کوبرنتیز (Kubernetes) یک پلتفرم Open Source محسوب می‌شود که برای مدیریت و هماهنگ‌سازی کانتینرها در برنامه‌های نرم‌افزاری مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پلتفرم به توسعه‌دهندگان و مدیران سیستم‌ها کمک می‌کند تا برنامه‌های خود را به‌صورت مؤثرتر توسعه و بهینه‌سازی کنند. کوبرنتیز با ارائه امکانات متنوع مانند مقیاس‌پذیری خودکار، مدیریت ساده و انعطاف‌پذیری، به یکی از ابزارهای اصلی در دنیای فناوری تبدیل شده است. در ادامه به بررسی دقیق‌تر اجزای اصلی کوبرنتیز، دلایل استفاده از آن، نحوه کار با کوبرنتیز، ابزارهای مرتبط و کاربردهای آن خواهیم پرداخت.
کوبرنتیز چیست و چرا در دنیای فناوری اهمیت دارد؟
کوبرنتیز در سال ۲۰۱۴ توسط گوگل به عنوان یک پروژه متن‌باز ارائه و به سرعت به یکی از ابزارهای اصلی برای مدیریت کانتینرها تبدیل شد. کانتینرها یک روش مجازی‌سازی سطح سیستم‌عامل به شمار میروند که به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهند تا برنامه‌های مورد نظر را به صورت جداگانه بسته‌بندی و اجرا کنند. برخلاف ماشین‌های مجازی که شامل یک سیستم‌عامل کامل هستند، کانتینرها تنها اجزای ضروری و کتابخانه‌های مورد نیاز یک برنامه را در بر می‌گیرند. این عملکرد باعث می‌شود که کانتینرها فعالیتی پرسرعت را به نمایش بگذارند.
هر کانتینر دارای یک محیط جداگانه است که از بقیه سیستم و سایر کانتینرها ایزوله شده است تا امنیت و پایداری بیشتری را فراهم کند. کانتینرها با ابزارهایی مانند Docker ایجاد و مدیریت می‌شوند و به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهند برنامه‌های خود را در محیط‌های متفاوت بدون تغییرات بتوانند عملیاتی کنند. کوبرنتیز هم به عنوان یک پلتفرم متن باز فضای مدیریت آسان این کانتینرها را فراهم می‌کند تا توسعه‌دهندگان بتوانند برنامه‌های خود را با مقیاس بزرگ و به صورت خودکار مدیریت کنند. اهمیت کوبرنتیز در دنیای فناوری به دلیل توانایی آن در ارائه قابلیت‌های مقیاس‌پذیری، قابلیت اطمینان و افزایش بهره‌وری در توسعه نرم‌افزارها مورد توجه قرار گرفته است. با کوبرنتیز، سازمان‌ها می‌توانند به سرعت و به راحتی برنامه‌های خود را توسعه داده و در محیط‌های متفاوتی اسکریپت‌های متنوعی را بدون بروز باگ اجرا کنند.
کوبرنتیز به سرعت در میان توسعه‌دهندگان و مدیران سیستم‌ها محبوبیت پیدا کرده است. این پلتفرم توسط شرکت‌های بزرگ مانند گوگل، مایکروسافت، آمازون و IBM استفاده شده و به عنوان استاندارد صنعتی برای مدیریت کانتینرها شناخته شده است. رشد و محبوبیت کوبرنتیز به دلیل توانایی آن در مدیریت حجم عظیمی از کانتینرها و ارائه ابزارهای متنوع برای مدیریت و هماهنگ‌سازی آنها ایجاد شده است. بسیاری از شرکت‌ها و استارتاپ‌های کوچک و بزرگ هم به دلیل مزایای متعددی که کوبرنتیز ارائه می‌دهد، به استفاده از این پلتفرم علاقه‌مند شده‌اند.
مفاهیم و اجزای اصلی کوبرنتیز چیست؟
کوبرنتیز از اجزای مختلفی تشکیل شده است که هر کدام نقش مهمی در عملکرد و مدیریت این پلتفرم دارند. اجزای اصلی کوبرنتیز شامل پادها (Pods)، نودها (Nodes) و کلاسترها (Clusters) هستند. پادها کوچکترین واحد اجرایی هستند که شامل یک یا چند کانتینر می‌شوند. نودها ماشین‌های فیزیکی یا مجازی هستند که پادها را اجرا می‌کنند و کلاسترها مجموعه‌ای از نودها هستند که به عنوان یک واحد مجزا مدیریت می‌شوند. بررسی این اجزا به توسعه‌دهندگان و مدیران سیستم‌ها کمک می‌کند تا درک بهتری از عملکرد کوبرنتیز داشته باشند و بتوانند بهینه‌ترین روش‌ها را برای مدیریت و هماهنگ‌سازی کانتینرها به کار گیرند. در ادامه برای بررسی هر یک از این بخش‌ها همراه ما باشید.
پادها (Pods)
همان‌طور که گفته شد پادها کوچکترین واحد اجرایی در کوبرنتیز هستند که شامل یک یا چند کانتینر می‌شوند. پادها قابلیت مدیریت چندین کانتینر را به صورت یک‌جا پیاده‌سازی می‌کنند. هر پاد دارای یک آدرس IP منحصربه‌فرد است و کانتینرهای داخل آن از منابع شبکه و ذخیره‌سازی مشترک استفاده می‌کنند. مکانیزم عمل پادها به عنوان اولین واحد‌های کوبرنتیز با بیشترین سطح سازگاری متناسب با نیازهای برنامه فعالیت خود را شروع کنند. به عنوان مثال، با افزایش بار کاری یک نرم‌افزار، ظرفیت پادها افزایش پیدا می‌کنند تا بتوانند بار اضافی را مدیریت کنند.
نودها (Nodes)
نودها ماشین‌های فیزیکی یا مجازی هستند که پادها را اجرا می‌کنند. هر نود شامل اجزایی مانند Kubelet، Container Runtime و Kube-Proxy است. Kubelet مسئول اجرای پادها و گزارش وضعیت آنها به مستر کلاستر است، Container Runtime نرم‌افزاری مانند Docker است که کانتینرها را اجرا می‌کند و Kube-Proxy مدیریت شبکه و ارتباط بین پادها را برعهده دارد. نودها به عنوان بخش اصلی زیرساخت کلاستر کوبرنتیز عمل می‌کنند و هر نود می‌تواند شامل یک یا چند پاد باشد.
کلاسترها (Clusters)
کلاسترها مجموعه‌ای از نودها هستند که به عنوان یک واحد مجزا مدیریت می‌شوند. کلاسترها شامل یک نود مستر (Master Node) و چندین نود کاری (Worker Nodes) هستند. نود مستر وظایف مدیریت و هماهنگ‌سازی کلاستر را برعهده می‌گیرند و شامل اجزایی مانند API Server، Controller Manager و Scheduler می‌شود.از طرفی API Server نقش رابط اصلی برای تعامل با کلاستر راه ایفا می‌کند و Controller Manager وظایف مختلفی مانند مقیاس‌پذیری و به‌روزرسانی پادها را انجام می‌دهد. در نهایت Schedulerها هستند که مسئول تخصیص پادها به نودهای مختلف براساس منابع موجود به نرم‌افزار موردنیاز مشغول می‌شوند.
چرا استفاده از کوبرنتیز را توصیه میکنیم؟
کوبرنتیز به دلیل ویژگی‌های برجسته‌ای مانند مقیاس‌پذیری خودکار، مدیریت ساده و انعطاف‌پذیری، یک ابزار ایده‌آل برای مدیریت کانتینرها است. مجموعه اجزای این پلتفرم به توسعه‌دهندگان امکان مدیریت هم‌زمان چندین کانتینر را به صورت یک‌جا و خودکار هدیه می‌کند تا در کمترین زمان پیچیده‌ترین برنامه‌ها راه‌اندازی و اجرا شوند.
مقیاس‌پذیری
کوبرنتیز امکان افزایش یا کاهش تعداد پادها به صورت خودکار براساس نیاز را فراهم می‌کند. این ویژگی به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد که برنامه‌های خود را با حجم بزرگ و به صورت پویا مدیریت کنند. به عنوان مثال، اگر بار کاری برنامه افزایش پیدا کند کوبرنتیز می‌تواند به طور خودکار تعداد پادها را افزایش دهد تا بتواند بار اضافی را مدیریت کند و بالعکس. این قابلیت به بهینه‌سازی منابع و هزینه‌ها کمک شایان توجهی می‌کند.
مدیریت ساده
کوبرنتیز ابزارهایی برای مدیریت آسان کانتینرها و پادها ارائه می‌دهد. با استفاده از این ابزارها، می‌توان به راحتی برنامه‌های پیچیده را مدیریت و هماهنگ کرد. ابزارهایی مانند kubectl به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهند که به سرعت و به سادگی پادها را ایجاد، به‌روزرسانی و حذف کنند. همچنین، کوبرنتیز با ارائه ویژگی‌هایی مانند Rollout و Rollback به توسعه‌دهندگان این امکان را خواهد داد که به راحتی نسخه‌های جدید برنامه‌های خود را مستقر کنند و در صورت نیاز به نسخه‌های قبلی بازگردند.
انعطاف‌پذیری
از دیگر مزایای کوبرنتیز، انعطاف‌پذیری بالاست؛ این پلتفرم از انواع مختلف محیط‌های اجرایی پشتیبانی می‌کند و امکان پیاده‌سازی برنامه‌های متفاوت در بسترهای مختلف را فراهم می‌کند؛ این ویژگی به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد که برنامه‌های خود را در محیط‌های ابری مختلف، محیط‌های داخلی و حتی محیط‌های هیبریدی اجرا کنند. از طرفی کوبرنتیز با ارائه ابزارهایی برای مدیریت منابع شبکه و ذخیره‌سازی، بستر مناسبی را برای پیکربندی و بهینه‌سازی منابع فراهم می‌کند که این ویژگی از نقطه قوت‌های این پلتفرم به شمار میروند.
چطور از کوبرنتیز استفاده کنیم؟
برای کار با کوبرنتیز، ابتدا باید ابزار kubectl را نصب و پیکربندی کنید. kubectl ابزار خط فرمانی است که برای مدیریت و تعامل با کلاستر کوبرنتیز استفاده می‌شود. این ابزار در سیستم‌عامل‌های مختلف مانند ویندوز، مک و لینوکس قابل نصب است. نصب kubectl اولین گام برای شروع کار با کوبرنتیز است و به شما امکان اجرایی کردن دستورات مختلف برای مدیریت اجزای کلاسترها را فراهم می‌کند.
مرحله اول؛ پیکربندی کلاستر
پس از نصب kubectl، نوبت به تنظیم یک کلاستر می‌رسد. برای تنظیم کلاسترها می‌توانید از سرویس‌های ابری مانند Google Kubernetes Engine (GKE)، Amazon Elastic Kubernetes Service (EKS) یا Azure Kubernetes Service (AKS) استفاده کنید. این سرویس‌ها کلاسترهای آماده‌ای را فراهم می‌کنند که سرعت عملیات و استفاده از کوبرنتیز را افزایش می‌دهند. از دیگر راه‌هایی که برای تنظیم کلاستر می‌توانید پیش بگیرید؛ استفاده از ابزاری مانند Minikube است که امکان تنظیم کلاسترهای محلی را برای شما فعال می‌کند.
مرحله دوم؛ ایجاد پادها (Pods)
پس از تنظیم کلاستر، زمان تنظیم پادها می‌رسد. پادها کوچکترین واحد اجرایی در کوبرنتیز هستند و شامل یک یا چند کانتینر می‌شوند. برای ایجاد یک پاد، می‌توانید فایل‌های پیکربندی YAML را تعریف کرده و از دستور kubectl apply برای ایجاد پادها استفاده کنید. پادها می‌توانند به صورت خودکار مقیاس‌پذیر شوند تا نیازهای برنامه را برآورده کنند.
تنظیم سرویس‌ها (Services)
سرویس‌ها برای برقراری ارتباط بین پادها و ارائه دسترسی به آنها از طریق شبکه استفاده می‌شوند. سرویس‌ها می‌توانند بار ترافیک را بین پادها تقسیم کرده و قابلیت دسترسی به پادها را فراهم کنند. با استفاده از سرویس‌ها، می‌توانید اطمینان حاصل کنید که درخواست‌ها به‌صورت صحیح به پادهای مناسب هدایت می‌شوند و عملکرد برنامه بهینه است. برای ایجاد سرویس‌ها نیز از فایل‌های پیکربندی YAML استفاده می‌شود.
مدیریت دیپلویمنت‌ها (Deployments)
با تنظیم و مدیریت دیپلویمنت‌ها می‌توانید نسخه‌های مختلف برنامه‌های متفاوت (به‌روزرسانی، مقیاس‌پذیری و بازگردانی) را راحت‌تر مدیریت کنید. لازم است بدانید دیپلویمنت‌ها امکان Rollout و Rollback نسخه‌های مختلف برنامه را فراهم کنند! با استفاده از دستورات kubectl و فایل‌های پیکربندی YAML، می‌توانید دیپلویمنت‌های جدید ایجاد کرده و نسخه‌های قبلی را به راحتی مدیریت کنید.
برای تنظیمات کوبرنتیز به چه ابزارهایی نیاز پیدا میکنیم؟
علاوهبر ابزارهایی که در قسمت قبلی در مورد آنها صحبت کردیم؛ نوبت به معرفی دو ابزار کاربردی برای مدیریت کوبرنتیزها می‌رسد. به عنوان مثال برای مدیریت بسته‌های کوبرنتیز، توسعه دهندگان نیاز دارند تا برنامه‌های خود را با ویژگی امکان نصب ارائه کنند. یکی از ابزارهای مهم Helm نام دارد که در این راستا می‌تواند کمک زیادی به توسعه‌دهندگان کند. Helm به شما این امکان را می‌دهد که بسته‌های نرم‌افزاری پیچیده را به‌صورت قالب‌های از پیش تعریف شده (Charts) تعریف و آنها را به‌سادگی نصب و مدیریت کنید. بنابراین به یاد داشته باشید که با استفاده از Helm، می‌توانید برنامه‌های خود را به صورت ماژولار و قابل انعطاف پیکربندی و مستقر کنید.
Prometheus ابزاری برای نظارت و مانیتورینگ کلاسترهای کوبرنتیز است که به مدیران سیستم‌ها امکان می‌دهد عملکرد و سلامت کلاسترها را بررسی و بهینه‌سازی کنند. Prometheus داده‌های مختلف را جمع‌آوری کرده و نمودارها و گزارش‌های متنوعی را ارائه می‌دهد که به شما کمک می‌کند مشکلات را شناسایی و رفع کنید. با استفاده از Prometheus، می‌توانید اطمینان حاصل کنید که کلاسترهای کوبرنتیز شما بهینه و با عملکرد بالا عمل می‌کنند.
کوبرنتیز چه کاربردهایی دارد؟
با استفاده از کوبرنتیز، می‌توانید به‌راحتی میکروسرویس‌ها را مقیاس‌پذیر کرده و فرآیند بروزرسانی‌های آنها را مدیریت کنید. این ویژگی به شما کمک می‌کند تا برنامه‌های خود را به صورت مستقل و با کمترین وابستگی بین اجزا توسعه دهید تا به دنبال آن بهره‌وری و پیشرفت عملیات بهینه‌سازی شود.
اگر بخواهیم به دومین کاربرد کوبرنتیز اشاره کنیم، لازم است بگوییم که امکان انتشار برنامه با قابلیت نصب در محیط‌های متفاوت، از دیگر مزایای استفاده از کوبرنتیز است. از دیگر ویژگی‌های وابسته به «قابلیت اجرا در پلتفرم‌های متفاوت» مربوط می‌شود، این است که می‌توانید به صورت یک‌پارچه تمامی برنامه‌های خود را در چندین فضای ابری مدیریت کنید تا از مزایای مختلف سرویس‌دهندگان ابری بهره‌مند شوید و از اختلالات موجود در یک سریس‌دهنده جلوگیری کنید.
به عنوان مزیت آخر، لازم است بدانید کوبرنتیز وظایف مدیریت سیستم را به‌صورت خودکار انجام می‌دهد و به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که تمرکز بیشتری بر توسعه و بهینه‌سازی برنامه‌های خود داشته باشند. با استفاده از کوبرنتیز، می‌توانید وظایف مختلفی را همراه با ویژگی‌هایی نظیر مقیاس‌پذیری، مانیتورینگ و … خودکارسازی کنید. این ویژگی به شما کمک می‌کند تا با کاهش بار مدیریتی، بهره‌وری خود را افزایش داده و مشکلات را به سرعت شناسایی و رفع کنید.
نتیجه‌گیری
در این بلاگ از وبسایت ایران هاست به بررسی عملکرد کوبرنتیز پرداختیم و زوایای طلایی استفاده از آن را در مدیریت کانتینرها بررسی کردیم. یکی از مهم‌ترین مزایای این پلتفرم Open Source ایجاد کردن فضایی برای بهینه‌سازی عملیات توسعه توسط مهندسان برنامهنویس است که به دلیل ویژگی‌های متعدد، کوبرنتیز را به پلتفرمی محبوب در میان توسعه‌دهندگان تبدیل کرده است.
سوالات متداول
کوبرنتیز چطور فرآیند توسعه نرم‌افزاری را بهینه‌سازی می‌کند؟
این پلتفرم به مدیریت و هماهنگ‌سازی کانتینرها برای عملیاتی شدن یک برنامه کمک زیادی می‌کند و با پیاده‌سازی یک فرآیند خودکار در نگهداری و مدیریت کانتینرهای مورد نیاز، استفاده بسیاری دارد و فرآیند بهینه‌سازی توسعه را برعهده می‌گیرد.
چرا باید از کوبرنتیز استفاده کنیم؟
برای بهینه‌سازی زمان و مدیریت هزینه‌های ناشی از تعویق یک پروژه بزرگ، کوبرنتیز کمک زیادی به شما خواهد کرد.
مفاهیم اصلی کوبرنتیز کدامند؟
مفاهیم اصلی کوبرنتیز شامل پادها (Pods)، نودها (Nodes) و کلاسترها (Clusters) است. پادها کوچکترین واحد اجرایی در کوبرنتیز هستند و شامل یک یا چند کانتینر می‌شوند. نودها ماشین‌های فیزیکی یا مجازی هستند که پادها را اجرا می‌کنند