Джерело: Чому etcd є важливим для Kubernetes: Всеохоплюючий посібник
1. Що таке etcd в Kubernetes?
Etcd — це розподілена, узгоджена система збереження пар "ключ-значення", яку використовує Kubernetes для зберігання всіх даних кластера. Це включає конфігураційні дані, інформацію про стан, секрети та інші важливі дані кластера. Etcd не є просто базою даних; це високо доступна, стійка до відмов система, яка забезпечує узгодженість між усіма вузлами в кластері Kubernetes.
1.1 Чому в Kubernetes використовують etcd?
Основна причина використання etcd в Kubernetes полягає в його моделі узгодженості. Як розподілена система, Kubernetes повинен надійно управляти станом і конфігураційними даними на різних вузлах. Etcd забезпечує високу узгодженість, що означає, що кожна зміна даних відображається на всіх вузлах у реальному часі, забезпечуючи синхронізацію стану кластера.
1.2 Як працює etcd в Kubernetes?
Etcd — це розподілена система збереження пар "ключ-значення", побудована для високої доступності, надійності та узгодженості. Вона базується на алгоритмі консенсусу Raft, який забезпечує узгодженість даних між кількома вузлами (членами кластера etcd) навіть у разі розподілу мережі чи збоїв вузлів.
Etcd — це розподілена система збереження пар "ключ-значення", побудована для високої доступності, надійності та узгодженості. Вона базується на алгоритмі консенсусу Raft, який забезпечує узгодженість даних між кількома вузлами (членами кластера etcd) навіть у разі розподілу мережі чи збоїв вузлів.
Алгоритм консенсусу Raft — це розподілений алгоритм консенсусу, розроблений для забезпечення того, щоб кілька серверів в розподіленій системі погоджувалися на єдине значення або серію значень, навіть у разі збоїв. Він був розроблений для того, щоб бути більш зрозумілим і практичним порівняно з іншими алгоритмами консенсусу, такими як Paxos.
Raft використовується для управління реплікованим журналом у розподіленій системі, що забезпечує узгодженість серед усіх серверів (або вузлів) щодо послідовності операцій. Це є критично важливим для підтримання узгодженості в системі.
Лідер: Один сервер обирається лідером, який відповідає за обробку всіх запитів клієнтів і записів журналу.
Послідовники: Інші сервери діють як послідовники, реплікуючи записи журналу лідера і відповідаючи на запити.
Кандидати: У разі збою лідера сервер може стати кандидатом і ініціювати нові вибори для обрання нового лідера.
Коли система запускається або коли лідер виходить з ладу, сервери обирають нового лідера через процес голосування. Лідер додає записи в журнал і реплікує їх на послідовників. Записи вважаються зафіксованими, коли більшість послідовників їх реплікує. Це гарантує, що як тільки запис у журналі зафіксовано, він не буде втрачений і буде застосований до всіх серверів в тому ж порядку.
Etcd зберігає весь стан кластера Kubernetes у вигляді пар "ключ-значення". Це включає:
- Інформацію про вузли
- Описання подів
- ConfigMaps і Secrets
- Облікові записи служб
- Запити на постійні томи
- Мережеві політики
- Опис користувацьких ресурсів (CRD)
Кожен елемент інформації зберігається під унікальним шляхом або ключем в etcd. Наприклад, інформація про поди може зберігатися за адресою /registry/pods/{namespace}/{pod-name}.
Висока доступність і стійкість до відмов
Etcd спроектовано для високої доступності. В налаштуваннях Kubernetes для виробничого середовища etcd зазвичай розгортається як кластер з трьох, п’яти або більше вузлів. Це забезпечує резервування, тому навіть якщо деякі вузли вийдуть з ладу, решта зможе обслуговувати запити. Алгоритм консенсусу Raft забезпечує, що дані залишаються узгодженими і безпечними на всіх вузлах, навіть у разі розподілу мережі або збоїв деяких вузлів.
Вибори лідера та узгодженість
У кластері etcd один вузол обирається лідером, а інші — послідовниками.
Лідер обробляє всі запити клієнтів, що передбачають зміну даних (наприклад, запити на запис), тоді як послідовники обробляють запити на читання. Коли лідер отримує запит на запис, він записує зміну та надсилає оновлення всім послідовникам. Лише після того, як більшість послідовників підтвердить зміну, лідер фіксує її і відповідає клієнту. Це гарантує сильну узгодженість.
Механізм спостереження
Компоненти Kubernetes (наприклад, API сервер, менеджер контролерів і планувальник) взаємодіють з etcd для збереження або отримання стану кластера. Ці компоненти часто використовують механізм спостереження etcd, щоб отримувати повідомлення про зміни стану кластера. Наприклад, API сервер Kubernetes спостерігає за etcd для змін у кластері і повідомляє інші компоненти, щоб ті вжили необхідних дій (наприклад, планування нового пода, коли створюється розгортання).
Продуктивність та масштабованість
Etcd оптимізовано для невеликих обсягів даних з частими операціями читання та запису. Вона спроектована для забезпечення високої пропускної здатності читання та запису з низькою затримкою. Однак вона не призначена для зберігання великих обсягів даних, тому Kubernetes зазвичай зберігає лише метадані кластера та конфігураційні дані в etcd.
Etcd підтримує захист на транспортному рівні (TLS) для забезпечення безпечної комунікації між клієнтами та серверами etcd. Kubernetes можна налаштувати для використання шифрування etcd при збереженні даних для додаткового захисту чутливої інформації, такої як Secrets. Це означає, що дані, збережені в etcd, шифруються за допомогою ключа, який не зберігається безпосередньо в etcd.
1.3 Приклад того, як Kubernetes використовує etcd
Коли ви створюєте ресурс, наприклад, Pod у Kubernetes, ось що відбувається з etcd:
Запит kubectl: Ви вводите команду kubectl apply -f pod.yaml, щоб створити Pod.
API сервер Kubernetes: API сервер Kubernetes отримує запит і записує визначення Pod в etcd під унікальним ключем, таким як /registry/pods/default/my-pod.
Операція запису в etcd: API сервер, як клієнт etcd, надсилає запит на запис лідеру кластера etcd. Лідер записує операцію та реплікує її на вузли-послідовники.
Фіксація та повідомлення: Як тільки більшість вузлів etcd підтвердять запис, лідер фіксує зміну. API сервер потім повідомляє контролеру Kubernetes, що новий Pod потрібно запланувати.
Координація компонентів: Інші компоненти Kubernetes (наприклад, планувальник) спостерігають за змінами в etcd і вживають необхідних дій для досягнення бажаного стану. Планувальник розміщує Pod на вузлі, а kubelet на цьому вузлі запускає Pod.
2. Налаштування etcd в Kubernetes
Налаштування etcd є важливим для управління кластером Kubernetes. Ось кроки для встановлення etcd як частини кластера Kubernetes.
2.1 Встановлення etcd
Перед тим як приступити до налаштування etcd, важливо переконатися, що ваше середовище відповідає вимогам. Вам потрібно мати встановлений Kubernetes на вашій системі. Для цього ми будемо використовувати версію Kubernetes, яка поставляється разом з etcd.
Покрокова інсталяція
Встановіть компоненти Kubernetes: Переконайтеся, що на вашій системі встановлені kubeadm, kubelet і kubectl.
Ініціалізація контрольної плани Kubernetes: Використовуйте kubeadm для ініціалізації контрольної плани. Цей крок автоматично налаштує etcd.
sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16
Під час ініціалізації etcd автоматично встановлюється та налаштовується як частина контрольної плани.
Перевірка встановлення etcd: Перевірте статус подів etcd, щоб впевнитися, що etcd працює правильно.
kubectl get pods -n kube-system | grep etcd
2.2 Налаштування etcd для високої доступності
Для виробничих середовищ etcd повинен бути налаштований для високої доступності, щоб запобігти втраті даних або часу простою.
Висока доступність може бути досягнута шляхом налаштування кластеру etcd з кількома вузлами.
Приклад: Налаштування високодоступного кластеру etcd
Створення конфігураційного файлу: Створіть конфігураційний файл для кожного вузла etcd.
name: etcd-1
initial-advertise-peer-urls: http://<node-ip>:2380
listen-peer-urls: http://<node-ip>:2380
listen-client-urls: http://<node-ip>:2379
initial-cluster: etcd-1=http://<node-ip>:2380,etcd-2=http://<node-ip>:2380,etcd-3=http://<node-ip>:2380
Запуск etcd на кожному вузлі: Використовуйте конфігураційний файл для запуску etcd на кожному вузлі.
etcd --config-file /etc/etcd/etcd.conf
Перевірка статусу кластера: Використовуйте etcdctl для перевірки стану здоров'я кластера etcd.
etcdctl --endpoints=http://<node-ip>:2379 cluster-health
3. Найкращі практики для управління etcd у Kubernetes
Регулярні резервні копії
Забезпечте регулярне створення резервних копій etcd, щоб уникнути втрати даних у разі збою.
Моніторинг стану etcd
Використовуйте інструменти моніторингу, такі як Prometheus, для моніторингу здоров'я etcd і налаштування сповіщень про аномалії.
Захист комунікації etcd
Завжди шифруйте комунікацію etcd, щоб запобігти несанкціонованому доступу. Використовуйте TLS для безпечної комунікації.
Правильне масштабування etcd
Правильно визначайте розмір вузлів кластера etcd на основі кількості вузлів Kubernetes і очікуваного навантаження. Перевантаження etcd може призвести до зниження продуктивності.
4. Висновок
Розуміння ролі etcd у Kubernetes є важливим для будь-кого, хто керує кластером Kubernetes. Від налаштування etcd для високої доступності до моніторингу його здоров'я і захисту його комунікації, освоєння etcd є важливим для забезпечення стабільного та надійного середовища Kubernetes.
Якщо у вас є питання або потрібні додаткові роз'яснення, не соромтесь залишити коментар!
Якщо мої статті були корисні для вас, буду дуже вдячний за вашу підтримку тут. Ваша підтримка надихає мене створювати ще більше корисного та якісного контенту!
Перекладено з: Why etcd is Essential for Kubernetes: A Comprehensive Guide