasledujúcemu, kde Počnúc oficiálnym obrazom uzla sa skopírujú súbory, nainštalujú sa závislosti a definuje sa príkaz boot.:

FROM node:14
WORKDIR /app
COPY . .
RUN npm install
EXPOSE 3000
CMD

Tento súbor označuje, že aplikácia bude spustená v adresári /app vo vnútri kontajnera, že závislosti budú nainštalované pomocou npm, že port 3000 bude sprístupnený a že po spustení kontajnera sa vykoná npm štart.

Ak chcete zostaviť a spustiť tento kontajner, jednoducho spustite príkaz z priečinka projektu. zostava dockera a po docker runmapovanie portov na umožnenie prístupu z hostiteľa alebo pre aplikácie s viacerými kontajnermi prístavný robotník, komponovať:

docker build -t mi-app .
docker run -p 3000:3000 mi-app

Vďaka tomuto modelu, Klasický problém „na mojom počítači to funguje“ je minimalizovaný.Pretože behové prostredie putuje s aplikáciou. Okrem toho sa Docker bezproblémovo integruje so systémami CI/CD, súkromnými registrami a orchestračnými nástrojmi, ako je Kubernetes.

Kľúčové komponenty v Dockeri a ich úloha v mikroslužbách

V typickom nasadení hovoríme o Docker Hostčo je systém (fyzický alebo virtuálny), kde je nainštalovaný Docker; beží na ňom. Docker Engine, démon, ktorý spravuje obrazy, siete, zväzky a životný cyklus kontajnerov.

Nádoby obsahujú aplikácia a jej závislosti zabalené v obrazeVďaka tomu môže akýkoľvek server s Dockerom konzistentne spúšťať daný obraz. Táto konzistencia je kľúčová, keď máte nasadených veľa mikroslužieb v rôznych prostrediach (vývoj, QA, produkcia atď.).

Medzi najzaujímavejšie výhody Dockeru patria prenosnosť medzi prostrediami, automatizácia nasadenia, modularita procesov a podpora vrstvenia a správy verzií v obrazochčo uľahčuje zvrátenie zmien a optimalizáciu skladovanie.

Kubernetes: orchestrátor na správu stoviek kontajnerov

Keď prejdete z niekoľkých kontajnerov na desiatky alebo stovky z nich, Ich manuálna správa sa stáva šialenstvomA tu prichádza na rad Kubernetes, open source platforma určená na riadenie kontajnerov vo veľkom meradle.

Kubernetes automatizuje kritické úlohy, ako napríklad nasadenie, škálovanie, obnova po chybe, konfigurácia siete a úložisko kontajnerových aplikácií. Je navrhnutý pre prácu vo verejných cloudoch, súkromných cloudoch, hybridných prostrediach a dokonca aj v lokálnych prostrediach.

Zameriava sa na správu klastrov zložených z niekoľkých uzlov (počítačov), na ktorých bežia kontajnery. Cieľom je zabezpečiť, aby aplikácie sú vždy v požadovanom stave: počet replík, nasadené verzie, pridelené zdroje a prepojenie medzi službami.

Základné prvky Kubernetes

Najmenšou jednotkou v Kubernetes je StrukPod predstavuje jednu alebo viac inštancií kontajnera, ktoré musia bežať spoločne (napríklad aplikačný kontajner a sidecar kontajner na logovanie). Pody sú dočasné. Sú vytvárané, ničené a nahrádzané podľa potrieb klastra..

Na sprístupnenie vašich Podov ponúka Kubernetes tento zdroj Služba saktorá funguje ako vrstva abstrakcie siete. Služba zoskupuje sadu podov a Poskytuje stabilnú IP adresu, DNS názov a interné vyvažovanie záťaže.takže zákazníci nepotrebujú poznať podrobnosti o každom Pode.

Zdroj rozvinutie Používa sa na definovanie spôsobu nasadenia a aktualizácie Podov: koľko replík, ktorý obraz použiť, ktoré značky použiť a akú stratégiu aktualizácie dodržiavať. O to sa stará Kubernetes. vždy udržiavajte požadovaný počet spustených podov a vykonávať priebežné aktualizácie alebo vrátenia zmien pri zmene konfigurácie.

Existujú aj zdroje ako napr. ConfigMap a tajný kľúčTieto funkcie vám umožňujú externalizovať konfiguráciu a ukladať citlivé údaje (heslá, tokeny, kľúče API) bez toho, aby ste ich museli baliť do obrazov. To výrazne zjednodušuje bezpečnú správu konfigurácie v rôznych prostrediach.

Ako organizovať klaster Kubernetes

„Hlavou“ klastra je Plán kontroly Kubernetesktorá zoskupuje niekoľko komponentov zodpovedných za riadenie celého systému. Medzi nimi je aj API serverčo je brána k správe klastra; akákoľvek akcia (vytvorenie nasadenia, zobrazenie zoznamu Podov, úprava služby) prechádza cez toto API.

El Scheduler Je zodpovedný za rozhodnutie, na ktorom uzle beží každý Pod, berúc do úvahy dostupné zdroje, afinity a obmedzenia; zatiaľ čo Správca ovládačov Monitorujte stav klastra a podniknite kroky, aby ste sa uistili, že realita zodpovedá tomu, čo ste uviedli v manifestoch (napríklad vytvorte nové pody, ak ich je menej, ako ste požadovali).

Štátne úložisko je delegované na atďDistribuovaná databáza uchováva konfiguráciu a informácie o všetkých zdrojoch klastra. Okrem toho sa na každom pracovnom uzle spúšťajú procesy, ako napríklad nasledujúce: kocka (agent, ktorý komunikuje uzol so serverom API), kube-proxy (ktorý spravuje sieťovú prevádzku a vyrovnávanie záťaže) a behové prostredie kontajnera (Docker, kontajnery, CRI-O atď.).

Nasadenie mikroslužieb v Kubernetes pomocou súborov YAML

Na nasadenie mikroslužby v Kubernetes je bežné ju opísať pomocou Manifest YAML, kde definujete nasadenie (šablóna podu, obraz, porty, počet replík, označenia) a zodpovedajúcu službu na jeho sprístupnenie v klastri alebo mimo neho.

Základný príklad nasadenia aplikácie s názvom „my-app“ by mohol vyzerať takto, kde Sú definované tri repliky a port 3000 ako kontajnerový prístav:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: mi-app
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: mi-app
template:
metadata:
labels:
app: mi-app
spec:
containers:
- name: mi-app
image: mi-app:latest
ports:
- containerPort: 3000

Tento manifest naznačuje, že klaster musí udržiavať tri Pody v prevádzke Všetky sú označené obrázkom „my-app:latest“ ako app=my-app, aby ich služba mohla vyhľadať a distribuovať medzi nimi prevádzku. Kubernetes automaticky spracováva logiku škálovania, aktualizácií a nahrádzania podov v prípade zlyhania.

Spolu s nasadeniami je bežné definovať služby typu ClusterIP, NodePort alebo LoadBalancerV závislosti od toho, či má byť mikroslužba prístupná iba v rámci klastra, z uzlov alebo z internetu, je všetka táto konfigurácia verzovaná v repozitároch a bezproblémovo sa integruje s kanálmi CI/CD.

Škálovanie, aktualizácie a samooprava v Kubernetes

Jedným z hlavných dôvodov, prečo používať Kubernetes, je jeho schopnosť škálovať a aktualizovať mikroslužby bez zastavenia aplikáciePočet replík môžete zmeniť v manifeste (alebo pomocou príkazu kubectl) a klaster sa postará o vytváranie alebo odstraňovanie Podov, kým sa nedosiahne požadovaná hodnota.

Toto škálovanie môže byť manuálne alebo automatické, s využitím zdrojov, ako napríklad Horizontálny automatický škálovač podov (HPA)Táto funkcia dynamicky upravuje repliky na základe metrík, ako je CPU alebo pamäť. Kapacita sa tak zvyšuje počas období vysokej záťaže a zdroje sa uvoľňujú, keď sa záťaž zníži.

Pokiaľ ide o aktualizácie, Kubernetes implementuje priebežné aktualizácie Predvolene: vytvára Pody s novou verziou a postupne maže tie z predchádzajúcej verzie bez náhleho odstránenia. Ak sa niečo pokazí, a rollback Umožňuje vám rýchlo obnoviť predchádzajúcu verziu.

Ďalšou kritickou funkciou je svojpomocná opravaAk kontajner alebo Pod prestane fungovať, Kubernetes ho automaticky znovu vytvorí; ak uzol prestane reagovať, postihnuté Pody sa preplánujú na iné dostupné uzly, čím sa aplikácia zachová v prevádzke.

Monitorovanie a pozorovateľnosť mikroslužieb v Kubernetes

Pre správne fungovanie prostredia mikroslužieb nestačí len nasadiť a škálovať: Potrebujete mať prehľad o výkonnosti a stave služieb v reálnom časeV Kubernetes je veľmi bežné integrovať nástroje ako Prometheus na zhromažďovanie metrík a Grafana na ich vizualizáciu.

Prometheus sa stará o „zozbieranie“ metrík z podov, uzlov a komponentov klastra, ich ukladanie a umožňuje vám definovať o nich upozornenia; v kombinácii s Grafanou môžete vytvárať dashboardy, kde Monitorovanie využitia CPU, pamäte, chýb HTTP, latencie, počtu replík alebo stavu uzla veľmi jasne.

Okrem toho kubectl ponúka príkazy Ak chcete skontrolovať stav nasadení, služieb, podov a ďalších zdrojov, pozrite si ZáznamyTo zahŕňa popis udalostí alebo prístup ku kontajnerom na ladenie. Toto všetko je súčasťou stratégie pozorovateľnosti, ktorá v mikroslužbách... Nie je to voliteľné, ak chcete pokojne spať..

Vzťah medzi mikroslužbami, Dockerom a Kubernetes

Mikroslužby, Docker a Kubernetes do seba zapadajú ako kúsky tej istej skladačky: Architektúra mikroslužieb definuje spôsob návrhu aplikácie, Docker sa stará o balenie a spúšťanie každej služby a Kubernetes riadi všetky tieto kontajnery. v klastri.

Každá mikroslužba je zapuzdrená v obraz Dockeru, ktorý obsahuje jeho kód a závislostiVďaka tomu sa bude správať rovnako na notebooku vývojára, v testovacom prostredí alebo v cloudovej produkcii. Toto konzistentné balenie je kľúčové pre filozofiu DevOps.

Kubernetes zo svojej strany funguje ako orchestrátor kontajnerovRozhoduje o tom, koľko inštancií každej mikroslužby by malo byť spustených, kde sa nachádzajú, ako sa k nim vyrovnáva prevádzka, ako sa zotavujú z porúch a ako sa škálujú pri zvýšení alebo znížení dopytu.

Napríklad v aplikácii elektronického obchodu môžete mať mikroslužby pre autentifikáciu, katalóg, nákupný košík a platby, pričom každá z nich má vlastný obraz Dockeru a nasadenie Kubernetes. Týmto spôsobom Katalóg môžete škálovať v rámci rozsiahlych kampaní alebo platieb v kritických časoch bez toho, aby to ovplyvnilo zvyšok.a riadiť celý jeho životný cyklus od CI/CD kanálov až po postprodukčné monitorovanie.

Inštalácia Dockeru a Kubernetes vo Windowse

Ak pracujete so systémom Windows, najjednoduchší spôsob, ako začať, je nainštalovať DockerDesktopktorý zahŕňa Docker engine a ďalšie nástroje a dokonca aj možnosti na povolenie integrácie Kubernetes do vášho počítača.

Typický proces zahŕňa Stiahnite si Docker Desktop z oficiálnej webovej stránkySpustite inštalátor (Docker Desktop Installer.exe) a postupujte podľa pokynov sprievodcu. Počas inštalácie si môžete vybrať medzi použitím Hyper-V alebo WSL 2 ako virtualizačná technológia; ak je k dispozícii iba jedna, použije sa tá.

Po reštarte systému otvorenie Docker Desktop inicializuje prostredie kontajnera; ak virtualizácia nebola povolená, inštalátor zvyčajne sám ponúkne automaticky ho povoliťOdtiaľ môžete spúšťať kontajnery, napríklad Nginx alebo vlastné aplikácie.

Ak chcete používať Kubernetes v systéme Windows, musíte mať najprv povolené funkcie Docker a virtualizácie. Potom môžete Kubernetes povoliť z Docker Desktop alebo Inštalácia a konfigurácia kubectl spravovať externé klastre a v prípade potreby nasadiť dashboard Kubernetes prostredníctvom vzdialeného manifestu.

Po nakonfigurovaní budete mať prístup k dashboardu cez lokálny proxy server pomocou autentifikačného tokenu vygenerovaného pomocou kubectl a odkazujúceho napríklad na konfiguračný súbor. .kube/config spravovať prístup ku klastru z prehliadača.

Inštalácia Dockeru a Kubernetes na Linuxe

V systémoch Linux, ako napríklad Ubuntu, je inštalácia Dockeru zvyčajne pomerne jednoduchá: Balíky sa aktualizujú, Docker engine sa nainštaluje a prostredie sa skontroluje, či funguje správne. spustenie testovacieho kontajnera.

Medzi typické kroky patrí aktualizácia systému pomocou aktualizácia apt-get a upgrade s apt-getOdstráňte všetky predchádzajúce verzie Docker Desktop, ak nejaké existujú, a potom nainštalujte docker-ce, docker-ce-cli, containerd.io a docker-compose plugin z oficiálnych repozitárov alebo zadaním požadovanej verzie.

Na overenie, či je všetko v poriadku, sa zvyčajne spustí kontajner „hello-world“. Stiahne minimálny obrázok a spustí ho.Ak sa správa zobrazí správne, Docker je spustený a pripravený na kontajnerizáciu mikroslužieb.

Čo sa týka Kubernetes, v Linuxe sa dá nainštalovať pomocou nástrojov ako napríklad kubeadmTypický pracovný postup zahŕňa pridanie kľúča repozitára Kubernetes, konfiguráciu súboru so zoznamom balíkov, inštaláciu kubeadm a kontrolu jeho verzie.

Klaster sa potom inicializuje na hlavnom uzle pomocou inicializácia kubeadm (s určením sieťového rozsahu pre Pody) sa načíta príkaz „join“, aby sa pracovné uzly pripojili ku klastru a lokálny prístup sa nakonfiguruje vytvorením adresára. $HOME/.kubeskopírovaním súboru admin.conf a úpravou oprávnení.

Vďaka tomu budete mať základný klaster pripravený na nasadiť kontajnerizované mikroslužby, nainštalujte sieť Podov (Flannel, Calico atď.) a začnite pracovať s nasadeniami, službami a ostatnými zdrojmi Kubernetes.

Najlepšie postupy a odporúčania pre používanie Dockeru a Kubernetes

Aby ste z týchto prostredí vyťažili maximum, je vhodné dodržiavať sériu osvedčených postupov s Dockerom, počnúc používať oficiálne alebo dôveryhodné obrázky, či už z Docker Hubu alebo z overených súkromných repozitárov, aby sa znížili bezpečnostné riziká.

Dôrazne sa odporúča optimalizovať veľkosť obrázka používanie odľahčených základných obrazov, viacstupňové zostavovanie a odstraňovanie dočasné súbory alebo nepotrebné artefakty. Menšie obrazy sa sťahujú rýchlejšie a zrýchľujú nasadenie na Kubernetes.

Ďalším kľúčovým bodom je použitie objemy pre perzistenciu dátNamiesto ukladania informácií do kontajnerov strata alebo opätovné vytvorenie kontajnera nezahŕňa stratu dôležitých údajov.

Obmedzenie zdrojov pridelených každému kontajneru (CPU, pamäť, I/O) pomáha zabrániť jednej službe v monopolizácii hostiteľa a zvyšok degradovať. Okrem toho musia byť kontajnery monitorované pomocou nástrojov ako Docker Stats alebo pokročilejších riešení, aby sa zachovala kontrola v produkcii.

Pri Kubernetes je nevyhnutné pochopiť architektúru klastra a jeho komponenty pred spustením do produkčného prostredia. To znižuje mnohé problémy.

Je to tiež dobrý nápad automatizovať čo najviacPoužívajte replikačné ovládače, automatické škálovače a úlohy na dávkové nahrávanie; využite priebežné aktualizácie a vrátenia zmien; a definujte deklaratívne manifesty s verziami v repozitároch Git.

Bezpečnosť musí byť vždy najvyššou prioritou: Obmedzte prístup k API serveru, spravujte prihlasovacie údaje pomocou tajných kľúčov, šifrujte údaje počas prenosu aj v pokoji.Pravidelne aplikujte záplaty a definujte sieťové politiky, ktoré obmedzujú komunikáciu medzi službami podľa princípu najmenších privilégií.

Nakoniec je nevyhnutné mať dobré centralizované systémy monitorovania a protokolovaniaako aj s predprodukčnými prostrediami, kde je možné zmeny dôkladne otestovať pred ich zavedením do produkčného klastra, čím sa znižujú riziká a nepríjemné prekvapenia.

Celý tento ekosystém mikroslužieb, kontajnerov Docker a orchestrácie Kubernetes vám umožňuje vytvárať systémy, ktoré sú oveľa flexibilnejšie, škálovateľnejšie a odolnejšie ako tradičné monolity. Kombináciou premyslenej architektúry, vhodných nástrojov a osvedčených postupov DevOps môžete nasadiť aplikácie, ktoré sa bezproblémovo prispôsobujú zmenám v pracovnej záťaži, rýchlo sa zotavujú z porúch a ľahšie sa vyvíjajú v priebehu času.