Чому etcd є важливим для Kubernetes: Повний посібник - javascript.org.ua

Джерело: Чому etcd є невід'ємною частиною Kubernetes: всеосяжний посібник

1. Що таке etcd в Kubernetes?

Etcd — це розподілений консистентний сховище типу ключ-значення, яке використовує Kubernetes для зберігання всіх своїх даних кластера. Це включає конфігураційні дані, інформацію про стан, секрети та інші критично важливі дані кластера. Etcd — це не просто база даних, а високо доступна, стійка система, яка забезпечує консистентність між усіма вузлами Kubernetes-кластера.

1.1 Чому в Kubernetes використовується etcd?

Основною причиною використання etcd в Kubernetes є його модель консистентності. Як розподілена система, Kubernetes потребує надійного управління станом і конфігураційними даними між різними вузлами. Etcd забезпечує сильну консистентність, що означає, що кожна зміна в даних відображається на всіх вузлах в режимі реального часу, гарантуючи синхронізацію стану кластера.

1.2 Як працює etcd в Kubernetes?

Etcd — це розподілений сховище типу ключ-значення, розроблене для високої доступності, надійності та консистентності. Воно базується на алгоритмі консенсусу Raft, який забезпечує консистентність даних між кількома вузлами (членами кластера etcd) навіть у разі мережевих розділень або збоїв вузлів.

Алгоритм консенсусу Raft — це розподілений алгоритм консенсусу, розроблений для того, щоб кілька серверів у розподіленій системі погоджувалися на одне значення або серію значень, навіть за наявності збоїв. Він був розроблений, щоб бути більш зрозумілим і практичним порівняно з іншими алгоритмами консенсусу, такими як Paxos.

Raft використовується для керування реплікованим журналом у розподіленій системі, гарантуючи, що всі сервери (або вузли) погоджуються на послідовність операцій. Це критично для підтримки консистентності 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 вибору нового лідера.

Коли система запускається або коли лідер зазнає збою, сервери обирають нового лідера через процес голосування. Лідер додає записи в журнал і реплікує їх послідовникам. Записи вважаються підтвердженими, коли більшість послідовників їх реплікує. Це гарантує, що як тільки запис в журналі підтверджено, він не буде втрачений і буде застосований до всіх серверів в тій самій послідовності.

Etcd зберігає весь стан Kubernetes-кластера у вигляді пар ключ-значення. Це включає:

Інформацію про вузли
Визначення Pod
ConfigMaps і Secrets
Облікові записи служб
Запити на постійну пам'ять
Мережеві політики
Визначення кастомних ресурсів (CRDs)

Кожен елемент зберігається під унікальним шляхом або ключем в etcd. Наприклад, інформація про pod може зберігатися під /registry/pods/{namespace}/{pod-name}.

Висока доступність і стійкість до збоїв
Etcd розроблений для високої доступності. У налаштуваннях Kubernetes для виробничого середовища зазвичай розгортається кластер etcd з трьох, п'яти або більше вузлів. Це забезпечує резервування, тому навіть якщо деякі вузли вийдуть з ладу, залишкові вузли можуть продовжувати обробляти запити. Алгоритм консенсусу Raft гарантує, що дані будуть консистентними та захищеними на всіх вузлах, навіть у разі мережевих розділень або збоїв деяких вузлів.

Вибори лідера та консистентність
У кластері etcd один вузол обирається лідером, а інші — послідовниками.
Лідер обробляє всі запити клієнтів, які пов'язані з модифікацією даних (наприклад, запис даних), тоді як послідовники обробляють запити на читання. Коли лідер отримує запит на запис, він реєструє зміни та надсилає оновлення всім послідовникам. Лідер підтверджує зміни і відповідає клієнту лише після того, як більшість послідовників підтвердить зміни. Це гарантує високу консистентність.

Механізм спостереження

Компоненти Kubernetes (наприклад, API-сервер, менеджер контролерів та планувальник) взаємодіють з etcd для зберігання або отримання стану кластера. Ці компоненти часто використовують механізм спостереження etcd для отримання сповіщень про зміни в стані кластера. Наприклад, API-сервер Kubernetes спостерігає за змінами в etcd і повідомляє інші компоненти для прийняття відповідних дій (наприклад, створення нового pod, коли створюється новий деплоймент).

Продуктивність та масштабованість

Etcd оптимізовано для роботи з невеликими об'ємами даних з частими операціями читання та запису. Він спроектований для забезпечення високої пропускної здатності при читанні та записі з низькою затримкою. Однак etcd не призначений для зберігання великих обсягів даних, тому Kubernetes зазвичай зберігає лише метадані кластера та конфігураційні дані в etcd.

Etcd підтримує захист комунікацій за допомогою TLS (Transport Layer Security) для забезпечення безпеки між клієнтами та серверами etcd. Kubernetes може бути налаштований для використання шифрування даних в at rest для подальшого захисту чутливих даних, таких як Secrets. Це означає, що дані, збережені в etcd, шифруються за допомогою ключа, який не зберігається в самому etcd.

1.3 Приклад того, як Kubernetes використовує etcd

Коли ви створюєте ресурс, наприклад Pod, в Kubernetes, ось що відбувається з etcd:

Запит kubectl: Ви виконуєте команду kubectl apply -f pod.yaml для створення 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, що виступає клієнтом etcd, надсилає запит на запис до лідера кластера etcd. Лідер реєструє операцію та реплікує її на вузли-послідовники.

Підтвердження та повідомлення: Після того, як більшість вузлів etcd підтвердить запис, лідер підтверджує зміни. API-сервер тоді повідомляє контролер Kubernetes, що потрібно спланувати новий Pod.

Координація компонентів: Інші компоненти Kubernetes (наприклад, планувальник) спостерігають за змінами в etcd та вживають необхідних дій для досягнення бажаного стану. Планувальник розмістить Pod на вузлі, а kubelet на цьому вузлі запустить Pod.

2. Налаштування etcd в Kubernetes

Налаштування etcd є важливим для управління Kubernetes кластером. Ось кроки для встановлення etcd як частини Kubernetes кластера.

2.1 Встановлення etcd

Перед налаштуванням etcd важливо переконатися, що ваше середовище відповідає вимогам. Вам потрібно мати встановлений Kubernetes на вашій системі. Ми використовуватимемо версію Kubernetes, що постачається разом з etcd.

Покрокове встановлення

Встановлення компонентів Kubernetes: Переконайтесь, що kubeadm, kubelet та kubectl встановлені на вашій системі.

Ініціалізація контрольного рівня Kubernetes: Використовуйте kubeadm для ініціалізації контрольного рівня. Цей крок автоматично налаштує etcd.

sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16

Під час ініціалізації etcd автоматично встановлюється і налаштовується як частина контрольного рівня.

Перевірка встановлення etcd: Перевірте статус pod-ів etcd, щоб переконатися, що etcd працює правильно.

kubectl get pods -n kube-system | grep etcd

2.2 Налаштування etcd для високої доступності

Для виробничих середовищ, etcd має бути налаштований для високої доступності, щоб запобігти втраті даних або простою системи.
Висока доступність може бути досягнута шляхом налаштування кластера etcd з кількома вузлами.

Приклад: Налаштування високодоступного кластера etcd

Створення конфігураційного файлу: Створіть конфігураційний файл для кожного вузла etcd.

name: etcd-1  
initial-advertise-peer-urls: http://:2380  
listen-peer-urls: http://:2380  
listen-client-urls: http://:2379  
initial-cluster: etcd-1=http://:2380,etcd-2=http://:2380,etcd-3=http://: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 кластера etcd.

etcdctl --endpoints=http://:2379 cluster-health

3. Кращі практики для управління etcd в 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 стану etcd та налаштування сповіщень про аномалії.

Забезпечення безпеки комунікації etcd

Завжди шифруйте комунікацію etcd, щоб запобігти несанкціонованому доступу. Використовуйте TLS для безпечної комунікації.

Правильне масштабування etcd

Коректно налаштуйте розмір вузлів кластера etcd, залежно від кількості вузлів Kubernetes та очікуваного навантаження. Перевантаження etcd може призвести до погіршення продуктивності.

4. Висновок

Розуміння ролі etcd у Kubernetes є важливим для кожного, хто керує Kubernetes кластером. Від налаштування etcd для високої доступності до моніторингу його стану та забезпечення безпеки комунікацій, оволодіння etcd є необхідним для забезпечення стабільного та надійного середовища Kubernetes.

Якщо у вас є будь-які питання або вам потрібне подальше роз'яснення, не соромтеся коментувати нижче!

Якщо мої статті були корисними для вас, я буду дуже вдячний за вашу підтримку тут. Ваша підтримка надихає мене на створення ще більш змістовного та високоякісного контенту!

Перекладено з: Why etcd is Essential for Kubernetes: A Comprehensive Guide