آیا تا به حال شده است که در اوج کار باشید و ناگهان کامپیوتر به‌صورت خودکار آپدیت شود؟ در این لحظه شما می‌مانید و دقایق طولانی که باید صبر کنید تا به‌روزرسانی به پایان برسد. این موضوع به‌ویژه هنگامی که عجله دارید، می‌تواند بسیار اذیت کننده باشد.
حال این موضوع را در ابعاد شرکت یا سازمانی بزرگ تصور کنید. چه فاجعه‌ای می‌شود! چندین بار در ماه تمام سیستم یک شرکت از کار بیفتد تا به‌روزرسانی‌های سیستم انجام شوند. چقدر کارها عقب خواهد افتاد!
توسعه‌دهندگان به ابزاری نیاز دارند تا به کمک آن بتوانند سیستم‌های شرکت خود را به‌روز نگه دارند، بدون آن‌که اختلالی در کار کارمندان ایجاد شود. به همین علت آموزش کوبرنتیز ضروری است؛ اما کوبرنتیز چیست و چه کاربردی دارد؟ برای اطلاع از پاسخ این سؤال‌ها، در ادامه همراه ما بمانید تا هر آنچه را که باید درباره این ابزار قدرتمند و پیچیده بدانید، برایتان شرح دهیم.
کوبرنتیز چیست؟
Kubernetes یا به‌اختصار K8s یکی از محبوب‌ترین پلتفرم‌های متن‌باز در میان برنامه‌نویسان است. این پلتفرم به سامان‌دهی، مدیریت و خودکارسازی نرم‌افزارهای کانتینری کمک می‌کند. به این فرآیند در علم کامپیوتر ارکستراسیون می‌گوییم.
اگر نمی‌دانید کانتینر چیست پیش از خواندن ادامه آموزش کوبرنتیز به بخش کانتینر مراجعه کنید تا این مبحث را بهتر متوجه شوید.
در مجموع Kubernetes را برای ساده‌سازی فرآیندهای نرم‌افزاری به کار می‌بریم. این ابزار دارای دستورهای داخلی است که می‌تواند از پیاده‌سازی نرم‌افزار گرفته تا نظارت و ایجاد تغییر در آن را به‌صورت خودکار انجام دهد.
کاربران می‌توانند از این ابزار بدون داکر (Docker) نیز استفاده کنند. به‌صورت خلاصه، به‌جای این‌که هر کانتینر فرآیند جداگانه‌ای را برای استقرار طی کند، K8s کانتینرهای مشابه را در یک گروه قرار می‌دهد تا شبکه سبک شود و کارایی منابع بهبود یابد.
برای این‌که بدانید کاربرد کوبرنتیز چیست، بهتر است ابتدا نگاهی به تاریخچه و نحوه پیدایش آن داشته باشیم.
تاریخچه کوبرنتیز
واژه Kubernetes برای اولین بار در زبان یونانی به کار برده شد. این واژه به معنای سکان‌دار یا خلبان است. در بیشتر منابع به دلیل طولانی بودن این کلمه اصطلاح K8s را برای آن به کار می‌برند. عدد 8 در این کلمه نشان‌دهنده تعداد واژه‌های میان حرف K و s است.
برای اولین بار گوگل Kubernetes را توسعه داد تا بتواند در مقیاس هفتگی میلیاردها میلیارد کانتینر را اجرا کند. سپس در سال 2014 نسخه متن‌باز و آموزش کوبرنتیز را منتشر کرد تا تمام صنایع و سازمان‌ها بتوانند مطابق نیازهایشان آن را به کار ببرند.
گوگل هدف اصلی طراحی K8s را به این صورت بیان می‌کند:
«ساده‌سازی مدیریت و اجرای سیستم‌های پیچیده توزیع شده بدون نیاز به قطع ارتباط آن‌ها با مزایایی که کانتیرها فراهم می‌آورند.»
در حال حاضر Kubernetes بهترین و پرکاربردترین ابزار برای استقرار برنامه‌های توزیع شده در سرتاسر جهان است.
چرا به آموزش کوبرنتیز نیاز داریم؟
در گذشته سازمان‌ها از سرورهای فیزیکی برای راه‌اندازی، استقرار و مدیریت نرم‌افزارهایشان استفاده می‌کردند؛ اما هنگامی که به‌صورت هم‌زمان چندین عملیات را روی یک سرور به اجرا می‌گذاشتند، یک نرم‌افزار می‌توانست تمام منابع را درگیر کند و سایر بخش‌های سیستم را از کار بیاندازد.
راه‌حل سازمان‌ها در چنین موقعیتی افزایش تعداد سرورها بود؛ اما همان‌طور که می‌دانید به‌مرور قیمت سرورها افزایش یافت و این راه‌حل دیگر مقرون‌به‌صرفه نبود. از آن پس همه‌چیز آرام‌آرام به سمت مجازی شدن رفت.
پیدایش ماشین‌های مجازی
با پیدایش ماشین‌های مجازی (VMs) تعداد زیادی از آن‌ها می‌توانستند روی CPU یک سرور فیزیکی اجرا شوند. به عبارتی چندین اپلیکیشن به‌صورت هم‌زمان و بدون اختلال در عملکرد می‌توانستند روی سرور فعال باشند.
VMs به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دادند تا نرم‌افزارها را در لایه‌های مجازی جداگانه قرار دهند تا علاوه بر افزایش امنیت، سایر منابع سیستم دست نخورده باقی بمانند؛ بنابراین اگر اپلیکیشن نیاز به نصب، به‌روزرسانی یا تعمیر داشت تمام سیستم از کار نیفتد.
مشکل ماشین‌های مجازی
اگرچه این موضوع مشکل سازمان‌ها را برطرف می‌کرد و دیگر به خاطر تغییرهای کوچک روی سیستم کارها متوقف نمی‌شد، ماشین‌های مجازی حجم بسیار بالایی از حافظه را استفاده می‌کردند. مشکل بزرگی که تمام بخش‌های کسب‌وکار را تحت تأثیر قرار می‌داد.
پس باید دنبال راه‌حل بهتری می‌بودند. در این زمان بود که گوگل Kubernetes را ارائه داد و پس از آن به آموزش کوبرنتیز پرداخت.
کانتینر چیست؟
کانتینرها مشابه ماشین‌های مجازی هستند. آن‌ها سیستم عامل، فایل‌ها، CPU و حافظه انحصاری خود را دارند و در عین حال می‌توان آن‌ها را از زیرساخت اصلی جدا کرد.
اما تفاوت اصلی کانتینر و VMs در حجم حافظه درگیرکننده است. کانتینرها به این علت که لایه‌بندی اجزا را با حجم کمتری انجام می‌دهد، بخش بسیار کوچک‌تری از حافظه سیستم را درگیر می‌کند. از این‌رو امروزه ما از کانتینرها استفاده می‌کنیم.
این سیستم‌ها عموماً کلاسترهای نرم‌افزاری بسیار پیچیده‌ای را اجرا می‌کنند که گاهی مدیریت آن‌ها برای کاربران چالش برانگیز می‌شود. در چنین موقعیتی Kubernetes برای رفع چالش قدم به عرصه فناوری می‌گذارد.
کاربرد کوبرنتیز چیست؟
برای این‌که بدانید آموزش کوبرنتیز برای کسب‌وکار شما سودمند خواهد بود یا خیر، ابتدا بهتر است با کاربردهای این ابزار پیچیده آشنا شوید.
به‌طور خلاصه ابزارهای سامان‌دهی کانتینرها مانند K8s به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهند تا اپلیکیشن‌های پیچیده را مدیریت کنند و در عین حال مصرف منابع را کاهش دهند. عموماً در سازمان‌ها کانتینرها اپلیکیشن‌ها را اجرا می‌کنند و توسعه‌دهندگان کانتینرها را مدیریت می‌کنند.
در این صورت مطمئن می‌شوند که سیستم ناگهان خطا نمی‌دهد یا از کار نمی‌افتد. اگر یک کانتینر کار نکند بلافاصله آن را باید با دیگری جایگزین کرد. حال وظیفه کوبرنتیز چیست؟
Kubernetes جابه‌جایی یک کانتینر به دیگری را به‌صورت خودکار با خاموش روشن کردن، عوض کردن و از بین بردن کانتینر از کار افتاده انجام می‌دهد. البته پیش از حذف همیشگی کانتینر ابتدا از وضعیت سلامتی آن مطمئن می‌شود تا بداند باید آن را درمان کند یا از بین می‌برد.
علاوه بر این Kubernetes وظیفه نظارت بر کلاسترها را بر عهده دارد و بر اساس منابع در حال استفاده تصمیم می‌گیرد کانتینر را در چه بخشی به اجرا بگذارد.
معماری کوبرنتیز به چه صورت است؟
به رابط‌های دستوری کوبرنتیز Kubectl می‌گوییم. این دستورها برای مدیریت کلاسترها و فرمان دادن به سرور API کوبرنتیز به کار می‌روند. پس از اعمال دستور سرور API کانتینرهای کلاستر را اضافه یا حذف می‌کند تا با اهداف موردنظر مطابقت داشته باشند.
فرآیند ابتدایی Kubernetes
- مدیر وضعیت دلخواه نرم‌افزار را تعریف می‌کند و سپس آن را در فایل manifest قرار می‌دهد.
- فایل مربوطه را با استفاده از زبان زیرساخت یا رابط کاربری مشترک به سرور API کوبرنتیز می‌فرستند.
- Kubernetes فایل را در پایگاه داده‌ای به نام Key-Value Store ذخیره می‌کند.
- سپس حالت دلخواه را روی تمام نرم‌افزارهای مرتبط درون کلاستر اجرا می‌کند.
- در نهایت به‌طور مداوم روی عناصر مختلف نظارت می‌کند تا مطمئن شود وضعیت نرم‌افزارها با وضعیت خواسته شده همخوانی دارند.
اجزای کلاستر کوبرنتیز
کلاستر کوبرنتیز از بخش‌های مختلفی تشکیل شده است که در ادامه آموزش کوبرنتیز به معنای هر یک می‌پردازیم:
- کلاستر: به مجموعه‌ای از سرورها از جمله API سرور می‌گوییم.
- نود مستر (Master node): نود مستر مجموعه‌ای از اجزا است که پنل مدیریت K8s را تشکیل می‌دهد. این اجزا برای اجرای وظایف هر کلاستر به کار می‌روند.
- نود کارگر (Worker node): نود کارگر سرور API را برای دریافت و اجرای دستورهای جدید بررسی می‌کنند، سپس به مستر نود گزارش می‌دهند.
- پادها: پادها (Pods) کوچک‌ترین عناصر برنامه‌ریز هستند. آن‌ها کانتینرها را دسته‌بندی می‌کنند. بدون پادها کانتینرها نمی‌توانند بخشی از کلاستر باشند. توسعه‌دهندگان مقیاس بندی اپلیکیشن‌ها را با اضافه یا حذف پادها انجام می‌دهند.
- Kubelet: این بخش پیکربندی یا کانفیگ یک پاد را از سرور API دریافت می‌کند تا مطمئن شود کانتینر تعریف شده به درستی کار می‌کند.
- داکر کانتینر: داکرها نودهای کارگر را اجرا می‌کنند تا آن‌ها نیز در عوض بتوانند پادهای پیکربندی شده را راه‌اندازی کنند.
- Kube-proxy: این شبکه پروکسی خدمات را روی نود کارگر اجرا می‌کند.
مزایای استفاده از کوبرنتیز چیست؟
Kubernetes ابزار قدرتمندی است که به شما امکان اجرای نرم‌افزار در مقیاس بالا روی محیط ابری را می‌دهد. اگر این ابزار به‌درستی مورد استفاده قرار گیرد می‌تواند با افزایش بهره‌وری نرم‌افزارها، سودآوری شما را چندین برابر کند.
تا این بخش از آموزش کوبرنتیز با کاربردهای فراوان این ابزار آشنا شدید؛ اما برای تصمیم‌گیری بهتر در ادامه به بعضی از مزایای اصلی آن می‌پردازیم.
افزایش کارآمدی
Kubenetes با رفع خطاها به صورت خودکار در زمان تیم توسعه صرفه‌جویی می‌کند و احتمال از کار افتادن موقتی سیستم را کاهش می‌دهد. در نهایت اپلیکیشن با ثبات‌تری خواهید داشت که هنگام به‌روزرسانی نیازی به متوقف کردن سیستم ندارند.
تضمین آینده سیستم‌ها
با رشد سیستم می‌توانید هم‌زمان تیم توسعه و نرم‌افزار خود را بدون مشکل گسترش دهید، زیرا کوبرنتیز از معماری تقسیم‌بندی شده پشتیبانی می‌کند. این ابزار برای مدیریت سیستم‌های بزرگ طراحی شده است، بنابراین می‌تواند از هر سطح گسترش در صنعت پشتیبانی کند.
از این رو تمام فروشندگان ابری بزرگ نیز از آن پشتیبانی می‌کنند و می‌توانند بدون توقف منابع مورد نیاز را گسترش دهند.
ارزان‌تر از سایر ابزارهای مشابه
این ابزار برای نرم‌افزارهای کوچک مقرون‌به‌صرفه و کارآمد نخواهد بود؛ اما برای سیستم‌های بزرگ ارزان‌ترین گزینه‌ای است که می‌تواند به‌صورت خودکار عملیات شما را گسترش دهد. در عین حال به علت ماهیت متن‌باز بودن آن می‌توانید ویژگی‌های مورد نیاز را در آینده به آن اضافه کنید.
در نهایت برای ویژگی‌هایی که مورد نیازتان نیست از ابتدای کار هزینه اضافه پرداخت نمی‌کنید و به رایگان آن را به کار می‌برید.
خودکارسازی عملیات‌ها
K8s دستورهای داخلی دارد که می‌تواند کارهای سنگین مدیریتی نرم‌افزار را انجام دهد؛ بنابراین به کمک آن می‌توانید کارهای روزانه نرم‌افزار را خودکارسازی کنید. در این صورت می‌توانید از عملکرد اپلیکیشن مطابق نیازهای خود اطمینان حاصل کنید.
نظارت بر سلامت خدمات
K8s به‌صورت دوره‌ای و مداوم درستی خدمات را بررسی می‌کند و تنها زمانی خدمات را به کاربران ارائه می‌دهد که از عملکرد آن‌ها مطمئن شود؛ بنابراین می‌توانید همیشه از کیفیت خدمات خود مطمئن باشید.
ارتقای سریع‌تر اپلیکیشن
هنگام نصب این ابزار تمام فرآیندهای محاسباتی، شبکه‌ای و مدیریت حافظه را به عهده می‌گیرد. این امر به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد روی اپلیکیشن تمرکز کنند و دیگر نگرانی از بابت زیرساخت‌ها نداشته باشند.
معایب استفاده از کوبرنتیز چیست؟
Kubernetes برای ساده‌سازی فرآیندهای مرتبط با اجرای کانتینرها به وجود آمد اما برخلاف تصور عموم، استفاده از این ابزار ساده نیست. پیش از ساختن و به کار بردن K8s باید موارد متعددی را در نظر بگیرید و پیاده‌سازی کنید.
پیچیدگی‌های مرتبط با این ابزار بسیاری از مشتریان را سردرگم کرده است. از این‌رو بسیاری برای خریداری سرویس‌های کوبرنتیز به سراغ خدمات ابری و مدیریت شده آن می‌روند. این امر شخصی‌سازی این ابزار را سخت‌تر کرده است.
در مجموع مانند سایر ابزارها، Kubernetes برای تمام افراد یا سازمان‌ها مناسب نخواهد بود. اگر در استفاده از زیرساخت‌های فناوری حرفه‌ای نباشید، این ابزار می‌تواند برای شما ناکارآمد یا حتی دردسرساز باشد.
در نهایت آموزش کوبرنتیز برای وب‌سایت‌ها یا اپلیکیشن‌های کوچک ساخته نشده است و تنها برای عملیاتی که در مقیاس بزرگ انجام می‌شوند کاربردی خواهد بود.
تفاوت داکر و کوبرنتیز چیست؟
اگرچه بسیاری تصور می‌کنند باید میان داکر و کوبرنتیز یکی را انتخاب کنند اما این دو با وجود تفاوت‌ها، در زمینه اجرای اپلیکیشن‌های کانتینری فناوری‌های مکمل هستند.
داکر به شما اجازه می‌دهد هر آنچه را که برای راه‌اندازی اپلیکیشن خود نیاز دارید داخل یک باکس قرار دهید. سپس آن را ذخیره می‌کند تا در زمان و مکان مناسب آن‌ها را مورد استفاده قرار دهد. بعد از بسته‌بندی اپلیکیشن به راهی برای مدیریت آن نیاز دارید.
در این زمان K8s به کار می‌آید. همان‌طور که پیش از این گفتیم، کوبرنتیز واژه‌ای یونانی به معنای سکان‌دار است. سکان‌دار در کشتی مسئولیت رساندن مسافران در امنیت کامل به مقصد را بر عهده دارد. کوبرنتیز نیز مسئول حمل‌ونقل جعبه‌های داکر و رساندن آن‌ها به مکان مورد نیاز است تا مورد استفاده قرار گیرند.
نکته
- K8s را می‌توان با استفاده از داکر یا بدون آن به کار برد.
- داکر نمی‌تواند جایگزین K8s شود؛ بنابراین نمی‌تواند این دو را با یکدیگر مقایسه کرد. مقایسه حقیقی بر سر این است که کوبرنتیز با داکر چه تفاوتی با کوبرنتیز به‌تنهایی دارد.
- داکر یک استاندارد صنعتی باز برای بسته‌بندی و توزیع اپلیکیشن‌های کانتینری است.
- کوبرنتیز از داکر برای استقرار، مدیریت و مقیاس بندی اپلیکیشن‌های کانتینری استفاده می‌کند.
سخن نهایی
آموزش کوبرنتیز برای نرم‌افزارهای کوچک گزینه مناسبی نخواهد بود؛ اما برای سازمان‌های بزرگ، استارتاپ‌های در حال توسعه یا شرکت‌هایی که به دنبال ارتقای اپلیکیشن قدیمی خود هستند، انتخاب هوشمندانه‌ای خواهد بود.
البته که استفاده از فناوری‌های جدید و عادت به آن‌ها کار ساده‌ای نخواهد بود؛ اما هرچه نسبت به جا انداختن این نرم‌افزار در تیم فناوری خود انعطاف‌پذیری و صبر بیشتری به خرج دهید، آن‌ها بهتر همکاری خواهند کرد.
زیرا علاقه‌مند نشدن به این ابزار پیچیده اما هوشمند و کارآمد غیرممکن است. بهترین کار این است که از ابتدای راه‌اندازی سیستم کوبرنتیز آن را به تیم توسعه‌دهندگان خود معرفی کنید تا کدهای خود را امتحان کنند و خطاهای جبران‌ناپذیر مرتکب نشوند.
