Kubernetes, hay K8s, là một trong những hệ thống điều phối container nguồn mở mạnh mẽ nhất — đặc biệt là khả năng tự động triển khai trạng thái mong muốn. Nói cách khác, với tư cách là quản trị viên, bạn có thể chỉ định cách bạn muốn ứng dụng và cụm của mình hoạt động, sau đó hệ thống điều khiển sẽ thực hiện điều đó cho bạn bằng cách sử dụng các feedback loop. Thật tuyệt vời phải không nào?
Hai phương pháp chính cho phép quản lý tác vụ hoạt động phức tạp trong Kubernetes đó chính là Controller và Operator. Cả hai đều đảm bảo rằng tài nguyên cụm tuân thủ trạng thái mong muốn, nhưng chúng đóng vai trò khác nhau trong hệ sinh thái Kubernetes. Nếu sự phân biệt này có vẻ khó hiểu, thì đó là vì sự khác biệt giữa Controller và Operator có thể khá phức tạp! Đặc biệt là vì Operator là một subcategory của Controller.
Đọc tiếp để xem xét kỹ hơn cách hoạt động của Kubernetes Controller và Operator. Tôi sẽ định nghĩa các tính năng chính và liệt kê các trường hợp sử dụng của chúng trong bài viết ngay sau đây, cùng chú ý theo dõi nhé!!!
Kubernetes Controller là gì?
Kubernetes Controller là vòng điều khiển theo dõi các cụm tài nguyên của bạn và thay đổi chúng để phù hợp với trạng thái mong muốn trong một chu kỳ liên tục. Ví dụ, nếu bạn cần nướng gà ở nhiệt độ 200 độ C, vòng điều khiển trong trường hợp này sẽ theo dõi nhiệt độ lò nướng để giữ nhiệt độ gần với nhiệt độ mong muốn của bạn nhất có thể. Nếu nhiệt độ xuống dưới hoặc trên 200, vòng điều khiển sẽ tự động điều chỉnh các nút điều khiển lò nướng để sửa lỗi nhằm đưa nhiệt độ về đúng chính xác như mong muốn.
Đây chính xác là cách mà Kubernetes Controller hoạt động — chúng giám sát các tài nguyên và điều kiện mà quản trị viên yêu cầu ở trạng thái mong muốn và tự động triển khai chúng. Controller đảm bảo rằng trạng thái mong muốn và trạng thái thực tế luôn được căn chỉnh liên tục.
1. Các hàm sử dụng Kubernetes Controller
Kubernetes Controller thực hiện nhiều chức năng khác nhau để quan sát, duy trì và thực thi trạng thái mong muốn của tài nguyên trong cụm Kubernetes. Các chức năng chính của Controller bao gồm:
- Quan sát cụm — Controller liên tục theo dõi các thay đổi trạng thái trong cụm tài nguyên, cho phép quản trị viên hoặc nhóm cơ sở hạ tầng phản hồi kịp thời.
- Thực thi trạng thái mong muốn — Controller so sánh các điều kiện của trạng thái mong muốn của quản trị viên với trạng thái hiện tại của cụm tài nguyên và tự động thực hiện các thay đổi để thực thi trạng thái mong muốn.
- Thực thi giới hạn tài nguyên — Controller thực thi giới hạn đối với tài nguyên được sử dụng trong không gian tên để ngăn ngừa việc sử dụng quá mức.
- Lịch trình được xác định — Controller chạy Công việc theo lịch trình do người dùng xác định.
- Xử lý sự kiện — Controller xử lý các sự kiện vòng đời và kích hoạt phản hồi, chẳng hạn như tự động khởi động lại pod khi gặp lỗi.
- Bảo trì tình trạng cụm — Controller phát hiện và quản lý các nút không hoạt động tốt, trong khi Controller điểm cuối duy trì các đối tượng điểm cuối được cập nhật để khám phá dịch vụ.
- Triển khai và khôi phục — Controller triển khai cung cấp khả năng quản lý triển khai và khôi phục về phiên bản trước đó.
Kubernetes Controller tự động hóa các hoạt động cụm thường lệ, thực thi chính sách, phản ứng với các lỗi và nỗ lực liên tục điều chỉnh trạng thái thực tế để phù hợp với cấu hình mong muốn của người dùng.
2. Các trường hợp sử dụng Kubernetes Controller
Kubernetes Controller có một số trường hợp sử dụng chính để quản lý và vận hành các ứng dụng và tài nguyên trong một cụm:
- Mở rộng ứng dụng web front-end — Đảm bảo bạn luôn có đủ bản sao pod đang chạy để có thể xử lý lưu lượng người dùng tăng lên đến ứng dụng web. Các bộ điều khiển như ReplicaSet sẽ tự động tạo các pod mới khi cần.
- Chạy cơ sở dữ liệu được quản lý — Triển khai và quản lý cơ sở dữ liệu có trạng thái và duy trì ID mạng ổn định khi các pod được khởi động lại hoặc di chuyển bằng Controller như StatefulSet.
- Xử lý dữ liệu hàng loạt — Chạy các pod đến khi hoàn tất cho các tác vụ hàng loạt và đảm bảo rằng các pod bị lỗi được chạy lại. Trường hợp sử dụng này hoạt động đặc biệt tốt trong thiết lập đường ống phân tích hoặc đào tạo máy học.
- Duy trì một tập hợp các pod — Đảm bảo rằng các tập hợp gồm nhiều pod giống hệt nhau đang chạy tại bất kỳ thời điểm nào.
- Lên lịch tác vụ — Chạy các nhóm theo lịch trình do người dùng xác định với các tác vụ cụ thể bằng bộ điều khiển như CronJob.
- Triển khai tự động mở rộng — Mở rộng triển khai và bộ bản sao dựa trên các số liệu khác nhau và tự động điều chỉnh bản sao pod bằng bộ điều khiển HorizontalPodAutoscaler.
- Giới hạn mức sử dụng tài nguyên — Giới hạn mức sử dụng tài nguyên và ngăn ngừa quá tải bằng Controller như ResourceQuota.
Về cơ bản, Kubernetes Controller tự động hóa các hoạt động để triển khai, mở rộng quy mô, phục hồi và thực thi các chính sách cho các ứng dụng trong khi tối đa hóa việc sử dụng cụm. Điều này làm giảm nỗ lực thủ công cho các nhóm nền tảng và bổ sung khả năng tự quản lý cho Kubernetes.
3. Lợi ích của việc sử dụng Kubernetes Controller
Tôi đã đề cập đến các chức năng và trường hợp sử dụng ở trên, nhưng Kubernetes Controller còn có thể cung cấp những lợi ích nào khác nữa?
- Tự động hóa — Controller giảm thiểu các thao tác thủ công nhờ khả năng tự động điều chỉnh quy mô và thực thi trạng thái.
- Độ tin cậy — Controller giúp ứng dụng đáng tin cậy hơn với các tính năng như lập lịch, tạo pod và quản lý bản sao.
- Tính khả dụng — Bằng cách tự động xử lý các sự kiện lỗi, Controller đảm bảo tính khả dụng cao của các ứng dụng.
- Hiệu quả — Controller cung cấp khả năng quản lý tài nguyên cụm hiệu quả với chức năng quản lý báo giá và tự động mở rộng quy mô.
- Tính linh hoạt — Với các tính năng như cập nhật liên tục, Controller giúp triển khai ứng dụng nhanh hơn và quản lý vòng đời.
- Tính linh hoạt — Controller có sẵn cho nhiều nhu cầu khác nhau, như tác vụ hàng loạt, dịch vụ daemon, triển khai, v.v.
- Khả năng quan sát — Controller cung cấp khả năng hiển thị rõ ràng về các thay đổi trạng thái tài nguyên cụm, sự kiện và tình trạng hoạt động thông qua API K8s.
Kubernetes Operator là gì?
Kubernetes operators là một phân loại con của controller sử dụng API mở rộng — hoặc tài nguyên tùy chỉnh — để hoàn thành nhiệm vụ. Operators thường được xây dựng như một tập hợp các controller độc lập, mỗi controller chịu trách nhiệm cho tập hợp con các task và resource liên quan đến ứng dụng được quản lý.
Trong khi operator chia sẻ các chức năng tương tự với controller, nó chỉ sử dụng các tài nguyên tùy chỉnh và tập trung vào một miền.
Mặt khác, controller hoạt động mà không cần tài nguyên tùy chỉnh hoặc phần mở rộng API và không cần kết nối với một miền cụ thể. Các operator vì thế mà rất phù hợp để đáp ứng nhu cầu hoạt động cho một ứng dụng hoặc nền tảng cụ thể, nhưng chúng không đáp ứng được trạng thái cụm tài nguyên chung cũng như controller.
1. Các hàm điều khiển Kubernetes Operator
Kubernetes operators là controller được xây dựng tùy chỉnh mở rộng chức năng Kubernetes để tự động triển khai, quản lý và vận hành các ứng dụng hoặc dịch vụ cụ thể. Một số chức năng chính mà nó có thể cung cấp bao gồm:
- Quản lý vòng đời — Operator quản lý toàn bộ vòng đời của các ứng dụng phức tạp có trạng thái như cơ sở dữ liệu thông qua triển khai, nâng cấp và mở rộng quy mô. Họ cũng có thể áp dụng logic ứng dụng để tự động hóa các hoạt động như sao lưu và khôi phục.
- Quản lý khai báo — Bằng cách tận dụng các khái niệm trừu tượng của K8 như CRD, các operator cung cấp khả năng quản lý khai báo đơn giản cho các ứng dụng thông qua các tài nguyên tùy chỉnh.
- Bảo mật — Operator tích hợp các biện pháp bảo mật hàng đầu, chẳng hạn như mã hóa, quản lý bí mật và kiểm soát truy cập, để bảo vệ các ứng dụng. Các biện pháp này có thể tùy chỉnh từ ứng dụng này sang ứng dụng khác.
- Lên lịch nâng cao — Operator cho phép tùy chỉnh chính sách lên lịch cho tài nguyên ứng dụng bằng cách tích hợp với trình lập lịch K8s.
- Phát hiện và điều chỉnh lỗi — Operator phát hiện lỗi và bất thường về tài nguyên như bế tắc thông qua kiểm tra tình trạng cụ thể của ứng dụng và thực hiện hành động để sửa lỗi. Họ cũng có thể tự động điều chỉnh ứng dụng bằng cách phân tích số liệu và điều kiện bằng kiến thức về miền.
- Di chuyển - Operator có thể tự động di chuyển ứng dụng trên các cụm tài nguyên và phiên bản Kubernetes với sự gián đoạn tối thiểu.
- Phục hồi sau thảm họa — Sử dụng logic lấy ứng dụng làm trung tâm, operator tạo và thực hiện quy trình sao lưu và phục hồi sau thảm họa cho các ứng dụng có trạng thái.
Bằng cách mã hóa kiến thức vận hành này vào controller tự động, Kubernetes Operator sẽ giảm bớt công việc thủ công và lỗi của con người đồng thời đảm bảo các ứng dụng chạy đáng tin cậy trên các cụm Kubernetes theo các thông lệ tốt nhất.
2. Các trường hợp nào nên sử dụng Kubernetes Operator?
Kubernetes Operator có một số trường hợp sử dụng chính để quản lý và tự động hóa các ứng dụng và dịch vụ trong một cụm:
- Quản lý cơ sở dữ liệu — Triển khai, nâng cấp, sao lưu và khôi phục cơ sở dữ liệu bằng cách sử dụng trình điều hành như MySQL hoặc Postgres.
- Cung cấp lưu trữ — Cung cấp và quản lý các hoạt động lưu trữ cho các ứng dụng có trạng thái dựa trên nhu cầu cụ thể của chúng.
- Ghi nhật ký và giám sát — Đơn giản hóa việc phân tích và thu thập số liệu bằng cách triển khai các công cụ ghi nhật ký và giám sát như Elasticsearch hoặc Prometheus.
- Triển khai các công cụ CI/CD — Tự động hóa việc triển khai, cấu hình và mở rộng quy mô các đường ống CI/CD bằng các công cụ như Jenkins trong hệ điều hành của bạn.
- Tích hợp hệ thống nhắn tin — Tự động thực hiện mở rộng cụm, nâng cấp và kiểm tra tình trạng với operator nhắn tin có thể quản lý hệ thống, như RabbitMQ.
- Sử dụng công cụ lưới dịch vụ — Cài đặt các công cụ lưới dịch vụ như Istio để quản lý lưu lượng ứng dụng, tự động triển khai canary, v.v.
- Sao lưu và khôi phục — Tự động sao lưu ứng dụng của bạn và sử dụng hệ thống phục hồi sau thảm họa cho các ứng dụng cụ thể.
Nhìn chung, các Kubernetes Operator mang đến một cách tiếp cận tập trung vào ứng dụng để quản lý các dịch vụ trên Kubernetes. Họ cho phép các hoạt động hoàn toàn tự động trong khi cải thiện độ tin cậy, khả năng quan sát và tối ưu hóa — tất cả đều tuân theo các thông lệ tốt nhất.
3. Lợi ích của việc sử dụng Kubernetes operators
Các Kubernetes Operator cung cấp một số lợi ích chính:
- Quản lý ứng dụng đơn giản — Operator quản lý các hoạt động ứng dụng phức tạp và cung cấp khả năng quản lý khai báo thông qua các tài nguyên tùy chỉnh.
- Tăng năng suất — Operator tự động hóa khối lượng công việc nặng thường cần thiết để chạy và bảo trì các ứng dụng phức tạp, cho phép các nhà phát triển tập trung nhiều hơn vào mã.
- Tính nhất quán khi triển khai — Các Operator cho phép các ứng dụng có trạng thái phức tạp chạy nhất quán trên các môi trường đám mây tại chỗ, kết hợp hoặc công cộng.
- Khả năng mở rộng — Bằng cách mở rộng API K8s với CRD, Operator cho phép quản trị viên hỗ trợ nhiều loại ứng dụng khác nhau mà không cần tăng thêm khối lượng công việc.
- Quản lý hệ sinh thái — Với hệ sinh thái Operator phong phú, các nhóm cơ sở hạ tầng có thể dễ dàng quản lý nhiều ứng dụng phức tạp trên K8s.
- Tính mô-đun — Các Operator có tính mô-đun vì họ thường tập trung vào việc tự động hóa các tác vụ cho một ứng dụng hoặc nền tảng duy nhất.
- Chuyển đổi hệ thống cũ dễ dàng hơn — Operator đơn giản hóa đáng kể quá trình chuyển đổi sang K8 cho các tổ chức cũ có ứng dụng phức tạp.
Lợi ích chính của việc sử dụng Operator là mã hóa chuyên môn vận hành và cho phép Kubernetes tự động hóa hoàn toàn việc triển khai và vận hành các ứng dụng hoặc dịch vụ phức tạp.
Controller so với Operator - Bạn nên sử dụng phương pháp nào?
Bây giờ bạn đã biết các chức năng, trường hợp sử dụng và lợi ích của Kubernetes Controller và Operator rồi — nhưng làm thế nào để bạn quyết định phương pháp nào phù hợp với doanh nghiệp của mình? Hãy để tôi cung cấp một số điều sau đây để giúp bạn hiểu rõ hơn nhé.
Kubernetes Controller thường được sử dụng cho các ứng dụng không trạng thái với các trường hợp sử dụng phổ biến, như giao diện người dùng. Như đã đề cập trước đó, controller chứa các trạng thái cụm tài nguyên chung, do đó chúng hoạt động tốt nhất cho các ứng dụng đơn giản hơn với các yêu cầu tự động hóa cơ bản cho các chức năng như mở rộng quy mô và sao lưu. Controller cũng sử dụng các trừu tượng Kubernetes mặc định, nghĩa là chúng kết hợp tốt với các ứng dụng đám mây gốc trong các môi trường đơn lẻ có nhu cầu hoạt động tối thiểu. Nếu mục tiêu chính của bạn là mở rộng và kiểm soát Kubernetes ở cấp tài nguyên API, thì lựa chọn tốt nhất của bạn có thể là controller có thể đáp ứng các mục đích chung không bị ràng buộc với một miền cụ thể.
Mặt khác, các Kubernetes Operator hữu ích cho việc triển khai và quản lý các ứng dụng có trạng thái như cơ sở dữ liệu. Các operator tự động hóa các tác vụ phức tạp cho các ứng dụng và nền tảng cụ thể bằng cách sử dụng kiến thức vận hành sâu sắc. Chúng cho phép quản trị viên tạo các tài nguyên tùy chỉnh và đạt được khả năng tự động hóa nâng cao các tác vụ quản lý vòng đời như mở rộng quy mô, nâng cấp và lưu trữ. Ngoài ra, các Operator là lựa chọn tốt nhất cho các tổ chức muốn chuyển đổi từ các ứng dụng cũ hoặc triển khai các ứng dụng một cách nhất quán trên nhiều môi trường. Nếu bạn cần làm việc ở cấp độ chi tiết trong một ứng dụng phức tạp và giảm chi phí vận hành, Kubernetes Operator sẽ là lựa chọn phù hợp.
Nhìn chung, Kubernetes Controller nên sử dụng ở cấp độ tài nguyên, trong khi các Operator tập trung vào việc tự động hóa các ứng dụng cụ thể, phức tạp. Bạn nên đánh giá các đặc điểm ứng dụng, môi trường, kiến thức vận hành và nhu cầu tự động hóa để đưa ra quyết định cuối cùng giữa controller hoặc Operator.
Phần kết luận
Kubernetes Controller và Operator chắc chắn sẽ đưa quản lý tác vụ tài nguyên cụm của bạn lên một tầm cao mới. Chúng tôi hy vọng hướng dẫn này có thể đóng vai trò như một lộ trình giúp bạn đánh giá kiến thức và nhu cầu ứng dụng cụ thể của mình, để bạn có thể bắt đầu hành trình Kubernetes của mình sớm nhất có thể. Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết này.