Kubernetes: I componenti

Nei precedenti articoli abbiamo visto alcuni dettagli di come è costruita l’architettura di Kubernetes.

Oggi verranno descritti i meccanismi di funzionamento del motore kubernetes indicando il nome di  ogni componente; per rimanere fedeli al paragone del motore dell’autovettura, parleremo degli alberi a camme, valvole, bronzine, … che afferiscono al Cloud Native

Nota1: Non verrà trattata l’installazione di k8s in Datacenter, Cloud e Laboratorio, la rete ha già messo a disposizione  esaustivi tutorial.

Per i familiarizzare con k8s vi consiglio di utilizzare Minikube (Piattaforma Linux)  Docker Desktop (piattaforma Windows & Mac).

Iniziamo!

Kubernetes Master:  E’ il nodo principale del cluster sul quale girano tre processi vitali per l’esistenza del cluster.

  • kube-apiserver
  • kube-controller-manager
  • kube-scheduler

Nel master node è inoltre presente il DataBase etcd, che memorizza tutte le configurazioni create nel cluster.

I nodi che si fanno carico di far girare le applicazioni e quindi i servizi sono detti worker node. I processi presenti sui worker node sono:

  • Kubelet
  • kube-proxy

kubelet :Un agente che è eseguito su ogni nodo del cluster. Si assicura che i container siano eseguiti in un pod.

Kube-Proxy:  Ha la responsabilità di gestire il networking, dalle regole di Routing a quelle di di Load Balancing.

Nota 2: K8s cercherà di utilizzare tutte le librerie disponibili a livello di  sistema operativo.

kubectl: E’ Il client ufficiale di Kubernetes (CLI) attraverso il quale è possibile gestire il cluster (Kube-apiserver) utilizzando le API.

Alcuni semplici esempi di comandi kubectl sono:

  • kubectl version (indica la versione di k8s installata)
  • kubectl get nodes (scopre il numero di nodi del  cluster)
  • kubectl describe nodes nodes-1 (mostra lo stato di salute del nodo, la piattafoma sulla quale k8s sta girando (Google, AWS, ….) e le risorse assegnate (CPU,RAM)).

Container Runtime: E’ la base sulla quale poggia la tecnologia k8s.

kubernetes supporta diverse runtime tra le quali ricordiamo, container-d, cri-o, rktlet.

Nota 3: La runtime Docker è stata deprecata a favore di quelle che utilizzano le interfacce CRI; le immagini Docker continueranno comunque a funzionare nel  cluster.

Gli oggetti base di Kubernetes sono:

  • Pod
  • Servizi
  • Volumi
  • Namespace

I controller forniscono funzionalità aggiuntive e sono:

  • ReplicaSet
  • Deployment
  • StatefulSet
  • DaemonSet
  • Job

Tra i Deployment è indispensabile menzionare  Kube-DNS che fornisce i servizi di risoluzione dei nomi. Dalla versione kubernetes 1.2 la denominazione è cambiata in Core-dns.

Add-On: servono a configurare ulteriori funzionalità del cluster e sono collocati all’interno del name space kube-system (come Kube-Proxy, Kube-DNS, kube-Dashboard)

Gli Add-on sono categorizzati in base al loro utilizzo:

  • Add-on di Netwok policy. (Ad esempio l’add-on NSX-T si preoccupa della comunicazione tra l’ambiente K8s e VMware)
  • Add-on Infrastrutturali (Ad esempio KubeVirt che consente la connessione con le architetture virtuali)
  • Add-on di Visualizzazione e Controllo (Ad esempio Dashboard un’interfaccia web per  K8s).

Per la messa in esercizio, gli Add-on utilizzano i controller DaemonSetDeployment.

L’immagine di figura 1 riepiloga quanto appena esposto.

Figura 1

Kubernets: Conoscere i dettagli

Una buona modalità per descrivere gli ambient cloud-native è rifarsi all’immagine della vostra autovettura.

Il container è il motore, k8s è la centrale elettronica che gestisce il buon funzionamento del mezzo, i conducenti, indicando il percorso e la meta, selezionano il tipo di servizio che dovrà essere erogato.

L’articolo di oggi vi svelerà alcuni dettagli di architettura per comprendere come “l’automobile” riesce a giungere la destinazione in modalità efficente.

I Container sono di due tipologie:

Il primo è detto System Container. E’ la carrozzeria dell’autovettura (intendo dalle lamiere a sedili, volante, leva del cambio e accessori).

Spesso per semplicità di creazione è una Virtual Machine (VM) con sistema operativo Linux (può essere anche Windows).

I servizi più comuni presenti nella VM sono  ssh, cron e syslog, il File System è di tipo ext3, ext4, ecc.

La seconda tipologia è detta Application Container ed è il luogo dove l’immagine realizzerà le attività.

Nota1: L’immagine non è un singolo e grosso file. Di norma sono più file che attraverso un sistema interno di puntamento incrociato permettono all’applicazione di operare nel modo corretto.

L’application Container (d’ora in avanti solo container), ha una modalità di funzionamento basata su una rigida logica, dove tutti livelli (layers) hanno la peculiartità di comunicare tra loro e sono interdipendenti.

    Figura 1

Questo approccio è molto utile poiché è in grado di gestire i cambiamenti che possono avvenire nel corso del tempo in modalità efficace perchè gerarchica.

Facciamo un esempio: Nel momento in cui avviene un cambio di configurazione del servizio, per il quale viene aggiornato il Layer C, il Layer A e B non ne sono impattati, il che significa che NON devono essere a loro volta modificati.

Visto i Developer hanno piacere nell’affinare le proprie immagini (program file) piuttosto che le dipendenze, ha senso impostare la logica di servizion nella modalità indicata in figura 2 dove le dipendenze non sono impattate da una nuova immagine.

    Figura 2

Nota2 : Il File system sul quale si appoggiano le immagini (nell’esempio del motore dell’auto parliamo di pistoni, bielle, alberi …) è principalmente di tre differenti tipologie:

  • Overlay
  • Overlay 2
  • AUFS

Nota3: Un buon consiglio lato sicurezza è quello do non costruire l’architettura in modo che le password siano contenute nelle immagini (Baked in – Cucinata)

Una delle splendide novità introdotte nel mondo containers è la gestione delle immagini:

In un ambiente classico di alta affidabilità, l’applicazione viene installata su ogni singolo nodo del cluster.

Nei container, l’applicazione viene scaricata e distribuita solo quando il carico di lavoro richiede maggiori risorse, quindi un nuovo nodo del cluster con una nuova immagine.

Per questo motivo le immagini sono salvate all’interno di magazzini  “virtuali”,  che possono essere locali oppure distribuiti su internet. Sono chiamati  “Register Server”.

I più famosi sono Docker Hub, Google Container Registry, Amazon Elastic Container Registry, Azure Container Registry.

Concludiamo il presente articolo parlando di gestione delle risorse associate ad un servizio.

La piattaforma container utilizza due funzionalità denominate Cgroup e NameSpace per assegnare le risorse che lavorano a livello di kernel.

Lo scopo del Cgroup è di assegnare allo specifico processo (PID) le corrette risorse (CPU&RAM).

I Name space hanno lo scopo di ragguppare i differenti processi e fare in modo che siano isolati tra loro (Multitenancy).

La tipologia di NameSpace puo interesare tutti i componenti del servizio come indicato nella lista qui sotto.

  • Cgroup
  • PID
  • Users
  • Mount
  • Network
  • IPC (Interprocess communication)
  • UTS (consente a un singolo sistema di apparire con nomi di host e domini diversi e con processi diversi, utile nel caso di migrazione)

Un esempio di limitare le risorse di un’applicazione è indicata nella figura 3 dove l’immagine thegable, scaricata dal Register Server grcgp,ha un limite di risorse RAM e CPU assegnate.

Figura 3

A presto