कुबेरनेट्स का परिचय: कंटेनर ऑर्केस्ट्रेटर

यदि आप सॉफ्टवेयर डेवलपमेंट की दुनिया में काम करते हैं, तो आपने निश्चित रूप से कुबेरनेट्स के बारे में सुना होगा। लेकिन यह वास्तव में क्या है, और यह कंटेनरीकृत अनुप्रयोगों के प्रबंधन के लिए वास्तविक मानक क्यों बन गया है? यह गाइड आपको बुनियादी बातों से लेकर मौलिक अवधारणाओं तक ले जाएगी, जिसमें आपको समझने में मदद करने के लिए व्यावहारिक उदाहरण और आरेख शामिल हैं।

कुबेरनेट्स से पहले: थोड़ा इतिहास

यह समझने के लिए कि कुबेरनेट्स इतना क्रांतिकारी क्यों है, आइए एक कदम पीछे चलते हैं।

1. पारंपरिक डिप्लॉयमेंट: शुरुआत में, एप्लिकेशन भौतिक सर्वरों पर चलाए जाते थे। यह दृष्टिकोण महंगा, स्केल करने में कठिन और संसाधन टकरावों का खतरा था।
2. वर्चुअलाइज्ड डिप्लॉयメント: फिर वर्चुअल मशीनें (VMs) आईं। VMs ने एक ही हार्डवेयर पर कई अलग-अलग एप्लिकेशन चलाने की अनुमति दी, जिससे संसाधन उपयोग और सुरक्षा में सुधार हुआ। हालाँकि, प्रत्येक VM एक संपूर्ण ऑपरेटिंग सिस्टम चलाता है, जो बहुत सारे संसाधनों की खपत करता है।
3. कंटेनरीकृत डिप्लॉयमेंट: कंटेनर (जैसे डॉकर) अगला विकास हैं। वे एक ही होस्ट ऑपरेटिंग सिस्टम साझा करते हैं लेकिन अलग-अलग प्रक्रियाएं चलाते हैं। वे हल्के, शुरू करने में तेज और पोर्टेबल होते हैं।

कंटेनरों ने पोर्टेबिलिटी की समस्या को हल कर दिया, लेकिन एक और समस्या पैदा कर दी: उत्पादन के माहौल में सैकड़ों (या हजारों) कंटेनरों का प्रबंधन कैसे करें? यह कैसे सुनिश्चित करें कि वे हमेशा चल रहे हैं, एक-दूसरे से संवाद कर सकते हैं, और लोड के आधार पर स्केल कर सकते हैं?

यहीं पर कुबेरनेट्स आता है।

कुबेरनेट्स क्या है?

कुबेरनेट्स (अक्सर K8s के रूप में संक्षिप्त) कंटेनर ऑर्केस्ट्रेशन के लिए एक ओपन-सोर्स प्लेटफॉर्म है। सरल शब्दों में, यह कंटेनरीकृत अनुप्रयोगों की तैनाती, स्केलिंग और प्रबंधन को स्वचालित करता है। Google द्वारा बनाया गया और अब क्लाउड नेटिव कंप्यूटिंग फाउंडेशन (CNCF) द्वारा बनाए रखा गया, कुबेरनेट्स बड़े पैमाने पर माइक्रोसेवा के साथ काम करने वाले किसी भी व्यक्ति के लिए पसंदीदा उपकरण बन गया है।

कुबेरनेट्स क्लस्टर की वास्तुकला

एक कुबेरनेट्स वातावरण को क्लस्टर कहा जाता है। एक क्लस्टर मशीनों के एक सेट से बना होता है, जिन्हें नोड्स कहा जाता है, जो हमारे एप्लिकेशन चलाते हैं। वास्तुकला को दो मुख्य भागों में बांटा गया है: कंट्रोल प्लेन और वर्कर नोड्स।

कंट्रोल प्लेन

कंट्रोल प्लेन क्लस्टर का "मस्तिष्क" है। यह वैश्विक निर्णय लेता है (जैसे शेड्यूलिंग) और क्लस्टर की घटनाओं का पता लगाता है और उन पर प्रतिक्रिया करता है। इसके मुख्य घटक हैं:

• API सर्वर (kube-apiserver): यह क्लस्टर का प्रवेश द्वार है। यह कुबेरनेट्स API को उजागर करता है, जिसका उपयोग उपयोगकर्ताओं ( kubectl के माध्यम से), क्लस्टर घटकों और बाहरी उपकरणों द्वारा संचार के लिए किया जाता है।
• etcd: एक सुसंगत और अत्यधिक उपलब्ध कुंजी-मूल्य डेटाबेस। यह सभी क्लस्टर डेटा को संग्रहीत करता है, जो सिस्टम की वांछित और वर्तमान स्थिति का प्रतिनिधित्व करता है।
• शेड्यूलर (kube-scheduler): संसाधन आवश्यकताओं, नीतियों और अन्य बाधाओं को ध्यान में रखते हुए, नए बनाए गए पॉड्स को एक उपलब्ध वर्कर नोड को सौंपता है।
• कंट्रोलर मैनेजर (kube-controller-manager): नियंत्रकों को चलाता है, जो नियंत्रण लूप हैं जो क्लस्टर की स्थिति को देखते हैं और इसे वांछित स्थिति में लाने के लिए काम करते हैं। उदाहरण के लिए, नोड कंट्रोलर नोड्स का प्रबंधन करता है, जबकि प्रतिकृति नियंत्रक यह सुनिश्चित करता है कि पॉड्स की सही संख्या चल रही है।

वर्कर नोड

वर्कर नोड्स वे मशीनें (भौतिक या आभासी) हैं जहाँ एप्लिकेशन वास्तव में चलाए जाते हैं। प्रत्येक नोड को कंट्रोल प्लेन द्वारा प्रबंधित किया जाता है और इसमें निम्नलिखित घटक होते हैं:

• क्यूबलेट: प्रत्येक नोड पर चलने वाला एक एजेंट। यह सुनिश्चित करता है कि पॉड्स में वर्णित कंटेनर चल रहे हैं और स्वस्थ हैं।
• क्यूब-प्रॉक्सी: एक नेटवर्क प्रॉक्सी जो नोड्स पर नेटवर्क नियमों का प्रबंधन करता है। यह क्लस्टर के अंदर या बाहर नेटवर्क सत्रों से पॉड्स के लिए नेटवर्क संचार की अनुमति देता है।
• कंटेनर रनटाइम: कंटेनरों को चलाने के लिए जिम्मेदार सॉफ्टवेयर। डॉकर सबसे प्रसिद्ध है, लेकिन कुबेरनेट्स containerd और CRI-O जैसे अन्य रनटाइम का भी समर्थन करता है।

मौलिक कुबेरनेट्स ऑब्जेक्ट्स

कुबेरनेट्स में, सब कुछ ऑब्जेक्ट्स द्वारा दर्शाया जाता है। ये ऑब्जेक्ट "इरादे के रिकॉर्ड" हैं: एक बार जब आप एक ऑब्जेक्ट बनाते हैं, तो कुबेरनेट्स लगातार यह सुनिश्चित करने के लिए काम करता है कि यह मौजूद है और वांछित स्थिति से मेल खाता है।

यहाँ सबसे महत्वपूर्ण हैं:

पॉड

पॉड कुबेरनेट्स में सबसे छोटी निष्पादन इकाई है। यह एक या एक से अधिक कंटेनरों का प्रतिनिधित्व करता है जो एक ही नोड पर एक साथ चलाए जाते हैं, नेटवर्क और स्टोरेज जैसे संसाधनों को साझा करते हैं।

आमतौर पर, आप प्रति पॉड केवल एक कंटेनर चलाते हैं, लेकिन उन्नत परिदृश्यों में (जैसे लॉगिंग या निगरानी के लिए "साइडकार कंटेनर"), आपके पास अधिक हो सकते हैं।

आप लगभग कभी भी सीधे पॉड नहीं बनाते हैं। आप डिप्लॉयमेंट्स जैसे उच्च-स्तरीय अमूर्तता का उपयोग करते हैं।

डिप्लॉयमेंट

एक डिप्लॉयमेंट वह ऑब्जेक्ट है जिसका आप सबसे अधिक उपयोग करेंगे। यह समान पॉड्स के समूह के लिए वांछित स्थिति का वर्णन करता है। डिप्लॉयमेंट नियंत्रक इसके लिए जिम्मेदार है:

• एक रेप्लिकासेट बनाना और प्रबंधित करना (एक और ऑब्जेक्ट जो यह सुनिश्चित करता है कि एक पॉड की एक विशिष्ट संख्या में प्रतिकृतियां हमेशा चल रही हैं)।
• पॉड्स की संख्या को ऊपर या नीचे स्केल करना।
• बिना डाउनटाइम के, नियंत्रित तरीके से एप्लिकेशन अपडेट का प्रबंधन करना (जैसे, रोलिंग अपडेट)।

यहाँ एक डिप्लॉयमेंट के लिए एक उदाहरण YAML फ़ाइल है जो एक NGINX सर्वर की 3 प्रतिकृतियां चलाती है:

# nginx-deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.14.2
        ports:
        - containerPort: 80

सर्विस

कुबेरनेट्स में पॉड क्षणभंगुर होते हैं: उन्हें किसी भी समय बनाया और नष्ट किया जा सकता है। प्रत्येक पॉड का अपना आईपी पता होता है, लेकिन यह आईपी स्थिर नहीं होता है। तो, हम अपने एप्लिकेशन को मज़बूती से कैसे उजागर करते हैं?

एक सर्विस के साथ। एक सर्विस एक अमूर्तता है जो पॉड्स के एक तार्किक सेट और उन तक पहुँचने की नीति को परिभाषित करती है। यह पॉड्स के एक समूह के लिए एक स्थिर पहुँच बिंदु (एक वर्चुअल आईपी पता और एक डीएनएस नाम) प्रदान करता है।

सर्विस लेबल पर आधारित चयनकर्ता का उपयोग उन पॉड्स को खोजने के लिए करता है जिन्हें इसे ट्रैफ़िक अग्रेषित करना चाहिए।

यहाँ हमारे NGINX डिप्लॉयमेंट के लिए एक सर्विस कैसे बनाएँ:

# nginx-service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  selector:
    app: nginx
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
  type: ClusterIP # डिफ़ॉल्ट - केवल क्लस्टर के भीतर सेवा को उजागर करता है

विभिन्न प्रकार की सेवाएँ हैं:

• क्लस्टरआईपी: सेवा को क्लस्टर-आंतरिक आईपी पर उजागर करता है (डिफ़ॉल्ट)।
• नोडपोर्ट: प्रत्येक वर्कर नोड पर एक स्थिर पोर्ट पर सेवा को उजागर करता है।
• लोडबैलेंसर: क्लाउड प्रदाता (जैसे, AWS, GCP) में एक बाहरी लोड बैलेंसर बनाता है और सेवा को एक सार्वजनिक आईपी सौंपता है।

इनग्रेस

एक लोडबैलेंसर सर्विस बहुत अच्छी है, लेकिन प्रत्येक सेवा के लिए एक बनाना महंगा हो सकता है। बाहरी दुनिया के लिए कई HTTP/HTTPS सेवाओं को उजागर करने के लिए, आप एक इनग्रेस का उपयोग करते हैं।

एक इनग्रेस बाहरी यातायात के लिए एक "बुद्धिमान राउटर" के रूप में कार्य करता है। यह आपको होस्ट (जैसे, api.mysite.com) या पथ (जैसे, mysite.com/api) के आधार पर रूटिंग नियम परिभाषित करने की अनुमति देता है।

यहाँ एक इनग्रेस का एक उदाहरण है:

# example-ingress.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: example-ingress
spec:
  rules:
  - host: mysite.com
    http:
      paths:
      - path: /api
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: api-service
            port:
              number: 8080
      - path: /ui
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: ui-service
            port:
              number: 3000

अन्य उपयोगी ऑब्जेक्ट्स

• नेमस्पेस: आपको एक भौतिक क्लस्टर के अंदर "वर्चुअल क्लस्टर" बनाने की अनुमति देता है। वातावरणों (जैसे, development, staging, production) या टीमों को अलग करने के लिए उपयोगी।
• कॉन्फिगमैप और सीक्रेट: कंटेनर छवि से अलग किए गए कॉन्फ़िगरेशन डेटा और रहस्यों (जैसे पासवर्ड या एपीआई कुंजी) का प्रबंधन करने के लिए।
• स्टेटफुलसेट: एक डिप्लॉयमेंट के समान, लेकिन स्टेटफुल अनुप्रयोगों (जैसे डेटाबेस) के लिए विशिष्ट है जिन्हें स्थिर नेटवर्क पहचान और स्थायी भंडारण की आवश्यकता होती है।
• परसिस्टेंटवॉल्यूम (पीवी) और परसिस्टेंटवॉल्यूमक्लेम (पीवीसी): क्लस्टर में स्थायी भंडारण का प्रबंधन करने के लिए।

निष्कर्ष

कुबेरनेट्स एक अविश्वसनीय रूप से शक्तिशाली उपकरण है, लेकिन इसकी सीखने की अवस्था खड़ी हो सकती है। इस गाइड ने केवल सतह को खरोंचा है, लेकिन हमें उम्मीद है कि इसने आपको बुनियादी अवधारणाओं की ठोस समझ दी है।

अब क्या करें?

• स्थानीय रूप से प्रयोग करें: अपने कंप्यूटर पर कुबेरनेट्स क्लस्टर बनाने के लिए मिनिक्यूब या काइंड स्थापित करें।
• kubectl का उपयोग करें: kubectl कमांड से परिचित हों, जो क्लस्टर के साथ बातचीत करने के लिए आपका मुख्य उपकरण है। इस लेख से NGINX डिप्लॉयमेंट और सर्विस बनाने का प्रयास करें।
• आधिकारिक ट्यूटोरियल देखें: कुबेरनेट्स दस्तावेज़ीकरण उदाहरणों से भरा एक शानदार संसाधन है।

कंटेनर ऑर्केस्ट्रेशन क्लाउड-नेटिव दुनिया में एक मौलिक कौशल है, और कुबेरनेट्स में महारत हासिल करना संभावनाओं की दुनिया खोल देगा। मज़े करो!