Kubernetes là một nền tảng điều phối vùng chứa nguồn mở mạnh mẽ giúp đơn giản hóa việc triển khai và quản lý các ứng dụng được chứa trong vùng chứa. Google đã phát triển nó để cho phép các tổ chức đạt được các hệ thống đáng tin cậy hơn, có thể mở rộng và có thể bảo trì.
Kubernetes đã được áp dụng rộng rãi trong những năm gần đây nhờ tính linh hoạt, hiệu quả và khả năng mở rộng ứng dụng phù hợp với nhu cầu thay đổi liên tục. Ưu điểm chính của Kubernetes nằm ở khả năng điều phối vùng chứa của nó.
Bộ chứa là môi trường thời gian chạy độc lập, nhẹ có thể lưu trữ các thành phần khác nhau của ứng dụng. Bằng cách tận dụng sức mạnh của Kubernetes, các tổ chức có thể đạt được các hệ thống linh hoạt, có thể mở rộng và linh hoạt hơn bằng cách tự động hóa việc triển khai, thay đổi quy mô và quản lý các vùng chứa này.
Các thành phần chính của Kiến trúc Kubernetes
Một kiến trúc Kubernetes điển hình bao gồm một số thành phần chính. Việc hiểu các thành phần này trao quyền cho các nhà phát triển và kiến trúc sư xây dựng các ứng dụng gốc Kubernetes chất lượng cao. Các thành phần chính bao gồm:
- Cụm: Cụm là một tập hợp các máy ảo hoặc vật lý được gọi là các nút chạy các ứng dụng được chứa. Các nút này được kết nối và sắp xếp với nhau bởi mặt phẳng điều khiển Kubernetes, với mục tiêu phân phối khối lượng công việc ứng dụng một cách hiệu quả.
- Nút: Nút là một máy công nhân trong cụm Kubernetes có thể là máy chủ vật lý hoặc máy chủ ảo. Các nút lưu trữ Pods, là các đơn vị nhỏ, có thể triển khai bao quanh một hoặc nhiều vùng chứa. Mỗi nút bao gồm một thời gian chạy vùng chứa, chẳng hạn như Docker và một tác nhân Kubernetes được gọi là Kubelet.
- Mặt phẳng điều khiển: Mặt phẳng điều khiển chịu trách nhiệm quản lý trạng thái tổng thể và tình trạng của cụm. Nó đảm bảo rằng số lượng vùng chứa và dịch vụ mong muốn đang chạy và chúng được định cấu hình chính xác. Các thành phần của mặt phẳng điều khiển bao gồm Máy chủ API Kubernetes, kho dữ liệu etcd cũng như các bộ điều khiển và bộ lập lịch khác nhau.
- Kubelet: Kubelet là một tác nhân chạy trên mỗi nút giao tiếp với mặt phẳng điều khiển để đảm bảo trạng thái mong muốn của các Nhóm của cụm. Nó khởi động, dừng và khởi động lại các thùng chứa khi cần thiết và thực hiện kiểm tra tình trạng để duy trì trạng thái mong muốn của hệ thống.
- Kube-proxy: Kube-proxy là proxy mạng chạy trên mỗi nút trong cụm. Nó xử lý giao tiếp mạng giữa các Pod trên các nút và dịch vụ khác nhau, đảm bảo rằng lưu lượng được cân bằng tải và chuyển tiếp một cách thích hợp.
- etcd: etcd là kho lưu trữ khóa-giá trị phân tán, đóng vai trò là kho dữ liệu chính cho Kubernetes. Nó lưu trữ và quản lý cấu hình cũng như siêu dữ liệu của cụm Kubernetes, chẳng hạn như trạng thái triển khai và dịch vụ. Bằng cách sử dụng một giao thức đồng thuận, etcd đảm bảo rằng các cấu hình cụm được duy trì nhất quán và có tính sẵn sàng cao trên hệ thống phân tán.
Những thách thức khi Kiến trúc phần mềm cho Kubernetes
Mặc dù Kubernetes có thể tăng cường đáng kể việc triển khai và quản lý các ứng dụng được đóng gói, nhưng các nhà phát triển và kiến trúc sư có thể gặp phải một số thách thức khi thiết kế phần mềm cho nền tảng này. Những thách thức này có thể bao gồm:
- Vượt qua đường cong học tập: Kubernetes có đường cong học tập dốc, đặc biệt đối với các nhà phát triển mới làm quen với điều phối vùng chứa và phát triển dựa trên đám mây. Việc hiểu các khái niệm và thành phần cốt lõi của kiến trúc Kubernetes cũng như thành thạo các công cụ và quy trình công việc cần thiết để quản lý vùng chứa có thể là một thách thức.
- Quản lý các ứng dụng có trạng thái: Các ứng dụng có trạng thái dựa vào việc duy trì thông tin trạng thái (ví dụ: cơ sở dữ liệu) có thể khó quản lý hơn trên Kubernetes. Các nhà phát triển phải triển khai các chiến lược mạnh mẽ để duy trì dữ liệu, chẳng hạn như sử dụng StatefulSets và Persistent Volumes, đồng thời đảm bảo sao lưu và bảo vệ dữ liệu đầy đủ.
- Đạt được tính bảo mật: Việc bảo mật các ứng dụng được chứa trong môi trường Kubernetes đòi hỏi sự cẩn trọng và chú ý đến từng chi tiết. Các nhà phát triển phải quản lý cẩn thận kiểm soát truy cập, chính sách mạng và cấu hình bảo mật vùng chứa để giảm thiểu các vectơ tấn công tiềm ẩn và bảo vệ dữ liệu nhạy cảm.
- Khả năng quan sát: Giám sát, ghi nhật ký và theo dõi là rất quan trọng để quản lý các ứng dụng được chứa trong hệ sinh thái Kubernetes. Các nhà phát triển phải triển khai và định cấu hình các công cụ và quy trình thích hợp để theo dõi hiệu suất của ứng dụng, xác định sự cố và theo dõi nguyên nhân gốc rễ của sự cố trong hệ thống phân tán.
- Tối đa hóa lợi ích của việc phát triển dựa trên đám mây: Để nhận ra đầy đủ tiềm năng của Kubernetes, các nhà phát triển phải áp dụng các nguyên tắc dựa trên đám mây, chẳng hạn như chia nhỏ các ứng dụng thành các dịch vụ siêu nhỏ, tận dụng tự động hóa và triển khai các quy trình CI/CD. Điều này đòi hỏi phải suy nghĩ lại về kiến trúc ứng dụng và triển khai các quy trình công việc mới để hỗ trợ quy trình phát triển nhanh nhạy hơn .
Các phương pháp hay nhất để thiết kế ứng dụng Kubernetes-Native
Khi bạn làm việc để vượt qua những thách thức gặp phải khi kiến trúc phần mềm cho Kubernetes, điều cần thiết là phải nắm bắt các phương pháp hay nhất để thiết kế các ứng dụng gốc Kubernetes. Làm theo các đề xuất này sẽ đảm bảo rằng các ứng dụng của bạn có khả năng mở rộng và linh hoạt trên nền tảng mạnh mẽ này.
Chia nhỏ ứng dụng thành Microservices
Kiến trúc vi dịch vụ phù hợp tự nhiên với Kubernetes do khả năng vốn có của nó để quản lý và điều phối khối lượng công việc được chứa. Thiết kế các ứng dụng của bạn dưới dạng một tập hợp các vi dịch vụ độc lập, được liên kết lỏng lẻo có thể được phát triển, triển khai và thay đổi quy mô một cách độc lập. Điều này thúc đẩy khả năng bảo trì tốt hơn và cho phép quản lý tài nguyên hiệu quả trên các môi trường đám mây phân tán.
Sử dụng phương pháp tiếp cận DevOps
Việc áp dụng văn hóa DevOps trong quy trình phát triển của bạn sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự hợp tác giữa các nhóm phát triển và vận hành. Nó cải thiện hiệu quả và năng suất, đồng thời đóng một vai trò quan trọng trong việc triển khai các ứng dụng gốc Kubernetes. Tích hợp DevOps với Kubernetes cho phép các quy trình đầu cuối liền mạch, đảm bảo phân phối nhanh chóng và cải tiến liên tục các ứng dụng được đóng gói.
Triển khai quy trình CI/CD
Các quy trình Tích hợp liên tục (CI) và Triển khai liên tục (CD) rất quan trọng để phát triển ứng dụng nhanh chóng và lặp đi lặp lại liên tục. Các ứng dụng gốc Kubernetes có thể hưởng lợi từ CI/CD bằng cách tự động hóa các quy trình xây dựng, thử nghiệm và triển khai cho các ứng dụng được đóng gói. Nó dẫn đến việc triển khai nhanh hơn, giảm thời gian ngừng hoạt động và cải thiện độ ổn định của ứng dụng.
Sử dụng điều phối vùng chứa
Các thùng chứa là các khối xây dựng cho các ứng dụng dựa trên vi dịch vụ trong Kubernetes. Bằng cách triển khai điều phối vùng chứa với Kubernetes, bạn đảm bảo triển khai, mở rộng quy mô và quản lý vùng chứa hiệu quả. Kubernetes tự động xử lý phân bổ tài nguyên, cân bằng tải và quản lý vòng đời vùng chứa, giúp việc quản lý và mở rộng quy mô ứng dụng của bạn trở nên dễ dàng hơn.
Triển khai ứng dụng tự động
Triển khai tự động là một khía cạnh thiết yếu của việc thiết kế các ứng dụng gốc Kubernetes. Kubernetes hỗ trợ nhiều công cụ và tiện ích khác nhau để tự động triển khai, chẳng hạn như biểu đồ Helm và Toán tử. Chúng cho phép bạn xác định và đóng gói các thành phần ứng dụng cũng như quản lý vòng đời ứng dụng một cách hiệu quả. Tận dụng các công cụ này sẽ đơn giản hóa việc triển khai ứng dụng và đảm bảo tính nhất quán của các ứng dụng của bạn trên các môi trường.
Đảm bảo an ninh và tuân thủ
Bảo vệ các ứng dụng gốc Kubernetes của bạn là rất quan trọng để duy trì sự tin cậy và đáp ứng các yêu cầu tuân thủ. Thực hiện các biện pháp bảo mật tốt nhất, chẳng hạn như định cấu hình đúng RBAC, tách biệt các mạng cụm, quét hình ảnh bộ chứa để tìm lỗ hổng và thường xuyên theo dõi trạng thái bảo mật của các ứng dụng của bạn. Ngoài ra, hãy xem xét các giải pháp bảo mật của bên thứ ba và làm theo các khuyến nghị bảo mật của Kubernetes.
Thực hiện giám sát và quan sát
Các công cụ giám sát và quan sát hiệu quả là rất quan trọng để hiểu được tình trạng và hiệu suất của các ứng dụng gốc Kubernetes. Sử dụng các giải pháp giám sát gốc Kubernetes như Prometheus và Grafana để thu thập số liệu, trực quan hóa dữ liệu và tạo cảnh báo cho ứng dụng của bạn. Điều này sẽ giúp bạn nhanh chóng xác định và giải quyết các sự cố, tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và duy trì tính sẵn sàng cao.
Tận dụng Nền tảng AppMaster để phát triển Kubernetes
Mặc dù việc áp dụng các phương pháp hay nhất để thiết kế các ứng dụng gốc Kubernetes có thể cải thiện đáng kể quy trình phát triển của bạn, nền tảng AppMaster cũng cung cấp hỗ trợ có giá trị khi kiến trúc và phát triển phần mềm cho Kubernetes.
Nền tảng không cần mã AppMaster đơn giản hóa quy trình kiến trúc ứng dụng cho Kubernetes bằng cách tự động hóa nhiều tác vụ quan trọng, bao gồm tạo mã, biên dịch, thử nghiệm và triển khai. Do đó, bạn có thể xây dựng các ứng dụng gốc Kubernetes chất lượng cao nhanh hơn và tiết kiệm chi phí hơn.
Các lợi ích chính của AppMaster đối với việc phát triển ứng dụng gốc Kubernetes bao gồm:
- Loại bỏ nợ kỹ thuật: AppMaster tạo ứng dụng từ đầu bất cứ khi nào yêu cầu thay đổi, đảm bảo rằng bạn được hưởng lợi từ mã cập nhật và hiệu quả nhất, không có nợ kỹ thuật.
- Các ứng dụng có thể mở rộng: Nền tảng tạo ra các ứng dụng phụ trợ không trạng thái với Go (Golang) , cho phép các ứng dụng AppMaster thể hiện khả năng mở rộng đặc biệt cho các trường hợp sử dụng doanh nghiệp và tải trọng cao.
- Nhiều tùy chọn tùy chỉnh: AppMaster hỗ trợ nhiều loại cơ sở dữ liệu khác nhau và cung cấp gói doanh nghiệp có thể định cấu hình đầy đủ cho các dự án phức tạp với nhiều dịch vụ và ứng dụng siêu nhỏ.
- Năng suất của nhà phát triển: Môi trường phát triển tích hợp toàn diện (IDE) của AppMaster giúp tối ưu hóa quy trình phát triển của bạn và xây dựng các ứng dụng web, di động và phụ trợ hiệu quả hơn.
Nền tảng AppMaster mang lại lợi thế cạnh tranh đáng kể cho các nhà phát triển xây dựng giải pháp trên Kubernetes, cho phép bạn đẩy nhanh quá trình phát triển, triển khai hợp lý và giảm thiểu chi phí trong khi tuân thủ các phương pháp hay nhất.
Phần kết luận
Kiến trúc phần mềm cho Kubernetes là một hành trình phức tạp nhưng bổ ích. Bằng cách vượt qua những thách thức liên quan và áp dụng các phương pháp hay nhất để thiết kế các ứng dụng gốc Kubernetes, bạn hoàn toàn có thể tận dụng sức mạnh của nền tảng này để xây dựng các ứng dụng linh hoạt và có thể mở rộng. Nền tảng no-code AppMaster đơn giản hóa hơn nữa quy trình này, giúp bạn phát triển các ứng dụng chất lượng cao một cách nhanh chóng và hiệu quả đồng thời loại bỏ nợ kỹ thuật.
