ارکستراسیون کانتینر

Docker Swarm و Kubernetes هر دو فن آوری های ارکستراسیون کانتینر هستند. ارکستراسیون کانتینر، تهیه، استقرار، شبکه سازی، مقیاس بندی، در دسترس بودن و مدیریت چرخه حیات کانتینرها را خودکار می کند.

فن‌آوری‌های هماهنگ‌سازی کانتینر، استقرار و مدیریت برنامه‌های کاربردی کانتینری را ساده‌تر می‌کنند، که مقیاس و اجرای برنامه‌های پیچیده‌ای را که دارای تعداد زیادی کانتینر هستند، آسان‌تر می‌کند. کانتینرها ویژگی‌هایی مانند متعادل‌سازی بار، کشف خدمات، مقیاس‌پذیری، خوددرمانی و به‌روزرسانی‌های چرخشی را فعال می‌کنند که فرآیند مدیریت برنامه‌های کانتینری را در بسیاری از میزبان‌ها یا حتی ارائه‌دهندگان مختلف ابری ساده می‌کند.

چند نمونه از فن آوری های ارکستراسیون کانتینر عبارتند از:

1. Docker Swarm: یک ابزار بومی برای زمان‌بندی و خوشه‌بندی کانتینرهای Docker.
2. Kubernetes: یک ابزار خوشه‌بندی و زمان‌بندی بومی برای کانتینرهای داکر  است. Kubernetes یک راه حل ارکستراسیون کانتینر منبع باز است که توسط گوگل ایجاد شده است.
3. Apache Mesos: Apache Mesos یک مدیر کلاستر رایگان است که به شما امکان می‌دهد طیف وسیعی از برنامه‌های کاربردی توزیع شده، از جمله برنامه‌های کانتینری‌شده را روی دسته‌ای از رایانه‌ها اجرا کنید. Mesos دارای ویژگی هایی مانند تحمل خطا، جداسازی و تخصیص منابع پویا است.
4. Amazon ECS: یک پلت فرم ارکستراسیون کانتینر از خدمات وب آمازون که به طور کامل مدیریت می شود.
5. Google Kubernetes Engine: یک نسخه Kubernetes مبتنی بر پلتفرم Google Cloud که مدیریت شده است (GCP).
6. Amazon Elastic Kubernetes Service (EKS) یکی دیگر از پلتفرم‌های ارکستراسیون کانتینر محبوب از خدمات وب آمازون است که به طور کامل مدیریت و بر اساس Kubernetes است. این به شما امکان می دهد به راحتی برنامه های کانتینری را با استفاده از Kubernetes در ابر AWS اجرا، مدیریت و مقیاس بندی کنید.

برای اهداف این مقاله، ما روی Docker Swarm و Kubernetes که محبوب‌ترین فناوری‌های ارکستراسیون کانتینر هستند، تمرکز خواهیم کرد.

Docker Swarm چیست؟

Docker Swarm یک ابزار هماهنگ‌سازی کانتینر است که به شما امکان می‌دهد خوشه‌ای از میزبان‌های Docker را مدیریت کنید و برنامه‌های کانتینری را در سراسر آنها مستقر کنید.

یک سیستم جامع و انعطاف پذیر برای مدیریت و استقرار برنامه های کاربردی کانتینری در مقیاس (at scale) توسط Docker Swarm ارائه شده است. شما می توانید از کانتینرسازی بهره مند شوید و همچنین تضمین کنید که برنامه های شما بسیار در دسترس، مقیاس پذیر و نگهداری آسان هستند.

با استفاده از Docker Swarm، می‌توان سرویس‌ها را مستقر و مدیریت کرد، در صورت لزوم، آن‌ها را افزایش یا کاهش داد و عملکرد و سلامت آنها را ردیابی کرد. یک یا چند میزبان Docker متصل به یک گروه، یک خوشه Docker Swarm را تشکیل می‌دهند. یک یا چند میزبان به عنوان گره های مدیر در داخل swarm تعیین می شوند. این میزبان ها وظیفه مدیریت وضعیت swarm و سازماندهی توزیع وظایف و خدمات بین گره های کارگر را بر عهده دارند.

• گره های مدیر: گره های مدیر مسئول مدیریت خوشه Swarm و هماهنگ سازی استقرار خدمات هستند. آن‌ها وضعیت مطلوب سرویس‌ها را حفظ می‌کنند، مقیاس‌بندی سرویس و به‌روزرسانی‌های چرخشی را مدیریت می‌کنند، و همچنین با سایر گره‌ها در خوشه برای هماهنگ کردن وظایف ارتباط برقرار می‌کنند. برای سوارم، داکر داشتن سه تا هفت گره مدیر را توصیه می‌کند که پنج تا برای اکثر موارد ایده‌آل هستند.
• گره های کارگر: گره های کارگر وظیفه مدیریت کانتینرهایی را بر عهده دارند که سرویس های مستقر خوشه را تشکیل می دهند. آنها وظایفی را در قالب کانتینرهای Docker از گره های مدیر دریافت کرده و انجام می دهند. بسته به حجم کار و نیاز به منابع سرویس‌های مستقر شده، تعداد گره‌های کارگر در یک خوشه Docker Swarm را می‌توان افزایش یا کاهش داد.

در زیر نموداری از نحوه کار گره ها در Docker Swarm آورده شده است. لطفاً برای درک جامع تر به اسناد وب سایت رسمی مراجعه کنید .

مزایای Docker Swarm

Docker Swarm چندین مزیت را برای مدیریت و استقرار برنامه‌های کانتینری در میان خوشه‌ای از میزبان‌های Docker ارائه می‌کند. در اینجا به برخی از مزایای آن اشاره می کنیم:

• برنامه‌ها و سرویس‌های شما را می‌توان بر اساس حجم کار و نیازهای منابع، بزرگ یا کوچک کرد. حجم کار به طور خودکار در بین گره های موجود توزیع می شود، که به شما امکان می دهد در صورت لزوم گره ها را از گروه اضافه یا حذف کنید.
• یک زیرساخت بسیار در دسترس و با تحمل خطا برای راه اندازی برنامه های کاربردی کانتینری در دسترس است. اگر یک گره از کار بیفتد، Docker Swarm به طور خودکار حجم کار را به گره‌های باقی‌مانده پخش می‌کند و به شما امکان می‌دهد چندین نمونه از خدمات خود را در سراسر swarmاجرا کنید.
• یک متعادل کننده بار داخلی در Docker Swarm می‌تواند درخواست‌های دریافتی را به‌طور خودکار به نمونه‌های سرویس صحیحی که در swarm مستقر شده‌اند هدایت کند.
• به روز رسانی های متحرک در Docker Swarm به شما این امکان را می دهد که سرویس ها و برنامه های خود را بدون زمان توقف ارتقا دهید. با Docker Swarm، این سرویس یک بار به روز می شود و در عین حال اطمینان حاصل می شود که هنوز در دسترس است.
• Docker Swarm کشف سرویس داخلی را ارائه می دهد و به برنامه های شما امکان می دهد بدون نیاز به مکانیزم های کشف سرویس خارجی، یکدیگر را کشف کرده و با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
• نصب و استفاده Docker Swarm ساده است زیرا با موتور داکر عرضه می شود. در مقایسه با سایر ابزارهای ارکستراسیون کانتینر، یادگیری API نیز ساده تر است.
• Docker Swarm به طور یکپارچه با اکوسیستم Docker ادغام می شود و استفاده از آن را با سایر ابزارها و خدمات Docker آسان می کند.

معایب Docker Swarm

اگرچه Docker Swarm مزایای مختلفی را برای مدیریت و استقرار برنامه های کاربردی کانتینری ارائه می دهد، در اینجا برخی از اشکالات کلیدی در Docker Swarm وجود دارد.

• در مقایسه با سایر ابزارهای ارکستراسیون کانتینر مانند Kubernetes، داکر سوارم  ویژگی های کمتری را ارائه می دهد. اگرچه ابزارهای اساسی برای مقیاس بندی و همچنین مدیریت کانتینر ارائه می دهد، اما ممکن است در موارد استفاده پیچیده تر کوتاهی کند.
• امکانات کمتری برای اصلاح رفتار و پیکربندی سوارم در مقایسه با سایر فناوری‌های ارکستراسیون کانتینر وجود دارد.
• حداکثر تعداد گره های مدیر برای Docker Swarm هفت است که ممکن است برای استقرارهای بزرگ کافی نباشد. در مقایسه با سایر راه حل های ارکستراسیون کانتینر، قابلیت مقیاس بندی محدودتری نیز دارد.
• در حالی که Docker Swarm در مدیریت کانتینرهای Docker برتر است، پشتیبانی آن از سایر انواع کانتینر تا حدودی محدود است.

Kubernetes چیست؟

اصطلاح "K8s" برای Kubernetes، یک پلت فرم ارکستراسیون کانتینر منبع باز، به تعداد حروف بین حروف "k" و "s" اشاره دارد. Kubernetes استقرار، مقیاس‌بندی و مدیریت برنامه‌های کانتینری را خودکار می‌کند. بنیاد محاسبات بومی ابری (CNCF) Kuberentes را نگهداری می کند، اگرچه در ابتدا توسط گوگل ایجاد شده بود.

با Kubernetes، می‌توانید کانتینرها را در کلاستری از میزبان‌ها مدیریت و مقیاس‌بندی کنید و برنامه خود را به‌عنوان مجموعه‌ای از کانتینرها با تمام وابستگی‌ها و نیازمندی‌های آن تعریف کنید. ابزاری قوی برای کارکرد برنامه‌های کانتینری در محیط‌های تولیدی، همچنین ویژگی‌هایی مانند جابجایی و برگشت خودکار، خود ترمیمی و پوسته‌گذاری افقی را ارائه می‌دهد.

یک گره اصلی که وضعیت کلی خوشه را کنترل می کند و یک یا چند گره کارگر که کانتینرهای برنامه را اجرا می کنند، Kubernetes را تشکیل می دهند. داشتن حداقل سه گره اصلی در یک محیط تولید برای اطمینان از در دسترس بودن و تحمل خطا بسیار خوب است. با چندین گره اصلی، اجزای صفحه کنترل در سراسر گره ها تکثیر می شوند، و اطمینان حاصل می شود که خوشه می تواند حتی در صورت شکست یک یا چند گره به کار خود ادامه دهد. گره‌های کارگر کانتینرهای برنامه را اجرا می‌کنند و با گره‌های اصلی برای دریافت به‌روزرسانی‌ها و دستورالعمل‌ها متصل می‌شوند، در حالی که گره‌های اصلی یک API یکنواخت برای کنترل وضعیت خوشه ارائه می‌کنند.

مزایای Kubernetes

Kubernetes یک سیستم قوی و قابل انطباق برای مدیریت برنامه های کاربردی کانتینری ارائه می دهد که به شما در توسعه و ساده سازی فرآیندهای استقرار برنامه، افزایش مقیاس پذیری و افزایش انعطاف پذیری کمک می کند. در زیر چندین مزیت استفاده از Kubernetes آورده شده است.

• Kubernetes گزینه های پیکربندی متعددی را ارائه می دهد، از جمله پشتیبانی از زمان های مختلف کانتینر و ادغام با ابزارهای دیگر در اکوسیستم کانتینر، برای استقرار و مدیریت برنامه ها.
• Kubernetes می تواند به طور خودکار از خرابی گره ها یا سایر اختلالات به لطف در دسترس بودن بالا و ویژگی های خود ترمیمی داخلی خود بازیابی کند.
• Kubernetes یک محیط استقرار سازگار برای برنامه‌ها فراهم می‌کند و به آنها اجازه می‌دهد در ارائه‌دهندگان مختلف ابری یا مراکز داده داخلی مستقر شوند.
• برای مدیریت برنامه‌های کانتینری در مقیاس، Kubernetes توانایی سریع و ساده‌ای را برای افزایش یا کاهش مقیاس برنامه‌ها در پاسخ به تقاضا ارائه می‌دهد.
• به‌روزرسانی‌های چرخشی، متعادل‌سازی بار، و کشف سرویس از جمله وظایف مدیریتی و استقرار برنامه‌های کانتینری متعددی هستند که Kubernetes آنها را خودکار می‌کند.
• Kubernetes دارای یک جامعه بزرگ و فعال از توسعه دهندگان و کاربران است که منابع، پشتیبانی و ابزارهای زیادی را ارائه می دهد.

معایب Kubernetes

سازمان‌ها باید هزینه‌ها و مبادلات مربوط به پیاده‌سازی این پلتفرم، به‌ویژه در مورد پیچیدگی و نیازهای منابع را به دقت ارزیابی کنند، حتی اگر Kubernetes بتواند مزایای قابل‌توجهی برای مدیریت برنامه‌های کانتینری ارائه دهد.

• منحنی یادگیری برای Kubernetes می تواند چالش برانگیز باشد، به ویژه برای توسعه دهندگان یا اپراتورهایی که با سیستم های توزیع شده و مدیریت کانتینر آشنا نیستند.
• مخصوصاً برای خوشه‌های بزرگ‌تر، Kubernetes می‌تواند منابع فشرده باشد و برای عملکرد خوب به محاسبات و منابع ذخیره‌سازی قابل توجهی نیاز دارد.
• اگرچه Kubernetes بسیاری از رویه‌ها را در استقرار و نگهداری برنامه‌ها خودکار می‌کند، اما می‌تواند به پیچیدگی عملیاتی نیز بیافزاید، به‌ویژه هنگام عیب‌یابی و تشخیص مشکلات، برای مثال، فرض کنید که شما یک کلاستر Kubernetes دارید که یک برنامه وب را اجرا می‌کند که مشکلات اتصال متناوب را تجربه می‌کند. برای تشخیص مشکل، باید تمام لایه‌های مختلف پشته برنامه، از جمله لایه‌های pod، کانتینر، سرویس و شبکه را بررسی کنید تا مشخص کنید مشکل در کجا رخ می‌دهد. این می‌تواند شامل بررسی گزارش‌ها از منابع متعدد، از جمله سرور Kubernetes API، Kubelet در حال اجرا بر روی هر گره کارگر، کانتینر برنامه، و هر سرویس یا ابزار پشتیبانی باشد.
• اگرچه Kubernetes با طیف گسترده‌ای از زمان‌ها و فناوری‌های کانتینر کار می‌کند، برخی از برنامه‌ها یا سیستم‌های قدیمی ممکن است با Kubernetes کار نکنند یا نیاز به پیکربندی مجدد زیادی داشته باشند. به عنوان مثال، برای انتقال یک برنامه یکپارچه که با در نظر گرفتن کانتینر طراحی نشده است به Kubernetes، باید آن را به اجزای کوچکتر و مدولارتر تقسیم کنید که می توانند کانتینری شوند.
• Kubernetes دارای قابلیت‌های امنیتی بسیاری است، اما همچنین نیازمند مدیریت و تلاش زیادی برای پیکربندی است تا تضمین کند که خوشه و برنامه‌ها به اندازه کافی محافظت می‌شوند.

Kubernetes در مقابل Docker Swarm: مقایسه

منابع

• https://semaphoreci.com/blog/docker-swarm-kubernetes