کوبرنتیز یک پلتفرم متن باز برای مدیریت، استقرار و مقیاس‌دهی خودکار کانتینرها در محیط‌های مختلف است. اهمیت کوبرنتیز در اجرا و مدیریت همزمان چندین سرویس یک برنامه روی سرورهاست.

در این مقاله ضمن پاسخ به این سوال که کوبرنتیز چیست، با نحوه کار، اجزای اصلی و کاربردهای آن آشنا می‌شوید. به‌علاوه، تفاوت کوبرنتیز و داکر، مزایا و نیز معایب این سیستم مدیریت کانتینر را بررسی می‌کنیم.

کوبرنتیز Kubernetes چیست و چه کاری انجام می‌دهد؟

«کوبِرنِتیز» یا «کیوبِرنیتیز» (Kubernetes) نوعی پلتفرم متن باز برای مدیریت و اجرای برنامه‌هایی است که داخل کانتینر قرار دارند. وقتی تعداد کانتینرها زیاد می‌شود، مدیریت دستی آن‌ها دیگر کار ساده‌ای نیست. باید مشخص کنیم هر برنامه کجا اجرا شود، در صورت خرابی چه اتفاقی بیفتد و هنگام افزایش کاربران، چند نمونه از برنامه فعال باشد. اینجا کوبرنتیز وارد ماجرا می‌شود.

کوبرنتیز این فرایندها را تا حد زیادی خودکار می‌کند و وضعیت اجرای برنامه‌ها را با وضعیتی که مدیر سیستم مشخص می‌کند، هماهنگ نگه می‌دارد. یک کلاستر کوبرنتیز معمولا از بخش کنترل و چند Node تشکیل می‌شود. Nodeها محل اجرای Workloadها هستند و بخش کنترل وضعیت کلی کلاستر را مدیریت می‌کند.

مهم‌ترین کارهای کوبرنتیز شامل این موارد است:

• اجرای کانتینرها روی Nodeهای مناسب
• افزایش یا کاهش تعداد نمونه‌های یک برنامه
• جایگزین‌کردن Podهای خراب
• مدیریت ارتباط بین سرویس‌ها
• اجرای به‌روزرسانی و Rollback برنامه‌ها

مثال: فرض کنید یک فروشگاه اینترنتی روی چند کانتینر اجرا می‌شود. وقتی بازدید سایت زیاد شود، پلتفرم کوبرنتیز تعداد کانتینرها را بیشتر می‌کند تا سایت همچنان روان کار کند. اگر یکی از Podها هم از کار بیفتد، کوبرنتیز یک نمونه جدید جایگزین آن می‌کند. Deployment هم برای مدیریت این Podها، تغییر نسخه برنامه و افزایش یا کاهش تعداد آن‌ها استفاده می‌شود.

کوبرنتیز به زبان ساده چگونه کار می‌کند؟

برای درک ساده‌تر کوبرنتیز، اول باید با مفهوم Pod آشنا شویم. Pod کوچک‌ترین واحد قابل اجرا در کوبرنتیز است و معمولا یک یا چند کانتینر را در کنار هم نگه می‌دارد.

فرایند را می‌توانیم این‌طور تصور کنیم:

1. شما وضعیت دلخواه برنامه را در تنظیمات کوبرنتیز مشخص می‌کنید.
2. کوبرنتیز Podها را روی Nodeهای مناسب قرار می‌دهد.
3. سیستم وضعیت واقعی کلاستر را بررسی می‌کند.
4. اگر یک Pod از کار بیفتد، کوبرنتیز نمونه جایگزین را اجرا می‌کند.
5. Service نیز دسترسی شبکه به مجموعه Podها را مدیریت می‌کند.

در نتیجه، کوبرنتیز فقط ابزار اجرای کانتینر نیست؛ یک سیستم مدیریت و هماهنگ‌سازی کانتینرها در مقیاس بزرگ است.

چرا به کوبرنتیز یا کوبرنتیس نیاز داریم؟

وقتی یک برنامه کوچک روی یک سرور اجرا می‌شود، مدیریت آن معمولا دردسر زیادی ندارد؛ اما ماجرا وقتی تغییر می‌کند که برنامه چند سرویس و ده‌ها یا صدها کانتینر داشته باشد. در این شرایط، اجرای دستی کانتینرها، بررسی وضعیت سرویس‌ها، توزیع بار و جایگزین کردن نمونه‌های خراب، زمان زیادی از تیم فنی می‌گیرد.

کوبرنتیز برای حل همین دردسرها وارد میدان می‌شود. این پلتفرم وضعیت سرویس‌ها را زیر نظر می‌گیرد و طبق تنظیماتی که مدیر سیستم مشخص می‌کند، منابع و کانتینرها را مدیریت می‌کند.

مهم‌ترین دلایلی که تیم‌های فنی سراغ کوبرنتیز می‌روند عبارت‌اند از:

• مقیاس‌پذیری: با افزایش یا کاهش ترافیک، تعداد نمونه‌های یک سرویس تغییر می‌کند.
• خودکارسازی: اجرای برنامه، جایگزینی نمونه‌های خراب و بعضی فرایندهای مدیریتی به‌صورت خودکار انجام می‌شود.
• دسترس‌پذیری بیشتر: خرابی یک Pod لزوما باعث توقف کامل سرویس نمی‌شود و کوبرنتیز نمونه جایگزین را اجرا می‌کند.
• مدیریت چند سرور: برنامه‌ها و کانتینرها در یک کلاستر و روی چند Node مدیریت می‌شوند.

گفتیم که یکی از قابلیت‌های مهم کوبرنتیز، توانایی آن در شناسایی خطاها و حفظ وضعیت پایدار سرویس‌ها بدون نیاز به دخالت مداوم مدیر سیستم است.

وب‌سایت رسمی پروژه کوبرنتیز kubernetes.io در رابطه با قابلیت‌های خودترمیمی این پلتفرم می‌نویسد:

“Kubernetes is designed with self-healing capabilities that help maintain the health and availability of workloads. It automatically replaces failed containers, reschedules workloads when nodes become unavailable, and ensures that the desired state of the system is maintained.” «کوبرنتیز با قابلیت‌های خودترمیمی طراحی شده است تا به حفظ سلامت و دسترس‌پذیری Workloadها کمک کند. این پلتفرم کانتینرهای خراب را به‌صورت خودکار جایگزین می‌کند، در صورت از دسترس خارج شدن Nodeها، Workloadها را روی Nodeهای دیگر اجرا می‌کند و تلاش می‌کند وضعیت سیستم را مطابق حالت تعریف‌شده نگه دارد.»

مثال: یک فروشگاه اینترنتی را تصور کنید که در روزهای عادی با چند نمونه از برنامه کار می‌کند، اما هنگام یک کمپین فروش با افزایش شدید درخواست‌ها روبه‌رو می‌شود. کوبرنتیز کمک می‌کند تعداد نمونه‌های سرویس افزایش پیدا کند و پس از کاهش ترافیک، منابع اضافی آزاد شوند. اینجا دیگر مدیریت تک‌تک کانتینرها منطقی نیست؛ خودکارسازی حرف اول را می‌زند.

کوبرنتیز چگونه کار می‌کند و اجزای آن چیست؟

برای درک نحوه کار کوبرنتیز، اول باید ساختار کلی آن را بشناسیم. کوبرنتیز برنامه‌ها را داخل یک کلاستر (Cluster) مدیریت می‌کند. هر کلاستر از چند سرور یا ماشین تشکیل می‌شود که به آن‌ها Node می‌گوییم. کوبرنتیز این ماشین‌ها را کنار هم قرار می‌دهد تا اجرای برنامه‌ها، توزیع منابع و مدیریت سرویس‌ها را هماهنگ کند.

در این ساختار، یک بخش کنترل‌کننده وضعیت کلاستر را زیر نظر دارد و Nodeها وظیفه اجرای Workloadها را برعهده می‌گیرند. وقتی مدیر سیستم وضعیت مطلوب یک برنامه را مشخص می‌کند، کوبرنتیز تلاش می‌کند وضعیت واقعی کلاستر را با همان وضعیت هماهنگ نگه دارد.

کلاستر، نود و پاد در کوبرنتیس چیست؟

کلاستر مجموعه‌ای از ماشین‌ها و اجزای کوبرنتیز است که اجرای برنامه‌ها را مدیریت می‌کند. این ماشین‌ها می‌توانند سرور فیزیکی یا ماشین مجازی باشند.

نود (Node) یکی از ماشین‌های داخل کلاستر است. Node منابعی مثل CPU و RAM دارد و Podها روی آن اجرا می‌شوند. Nodeها معمولا در دو گروه کلی قرار می‌گیرند:

• Control Plane برای مدیریت و کنترل وضعیت کلاستر
• Worker Node برای اجرای برنامه‌ها و Workloadها

پاد (Pod) کوچک‌ترین واحد قابل‌اجرا در کوبرنتیز است. هر Pod معمولا یک کانتینر دارد، اما در بعضی سناریوها چند کانتینر مرتبط داخل یک Pod قرار می‌گیرند. کانتینرهای یک Pod شبکه و منابع مشخصی را با هم به‌اشتراک می‌گذارند.

مثال: اگر یک وب‌سایت را روی کوبرنتیز اجرا کنیم، معمولا خود کانتینر به‌تنهایی واحد اصلی مدیریت نیست؛ کوبرنتیز Pod را مدیریت می‌کند و Pod کانتینر برنامه را در خود نگه می‌دارد.

مهم‌ترین مولفه‌های کوبرنتیز کدام‌اند؟

کوبرنتیز از چند مولفه اصلی تشکیل می‌شود که هر کدام بخشی از مدیریت کلاستر را برعهده دارند. در بخش صفحه کنترل (Control Plane)، اجزایی مثل سرور API (API Server)، زمان‌بندی‌کننده (Scheduler)، مدیر کنترلر (Controller Manager) و etcd قرار دارند. در سمت نودها (Node) نیز کیوب‌لت (Kubelet)، کیوب‌پراکسی (Kube-proxy) و زمان اجرای کانتینر (Container Runtime) نقش مهمی دارند.

مهم‌ترین اجزا را می‌توانیم این‌طور خلاصه کنیم:

• API Server: نقطه ارتباط کاربران و ابزارها با کلاستر است.
• Scheduler: مشخص می‌کند Pod جدید روی کدام Node اجرا شود.
• Controller Manager: وضعیت منابع را بررسی می‌کند و آن‌ها را به وضعیت موردنظر نزدیک نگه می‌دارد.
• etcd: اطلاعات و وضعیت کلاستر را به‌صورت توزیع‌شده ذخیره می‌کند.
• Kubelet: روی Node اجرا می‌شود و وضعیت Podها و کانتینرها را مدیریت می‌کند.
• Kube-proxy: ارتباط شبکه‌ای مورد نیاز برای Serviceها را در Nodeها مدیریت می‌کند.

در عمل، این اجزا جدا از هم کار نمی‌کنند؛ همکاری همین بخش‌هاست که کوبرنتیز را از یک ابزار ساده برای اجرای کانتینرها به یک سیستم مدیریت کلاستر تبدیل می‌کند.

کوبرنتیز چه کاربردهایی دارد؟

کوبرنتیز فقط برای اجرای کانتینرها نیست؛ این پلتفرم بیشتر زمانی به کار می‌آید که تعداد سرویس‌ها، کانتینرها و درخواست‌های یک برنامه افزایش پیدا کند و مدیریت دستی آن‌ها دشوار شود.

مهم‌ترین کاربردهای کوبرنتیز را در ادامه می‌خوانید:

۱. اجرای برنامه‌های کانتینری‌شده

کوبرنتیز امکان اجرای برنامه‌ها داخل کانتینر و مدیریت متمرکز آن‌ها را ایجاد می‌کند. به این ترتیب، توسعه‌دهنده می‌تواند سرویس‌ها را در محیطی قابل کنترل اجرا و مدیریت کند.

۲. مقیاس‌دهی خودکار برنامه‌ها

وقتی تعداد کاربران یا درخواست‌ها افزایش پیدا می‌کند، کوبرنتیز می‌تواند تعداد نمونه‌های یک برنامه را افزایش دهد. با کاهش بار نیز منابع اضافی قابل کاهش هستند.

۳. مدیریت میکروسرویس‌ها

در معماری میکروسرویس، هر بخش از برنامه به‌صورت یک سرویس جداگانه اجرا می‌شود. کوبرنتیز استقرار، ارتباط و مدیریت این سرویس‌ها را ساده‌تر می‌کند.

۴. توزیع بار بین سرویس‌ها

کوبرنتیز می‌تواند ترافیک ورودی را بین نمونه‌های مختلف یک سرویس توزیع کند تا فشار روی یک نمونه خاص متمرکز نشود.

۵. اجرای برنامه‌ها روی چند سرور

با استفاده از کلاستر کوبرنتیز، کانتینرها می‌توانند روی چند نود اجرا شوند و در صورت بروز مشکل در یک نود، امکان انتقال یا راه‌اندازی مجدد سرویس‌ها وجود داشته باشد.

۶. استقرار و به‌روزرسانی برنامه‌ها

کوبرنتیز برای انتشار نسخه‌های جدید برنامه و مدیریت فرایند به‌روزرسانی نیز کاربرد دارد و به تیم‌ها کمک می‌کند تغییرات را با کنترل بیشتری اعمال کنند.

کوبرنتیز چه مزایا و معایبی دارد؟

کوبرنتیز برای مدیریت برنامه‌های کانتینری در مقیاس بالا ابزار قدرتمندی است، اما قرار نیست هر پروژه‌ای را با کوبرنتیز اجرا کنیم. این پلتفرم امکانات زیادی دارد و همین امکانات، پیچیدگی بیشتری هم وارد فرایند مدیریت زیرساخت می‌کند.

مهم‌ترین مزایای کوبرنتیز شامل این موارد می‌شوند:

• مقیاس‌پذیری: تعداد نمونه‌های یک سرویس با توجه به نیاز برنامه تغییر می‌کند.
• خودترمیمی: اگر یک Pod از کار بیفتد، کوبرنتیز وضعیت را بررسی می‌کند و نمونه جایگزین را اجرا می‌کند.
• مدیریت کانتینرها: اجرای تعداد زیادی کانتینر روی چند سرور از طریق یک سیستم یکپارچه انجام می‌شود.
• استفاده بهتر از منابع: زمان‌بند تلاش می‌کند Workloadها را با توجه به منابع موجود، روی Node مناسب قرار دهد.
• به‌روزرسانی کنترل‌شده: ابزارهایی مثل Deployment امکان انتشار نسخه جدید و بازگشت به نسخه قبلی را ساده‌تر می‌کنند.

کوبرنتیز در کنار این مزایا، معایبی هم دارد. راه‌اندازی و نگهداری آن نسبت به اجرای مستقیم برنامه روی یک سرور ساده، دانش فنی بیشتری می‌خواهد. مفاهیمی مثل Pod، Service، Deployment، Ingress و ConfigMap در ابتدا کمی گیج‌کننده به‌نظر می‌رسند.

چرا کوبرنتیز برای همه پروژه‌ها مناسب نیست؟

فرض کنید یک وب‌سایت شرکتی دارید که فقط روی یک سرور اجرا می‌شود و روزانه چند هزار بازدید دارد. برای چنین پروژه‌ای، راه‌اندازی یک کلاستر کوبرنتیز ممکن است فقط پیچیدگی اضافه ایجاد کند.

قبل از انتخاب کوبرنتیز، این موارد را بررسی کنید:

• تعداد سرویس‌ها و کانتینرها چقدر است؟
• پروژه چقدر به مقیاس‌پذیری نیاز دارد؟
• تیم فنی تجربه کار با Kubernetes و زیرساخت ابری دارد؟
• هزینه نگهداری و مانیتورینگ کلاستر با اندازه پروژه تناسب دارد؟

کوبرنتیز بیشتر زمانی خودش را نشان می‌دهد که پروژه چند سرویس، ترافیک متغیر یا زیرساخت چند سروره داشته باشد. برای یک پروژه کوچک، Docker Compose یا اجرای مستقیم برنامه روی VPS معمولا ساختار ساده‌تری دارد. برای اینکه بدانید VPS چیست، به مقاله دیگر ما در این باره سر بزنید.

در یک جمله، کوبرنتیز ابزار قدرتمندی است، اما قدرت بیشتر همیشه به‌معنی انتخاب بهتر نیست! اندازه پروژه و نیاز واقعی زیرساخت باید تصمیم نهایی را مشخص کند.

کوبرنتیز و داکر چه تفاوتی دارند؟

کوبرنتیز و داکر هر دو در دنیای کانتینرها کاربرد زیادی دارند، اما وظیفه یکسانی ندارند. داکر بیشتر روی ساخت و اجرای کانتینرها تمرکز دارد، درحالی‌که کوبرنتیز برای مدیریت تعداد زیادی کانتینر و سرویس در یک یا چند سرور طراحی شده است.

با داکر می‌توانید یک برنامه را داخل کانتینر قرار دهید و آن را روی سیستم‌های مختلف اجرا کنید. Docker Engine اجرای کانتینرها را برعهده دارد و ابزارهایی مثل Docker Compose هم برای مدیریت چند کانتینر در یک محیط کاربرد دارند.

اما وقتی تعداد کانتینرها زیاد می‌شود، مدیریت آن‌ها روی چند سرور دردسرهای بیشتری پیدا می‌کند. اینجا کوبرنتیز وارد می‌شود و مواردی مثل زمان‌بندی Podها، مقیاس‌پذیری، شبکه و جایگزینی نمونه‌های خراب را مدیریت می‌کند.

اگر برای اجرای برنامه‌های کانتینری دنبال یک محیط آماده هستید، خرید هاست داکر پارس هاست یکی از انتخاب‌هایی است که می‌توانید برای راه‌اندازی سرویس‌های Docker روی زیرساخت هاستینگ بررسی کنید.

در عمل، این دو فناوری لزوما رقیب یکدیگر نیستند. داکر برای ساخت و اجرای کانتینرها کاربرد دارد و کوبرنتیز برای مدیریت آن‌ها در مقیاس بزرگ‌تر وارد عمل می‌شود. البته در نسخه‌های جدید، کوبرنتیز برای اجرای کانتینرها به Docker Engine وابسته نیست و از Container Runtimeهای سازگار با استاندارد CRI استفاده می‌کند.

پس انتخاب بین این دو به نیاز پروژه بستگی دارد؛ داکر برای سادگی و اجرای مستقیم کانتینرها مناسب‌تر است، اما کوبرنتیز برای مدیریت زیرساخت‌های کانتینری بزرگ‌تر طراحی شده است.

کوبرنتیز ابری و کوبرنتیز مدیریت‌شده چیست؟

کوبرنتیز ابری به معنای اجرای یک کلاستر Kubernetes روی زیرساخت شرکت ارائه‌دهنده خدمات ابری است. در این مدل، ماشین‌های مجازی، فضای ذخیره‌سازی و منابع شبکه از طریق ارائه‌دهنده خدمات ابری در اختیار کلاستر قرار می‌گیرند؛ اما مدیریت خود کلاستر می‌تواند برعهده تیم فنی باشد یا سرویس‌دهنده آن را انجام دهد.

در کوبرنتیز مدیریت‌شده (Kubernetes Managed)، سرویس‌دهنده بخش زیادی از کارهای پیچیده صفحه کنترل (Control Plane) را مدیریت می‌کند. راه‌اندازی، نگهداری، به‌روزرسانی و بعضی بخش‌های مانیتورینگ کلاستر ساده‌تر می‌شود و تیم فنی بیشتر روی برنامه و سرویس‌های خودش تمرکز می‌کند.

تفاوت اصلی را می‌توانیم این‌طور خلاصه کنیم:

• کوبرنتیز معمولی: تیم فنی مسئولیت بیشتری برای راه‌اندازی و نگهداری کلاستر دارد.
• کوبرنتیز مدیریت‌شده: سرویس‌دهنده ابری بخش قابل توجهی از مدیریت زیرساخت کوبرنتیز را برعهده می‌گیرد.

چه زمانی استفاده از کوبرنتیز مدیریت‌شده منطقی است؟

کوبرنتیز مدیریت‌شده بیشتر برای تیم‌هایی کاربرد دارد که به مزایای کوبرنتیز نیازمندند، اما نمی‌خواهند تمام وقت تیم را صرف نگهداری Control Plane و زیرساخت کنند.

این سرویس برای پروژه‌های زیر مناسب‌تر است:

• چند سرویس کانتینری دارند.
• به مقیاس‌پذیری و دسترس‌پذیری بالا نیاز دارند.
• تیم توسعه‌دهنده کوچک است یا نمی‌خواهد درگیر نگهداری Control Plane شود.
• زیرساخت ابری را برای اجرای برنامه‌ها انتخاب کرده‌اند.

در چنین شرایطی، سرویس مدیریت‌شده بخشی از بار عملیاتی را کم می‌کند. البته هزینه سرویس و محدودیت‌های ارائه‌دهنده را هم باید در محاسبات پروژه در نظر گرفت. کوبرنتیز مدیریت‌شده بیشتر یک انتخاب زیرساختی است تا صرفا یک ابزار جدید برای اجرای کانتینرها.

آیا کوبرنتیز برای پروژه شما مناسب است؟

کوبرنتیز زمانی ارزش خود را نشان می‌دهد که پروژه چند سرویس، کانتینرهای متعدد، ترافیک متغیر یا زیرساخت چند سروره داشته باشد. در چنین شرایطی، قابلیت‌هایی مثل مقیاس‌پذیری، خودترمیمی و مدیریت متمرکز Workloadها کار را ساده‌تر می‌کنند.

اما برای یک سایت یا اپلیکیشن کوچک که روی یک VPS اجرا می‌شود، کوبرنتیز ممکن است پیچیدگی بیشتری از نیاز واقعی پروژه ایجاد کند. قبل از انتخاب Kubernetes، اندازه پروژه و نیاز زیرساخت را بررسی کنید.

اگر پروژه رشد می‌کند و مدیریت تعداد زیادی سرویس اهمیت دارد، کوبرنتیز قابل‌بررسی است؛ در پروژه‌های ساده‌تر، ابزارهای سبک‌تر معمولا مدیریت راحت‌تری دارند.

سوالات متداول

۱. کوبرنتیز (Kubernetes) به زبان ساده چیست؟

کوبرنتیز پلتفرمی متن باز برای مدیریت و اجرای برنامه‌های کانتینری است و اجرای سرویس‌ها، مقیاس‌دهی و جایگزینی نمونه‌های خراب را خودکار می‌کند.

۲. کوبرنتیز چگونه کار می‌کند؟

کوبرنتیز کانتینرهای یک برنامه را در قالب Pod روی Nodeها اجرا و مدیریت می‌کند و در صورت تغییر شرایط، وضعیت آن‌ها را با تنظیمات موردنظر هماهنگ نگه می‌دارد.

۳. تفاوت داکر و کوبرنتیز چیست؟

داکر بیشتر برای ساخت و اجرای کانتینرها استفاده می‌شود، درحالی‌که کوبرنتیز برای مدیریت و هماهنگ‌سازی تعداد زیادی کانتینر و سرویس در کلاستر کاربرد دارد.

۴. پاد (Pod) در کوبرنتیز چیست؟

پاد کوچک‌ترین واحد قابل‌اجرای کوبرنتیز است که یک یا چند کانتینر مرتبط را در کنار هم اجرا و مدیریت می‌کند.

۵. محدودیت‌های کوبرنتیز چیست و آیا برای هر پروژه‌ای مناسب است؟

پیچیدگی راه‌اندازی، نیاز به دانش فنی و هزینه نگهداری از معایب کوبرنتیز است؛ بنابراین برای پروژه‌های کوچک ممکن است ابزارهای ساده‌تر انتخاب بهتری باشند.