10 Beste Praktijken voor het Beheren van Kubernetes op Schaal

Naarmate organisaties microservices en cloud-native architecturen gebruiken, wordt Kubernetes de norm voor containerorkestratie. Voor zover Kubernetes het implementeren en beheren van containers vereenvoudigt, maken workloads op grote schaal het leven complex, en zijn robuuste praktijken noodzakelijk.

In dit artikel zal ik technische strategieën en best practices voor workloadbeheer op grote schaal in Kubernetes behandelen.

Weten van uitdagingen bij het schalen van Kubernetes

Het opschalen in Kubernetes houdt in dat men obstakels moet overwinnen zoals:

• Cluster resource planning. Geoptimaliseerd CPU-, geheugen- en schijfin gebruik over nodes.
• Netwerkcomplexiteit. Consistente communicatie tussen services in grote, gedistribueerde omgevingen.
• Fout en schaalbaarheid. Omgaan met beschikbaarheid tijdens storingen en tijdens een schaal-uit/schaal-in scenario.
• Operationele overhead. Het verwijderen van repetitieve operaties zoals schalen, monitoren en het balanceren van lasten.
• Beveiliging op grote schaal. Rolgebaseerde toegangscontrole (RBAC), geheimen en netwerkbeleid in grote clusters.

In dit artikel zal ik voorbeelden bespreken van het overwinnen van dergelijke obstakels met een combinatie van native Kubernetes-functionaliteiten en aanvullende tools.

Functionaliteiten en Tools

1. Efficiënte planning van clusterresources

Prestaties op schaal worden direct bepaald door de verdeling van middelen op schaal. Er zijn verschillende mogelijkheden in Kubernetes voor geoptimaliseerd gebruik van middelen:

Verzoeken en Limieten

Het verklaren van CPU- en geheugenvragen en -limieten zal zorgen voor een eerlijke verdeling van middelen en zal niet toestaan dat storende buren alle middelen verbruiken.

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

  name: resource-demo

spec:

  containers:

    - name: app

      image: nginx

      resources:

        requests:

          memory: "128Mi"

          cpu: "500m"

        limits:

          memory: "256Mi"

          cpu: "1"

Best practices:

• Gebruik quota voor handhaving op het namespace-niveau.
• Analyseer periodiek het gebruik met kubectl top en maak de nodige aanpassingen aan de limieten.

Cluster Autoscaler

De autoscaler schaalt het aantal knooppunten in je cluster dynamisch op basis van de vraag naar workloads.

kubectl apply -f https://github.com/kubernetes/autoscaler/releases/download/cluster-autoscaler-<version>/cluster-autoscaler.yaml

Best practices:

• Label je autoscaler-operaties passend voor je knooppunten.
• Monitor het schalingsgedrag om overprovisioning te voorkomen.

2. Horizontale en Verticale Pod Autoscaling

Horizontale Pod Autoscaler (HPA) en Verticale Pod Autoscaler (VPA) autoscaling mogelijkheden zijn ingebouwd in Kubernetes, maar servicemeshes zoals Istio en Linkerd maken inter-servicecommunicatie gemakkelijker en efficiënter.

Horizontale Pod Autoscaler (HPA)

HPA schaalt replica’s van pods op basis van CPU, geheugen of aangepaste statistieken.

Voorbeeld: CPU-gebruik voor autoscaling

apiVersion: autoscaling/v2

kind: HorizontalPodAutoscaler

metadata:

  name: hpa-example

spec:

  scaleTargetRef:

    apiVersion: apps/v1

    kind: Deployment

    name: web-app

  minReplicas: 2

  maxReplicas: 10

  metrics:

    - type: Resource

      resource:

        name: cpu

        target:

          type: Utilization

          averageUtilization: 50

Verticale Pod Autoscaler (VPA)

Verticale Pod Autoscaler schaalt een run-time verzoek en limiet van een pod.

kubectl apply -f https://github.com/kubernetes/autoscaler/releases/download/vertical-pod-autoscaler-<version>/vpa.yaml

3. Netwerken optimaliseren op schaal

Service Mesh

Service meshes zoals Istio en Linkerd maken en vereenvoudigen inter-service communicatie gemakkelijker en efficiënter door de abstractie van service belastingen, herpogingen en encryptiezorgen.

Voorbeeld: Istio VirtualService voor het routeren van verkeer

apiVersion: networking.istio.io/v1beta1

kind: VirtualService

metadata:

  name: example-route

spec:

  hosts:

    - example.com

  http:

    - route:

        - destination:

            host: service-v1

          weight: 80

        - destination:

            host: service-v2

          weight: 20

Netwerkbeleid

Gebruik netwerkbeleid om verkeer tussen pods te beperken voor verbeterde beveiliging.

apiVersion: networking.k8s.io/v1

kind: NetworkPolicy

metadata:

  name: restrict-traffic

spec:

  podSelector:

    matchLabels:

      app: web-app

  policyTypes:

    - Ingress

  ingress:

    - from:

        - podSelector:

            matchLabels:

              role: backend

4. Verbetering van de waarnemingsmogelijkheden

Waarneming is cruciaal bij het beheersen van Kubernetes op een hoger niveau. Gebruik tools zoals Prometheus, Grafana en Jaeger voor metingen, logs en tracing.

Prometheus-metingen

Gebruik Prometheus-annotaties voor het verzamelen van pod-metingen.

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

  annotations:

    prometheus.io/scrape: "true"

    prometheus.io/port: "8080"

  labels:

    app: monitored-app

spec:

  containers:

    - name: app

      image: monitored-app:latest

      ports:

        - containerPort: 8080

5. Weerbaarheid opbouwen

Pod Verstoring Begrotingen (PDB)

Gebruik PDB’s om een minimale beschikbaarheid van pods te handhaven tijdens onderhoud en upgrades.

apiVersion: policy/v1

kind: PodDisruptionBudget

metadata:

  name: pdb-example

spec:

  minAvailable: 2

  selector:

    matchLabels:

      app: web-app

Rollende updates

Voer updates gefaseerd uit op een manier die geen downtime veroorzaakt.

kubectl set image deployment/web-app web-app=web-app:v2 --record

kubectl rollout status deployment/web-app

6. Kubernetes beveiligen op schaal

RBAC-configuratie

Gebruik RBAC om de privileges van de gebruiker en app te beperken.

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1

kind: Role

metadata:

  namespace: default

  name: pod-reader

rules:

  - apiGroups: [""]

    resources: ["pods"]

    verbs: ["get", "list", "watch"]

Secrets-beheer

Gebruik Kubernetes Secrets voor veilig beheer van gevoelige informatie. Gebruik Kubernetes Secrets om gevoelige informatie veilig te beheren.

apiVersion: v1

kind: Secret

metadata:

  name: db-credentials

type: Opaque

data:

  username: dXNlcg==

  password: cGFzc3dvcmQ=

7. GitOps voor Automatisering

Gebruik GitOps met tools zoals ArgoCD en Flux. Versie en sla Kubernetes-manifest op in Git-repos en laat clusters automatisch synchroniseren met hen.

8. Testen op Schaal

Simuleer hoogwaardige workloads met tools zoals K6 en Locust. Verifieer configuratie, resource-toewijzingen en schaalbaarheid in testomgevingen.

9. Opslag op Schaal Verwerken

Dynamische Persistent Volume Provisioning

Opslag voor applicaties wordt dynamisch toegewezen met automatisering.

apiVersion: storage.k8s.io/v1

kind: StorageClass

metadata:

  name: fast-storage

provisioner: kubernetes.io/aws-ebs

parameters:

  type: gp2

  fsType: ext4

10. Optimalisatie van CI/CD Pipelines voor Kubernetes

Bouw en Push een Docker Image

Vereenvoudig het maken en publiceren van containerimages met CI/CD-tools zoals Jenkins, GitHub Actions en GitLab CI.

Conclusie

Om Kubernetes te schalen, moet men een combinatie van efficiënt gebruik van middelen, automatisering, zichtbaarheid en sterke beveiligingsprocessen hebben. Door volledig gebruik te maken van de mogelijkheden van Kubernetes en deze te combineren met aanvullende tools, kunnen uw workloads van hoge prestaties, veilig en veerkrachtig zijn op elke schaal.