Kubernetes. Tworzenie niezawodnych systemów rozproszonych - ebook

Systemy rozproszone miały być odpowiedzią na zwiększone wymagania wobec systemów informatycznych. Chodziło o takie cechy jak łatwe współużytkowanie zasobów, odporność na awarie, prostota rozbudowy czy skalowalność. Z czasem okazało się, że możliwości systemów rozproszonych mogą być jeszcze bardziej atrakcyjne. Równocześnie jednak architekci, programiści i w końcu również administratorzy systemów doświadczali na własnej skórze, że projektowanie, budowa i utrzymywanie systemu rozproszonego niesie ze sobą wyzwania, o jakich nie mieli pojęcia twórcy systemów wcześniejszych generacji. Wyjściem z tej trudnej sytuacji mogą być rozwijane w ostatnich latach kontenery i interfejsy API orkiestracji kontenerów, takie jak Kubernetes.

Ta książka jest znakomitym wprowadzeniem do Kubernetesa - udostępnionego na licencji open source orkiestratora klastrów (ang. orchestrator). Kontenery i orkiestratory są bardzo młodą technologią, jednak już teraz umożliwiają programistom budowanie i wdrażanie aplikacji z nieosiągalną dotychczas szybkością i niezawodnością. Dzięki tej książce dowiesz się, jaką rolę odgrywa Kubernetes w cyklu życia aplikacji rozproszonej. Nauczysz się wykorzystywać narzędzia i interfejsy API do automatyzacji skalowalnych systemów rozproszonych, niezależnie od tego, czy są to usługi internetowe, aplikacje do uczenia maszynowego, czy klastry komputerów Raspberry Pi. Przekonasz się, że Kubernetes i technologia kontenerowa mogą pomóc w osiągnięciu nowych poziomów prędkości, zwinności, niezawodności i wydajności.

W książce między innymi:

• zakres działania Kubernetesa
• tworzenie aplikacji kontenerowych za pomocą Dockera
• kontenery w Kubernetesie i ich środowisko wykonawcze
• uruchamianie aplikacji w środowisku produkcyjnym
• przykłady wdrażania rzeczywistych aplikacji w Kubernetesie

Niezawodny system rozproszony? Kubernetes, koniecznie!

Przedmowa 13

1. Wprowadzenie 19

• Prędkość 20
  
  • Wartość niemutowalności 21
  • Deklaratywna konfiguracja 22
  • Systemy samonaprawiające się 23
• Skalowanie usługi i zespołów programistycznych 24
  
  • Rozłączność 24
  • Łatwe skalowanie aplikacji i klastrów 25
  • Skalowanie zespołów programistycznych za pomocą mikrousług 26
  • Separacja zagadnień dla zapewnienia spójności i skalowania 27
• Zapewnianie abstrakcji infrastruktury 29
• Wydajność 30
• Podsumowanie 31

2. Tworzenie i uruchamianie kontenerów 33

• Obrazy kontenerów 34
  
  • Format obrazu Dockera 35
• Budowanie obrazów aplikacji za pomocą Dockera 37
  
  • Pliki Dockerfile 37
  • Bezpieczeństwo obrazu 37
  • Optymalizacja rozmiarów obrazu 38
• Przechowywanie obrazów w zdalnym rejestrze 39
• Środowisko wykonawcze kontenera Dockera 40
  
  • Uruchamianie kontenerów za pomocą Dockera 41
  • Odkrywanie aplikacji kuard 41
  • Ograniczanie wykorzystania zasobów 41
• Czyszczenie 42
• Podsumowanie 43

3. Wdrażanie klastra Kubernetes 45

• Instalowanie Kubernetes w usłudze dostawcy publicznej chmury 46
  
  • Google Container Service 46
  • Instalowanie Kubernetes w Azure Container Service 46
  • Instalowanie Kubernetes w Amazon Web Services 47
• Lokalna instalacja Kubernetes za pomocą minikube 48
• Uruchamianie Kubernetes na Raspberry Pi 49
• Klient Kubernetes 49
  
  • Sprawdzanie statusu klastra 49
  • Wyświetlanie węzłów roboczych klastra Kubernetes 50
• Komponenty klastra 52
  
  • Serwer proxy Kubernetes 53
  • Serwer DNS Kubernetes 53
  • Interfejs użytkownika Kubernetes 53
• Podsumowanie 54

4. Typowe polecenia kubectl 55

• Przestrzenie nazw 55
• Konteksty 55
• Przeglądanie obiektów interfejsu API Kubernetes 56
• Tworzenie, aktualizacja i niszczenie obiektów Kubernetes 57
• Dodawanie etykiet i adnotacji do obiektów 58
• Polecenia debugowania 58
• Podsumowanie 59

5. Kapsuły 61

• Kapsuły w Kubernetes 62
• Myślenie w kategoriach kapsuł 63
• Manifest kapsuły 63
  
  • Tworzenie kapsuły 64
  • Tworzenie manifestu kapsuły 65
• Uruchamianie kapsuł 66
  
  • Wyświetlanie listy kapsuł 66
  • Szczegółowe informacje o kapsule 67
  • Usuwanie kapsuły 68
• Uzyskiwanie dostępu do kapsuły 69
  
  • Korzystanie z przekierowania portów 69
  • Uzyskiwanie większej ilości informacji za pomocą dzienników 70
  • Uruchamianie poleceń w kontenerze przy użyciu exec 70
  • Kopiowanie plików do i z kontenerów 71
• Kontrole działania 71
  
  • Sonda żywotności 72
  • Sonda gotowości 73
  • Rodzaje kontroli działania 74
• Zarządzanie zasobami 74
  
  • Żądania zasobów: minimalne wymagane zasoby 75
  • Ograniczanie wykorzystania zasobów za pomocą limitów 77
• Utrwalanie danych za pomocą woluminów 77
  
  • Używanie woluminów z kapsułami 78
  • Różne sposoby używania woluminów z kapsułami 79
  • Utrwalanie danych przy użyciu dysków zdalnych 80
• Wszystko razem 80
• Podsumowanie 82

6. Etykiety i adnotacje 83

• Etykiety 83
  
  • Stosowanie etykiet 85
  • Modyfikowanie etykiet 86
  • Selektory etykiet 87
  • Selektory etykiet w obiektach API 89
• Adnotacje 89
  
  • Definiowanie adnotacji 91
• Czyszczenie 91
• Podsumowanie 91

7. Wykrywanie usług 93

• Co to jest wykrywanie usług? 93
• Obiekt Service 94
  
  • DNS usługi 95
  • Kontrole gotowości 96
• Udostępnianie usługi poza klastrem 98
• Integracja z chmurą 99
• Szczegóły dla zaawansowanych 101
  
  • Punkty końcowe 101
  • Ręczne wykrywanie usług 102
  • kube-proxy i adresy IP klastra 103
  • Zmienne środowiskowe adresu IP klastra 104
• Czyszczenie 105
• Podsumowanie 105

8. Obiekt ReplicaSet 107

• Pętle uzgadniania 108
• Relacje między kapsułami i obiektami ReplicaSet 109
  
  • Adaptowanie istniejących kontenerów 109
  • Poddawanie kontenerów kwarantannie 110
• Projektowanie z wykorzystaniem ReplicaSet 110
• Specyfikacja ReplicaSet 110
  
  • Szablony kapsuł 111
  • Etykiety 111
• Tworzenie obiektu ReplicaSet 112
• Inspekcja obiektu ReplicaSet 112
  
  • Znajdowanie ReplicaSet z poziomu kapsuły 113
  • Znajdowanie zestawu kapsuł dla ReplicaSet 113
• Skalowanie kontrolerów ReplicaSet 114
  
  • Skalowanie imperatywne za pomocą polecenia kubectl scale 114
  • Skalowanie deklaratywne za pomocą kubectl apply 115
  • Automatyczne skalowanie kontrolera ReplicaSet 115
• Usuwanie obiektów ReplicaSet 117
• Podsumowanie 118

9. Obiekt DaemonSet 119

• Planista DaemonSet 120
• Tworzenie obiektów DaemonSet 121
• Ograniczanie użycia kontrolerów DaemonSet do określonych węzłów 123
  
  • Dodawanie etykiet do węzłów 123
  • Selektory węzłów 124
• Aktualizowanie obiektu DaemonSet 125
  
  • Aktualizowanie obiektów DaemonSet poprzez usuwanie poszczególnych kapsuł 125
  • Ciągła aktualizacja obiektu DaemonSet 126
• Usuwanie obiektu DaemonSet 127
• Podsumowanie 127

10. Obiekt Job 129

• Obiekt Job 129
• Wzorce obiektu Job 130
  
  • Zadania jednorazowe 131
  • Równoległość 136
  • Kolejki robocze 138
• Podsumowanie 142

11. Obiekty ConfigMap i tajne dane 143

• Obiekty ConfigMap 143
  
  • Tworzenie obiektów ConfigMap 144
  • Używanie obiektów ConfigMap 145
• Tajne dane 147
  
  • Tworzenie tajnych danych 149
  • Korzystanie z tajnych danych 150
  • Prywatne rejestry Dockera 151
• Ograniczenia dotyczące nazewnictwa 152
• Zarządzanie obiektami ConfigMap i tajnymi danymi 153
  
  • Wyświetlanie obiektów 153
  • Tworzenie obiektów 154
  • Aktualizowanie obiektów 155
• Podsumowanie 157

12. Obiekt Deployment 159

• Twoje pierwsze wdrożenie 160
  
  • Wewnętrzne mechanizmy działania obiektu Deployment 160
• Tworzenie obiektów Deployment 162
• Zarządzanie obiektami Deployment 163
• Aktualizowanie obiektów Deployment 164
  
  • Skalowanie obiektu Deployment 164
  • Aktualizowanie obrazu kontenera 165
  • Historia wersji 166
• Strategie wdrażania 169
  
  • Strategia Recreate 169
  • Strategia RollingUpdate 170
  • Spowalnianie wdrażania w celu zapewnienia poprawnego działania usługi 174
• Usuwanie wdrożenia 175
• Podsumowanie 176

13. Integracja rozwiązań do przechowywania danych i Kubernetes 177

• Importowanie usług zewnętrznych 178
  
  • Usługi bez selektorów 180
  • Ograniczenia usług zewnętrznych: sprawdzanie poprawności działania 182
• Uruchamianie niezawodnych singletonów 182
  
  • Uruchamianie singletona MySQL 183
  • Dynamiczne przydzielanie woluminów 187
• Natywne magazyny danych Kubernetes z wykorzystaniem obiektów StatefulSet 188
  
  • Właściwości obiektów StatefulSet 188
  • Ręcznie zreplikowany klaster MongoDB z wykorzystaniem obiektów StatefulSet 189
  • Automatyzacja tworzenia klastra MongoDB 192
  • Trwałe woluminy i obiekty StatefulSet 195
  • Ostatnia rzecz: sondy gotowości 196
• Podsumowanie 196

14. Wdrażanie rzeczywistych aplikacji 197

• Parse 197
  
  • Wymagania wstępne 198
  • Budowanie serwera parse-server 198
  • Wdrażanie serwera parse-server 198
  • Testowanie Parse 199
• Ghost 200
  
  • Konfigurowanie serwera Ghost 200
• Redis 203
  
  • Konfigurowanie instalacji Redis 204
  • Tworzenie usługi Redis 206
  • Wdrażanie klastra Redis 206
  • Zabawa z klastrem Redis 208
• Podsumowanie 208

A. Budowanie klastra Raspberry Pi Kubernetes 211

• Lista części 211
• Flashowanie obrazów 212
• Pierwsze uruchomienie: węzeł główny 213
  
  • Konfigurowanie sieci 213
  • Instalowanie Kubernetes 216
  • Konfigurowanie klastra 216
• Podsumowanie 218

Skorowidz 219