[Kubernetes] Detaillierte Erläuterung des Failover- und Selbstheilungsmechanismus

I. Einleitung

1. Einführung in Kubernetes

ubernetes ist eine Open-Source-Container-Orchestrierungsplattform, die die Bereitstellung, Skalierung und Aktualisierung von Containern automatisch verwalten kann. Es entlastet Entwickler und verbessert die Anwendungszuverlässigkeit und Skalierbarkeit. Ein Grund für den Erfolg von Kubernetes sind seine automatisierten Failover- und Selbstheilungsfunktionen, Funktionen, die es zu einer der wichtigsten Plattformen für die Cloud-native Anwendungsentwicklung machen.

2. Die Bedeutung von Failover- und Selbstheilungsfunktionen

故障转移功能Ermöglicht Kubernetes, Fehler in Containern, Knoten, Pods und ganzen Clusterumgebungen zu erkennen. Sobald ein Fehler erkannt wird, werden Container automatisch neu gestartet oder Pods neu geplant, um die Anwendungsverfügbarkeit sicherzustellen. Dieser automatisierte Failover-Mechanismus verbessert die Systemzuverlässigkeit erheblich und reduziert Anwendungsausfallzeiten.

自愈能力ist eine weitere wichtige Funktion von Kubernetes, die es Kubernetes ermöglicht, problematische Knoten, Container und Pods automatisch zu reparieren. Wenn ein Knoten oder Pod ausfällt, entfernt Kubernetes sie automatisch vorübergehend aus dem Cluster und erstellt sie neu, um die Anwendungsverfügbarkeit sicherzustellen. Wenn Knoten oder Container ausfallen, kann Kubernetes sie automatisch auf einen anderen Knoten verschieben oder neu starten.

Diese Funktionen reduzieren den Bedarf an manuellen Eingriffen erheblich und verbessern die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Anwendung erheblich. Sie können Unternehmen auch einen besseren Betriebs- und Wartungssupport bieten und die Verwaltungskosten senken. Darüber hinaus kann die automatisierte Fehlererkennung und -übertragung auch die Integrations- und Zusammenarbeitsfähigkeiten mit anderen Diensten verbessern, wodurch die Gesamtleistung und Zuverlässigkeit des Systems weiter verbessert werden.

Im Zeitalter des Cloud Computing werden Anwendungszuverlässigkeit und Skalierbarkeit zu zwingenden Notwendigkeiten in der technischen Architektur. Die Verwendung von Kubernetes kann die Entwicklereffizienz und Systemzuverlässigkeit erheblich verbessern und die Möglichkeit von Fehlerproblemen und Dienstunterbrechungen reduzieren. Daher ist Kubernetes als Container-Orchestrierungssystem der neuen Generation zu einem unverzichtbaren Bestandteil moderner Unternehmen geworden.

2. Kubernetes-Übersicht

1. Kubernetes-Architektur

Die Kubernetes-Architektur umfasst die folgenden Komponenten:

• Master-Knoten:
  Steuert den Status und die Prozesse des gesamten Clusters und plant Anwendungen.
• Worker-Knoten:
  Ausführen von Containerinstanzen.
• etcd:
  Speichert Zustandsinformationen für den gesamten Cluster.

In der Kubernetes-Architektur ist der Master-Knoten die Komponente, die für die Verwaltung und Überwachung des gesamten Clusters verantwortlich ist. Es enthält die folgenden Kernkomponenten:

• API-Server:
  Stellt Cluster-Statusinformationen und -Schnittstellen bereit, die über die REST-API-Schnittstelle betrieben werden können. Alle Kubernetes-Steuerbefehle werden vom API-Server an die entsprechenden Komponenten weitergeleitet.
• etcd:
  Speichert die Zustandsinformationen des Clusters. Es ist ein äußerst zuverlässiges, skalierbares Schlüsselwertspeichersystem, das von Kubernetes verwendet wird, um Konfiguration, Status und Metadaten für den gesamten Cluster zu speichern.
• Controller Manager:
  Überwacht den Status des Clusters und stellt sicher, dass der erwartete Zustand des Systems mit dem tatsächlichen Zustand übereinstimmt. Dieses Ziel wird durch mehrere Controller wie Replication Controller und Endpoint Controller usw. erreicht.
• Planer:
  Verantwortlich für die Zuweisung von Anwendungen zu Worker-Knoten und die Anordnung des Standorts von Containerinstanzen gemäß der Planungsrichtlinie.

Worker-Knoten sind Rechenknoten im Kubernetes-Cluster, die Containerinstanzen ausführen und für die Überwachung dieser Containerinstanzen verantwortlich sind. Es enthält die folgenden Komponenten:

• kubelet:
  Überwachen Sie den Ausführungsstatus von Containerinstanzen und melden Sie Statusinformationen an den Master-Knoten. Es analysiert auch die Spezifikationsinformationen des Containers, um sicherzustellen, dass der Container richtig konfiguriert ist, und führt die Anwendung innerhalb des Containers aus.
• kube-proxy:
  Netzwerk-Proxy, verantwortlich für die Verwaltung von Cluster-Netzwerkregeln und die Weiterleitung von Netzwerkanfragen dorthin, wo sie hingehen sollen. Es implementiert internes Load-Balancing über iptables und antwortet mit dem ICMP-Protokoll auf "Health"-Check-Anfragen von externen Load-Balancern.

2. Kubernetes-Komponenten und -Funktionen

Kubernetes bietet die folgenden Komponenten und Funktionen für eine bessere Verwaltung und den Betrieb von containerisierten Anwendungen:

• Pod:
  Pod ist die grundlegendste Einheit in Kubernetes, bei der es sich um eine Sammlung von einem oder mehreren Containern handelt. Pod hat eine separate IP-Adresse und eine unabhängige Umgebung, und der Netzwerkspeicherplatz wird von Containern gemeinsam genutzt, die über Ressourcen wie IPC und Volum gemeinsam genutzt werden können.
• Service:
  Service ist ein Netzwerkkommunikationsmechanismus zwischen Containern, der eine Gruppe von Containern des gleichen Typs abbilden und Funktionen wie Load Balancing und Service Discovery bereitstellen kann. Der Dienst bietet verschiedene Diensttypen über ClusterIP, NodePort und LoadBalancer.
• Volume:
  Volume ist die Speicherabstraktion des Containers, der für persistente Daten oder gemeinsam genutzten Speicher verwendet werden kann.
• ReplicaSet:
  ReplicaSet stellt sicher, dass die Anzahl der Pods in einer Gruppe immer der angegebenen Anzahl von Replikaten entspricht, was verwendet werden kann, um die Selbstheilung und Verfügbarkeit von Anwendungen im Fehlerfall sicherzustellen.
• Bereitstellung:
  Bereitstellung ist eine Erweiterung von ReplicaSet, die Funktionen wie fortlaufendes Upgrade und Rollback bereitstellt.
• StatefulSet:
  StatefulSet ist eine Folge von Pods. Jeder Pod hat eine unabhängige Netzwerkkennung und ist identifizierbar. Er kann für Anwendungen verwendet werden, die eine dauerhafte Speicherung, eine ordnungsgemäße Bereitstellung oder integrierte Speichersysteme erfordern.
• ConfigMap und Secret:
  ConfigMap und Secret sind Objekte, die Konfigurations- und Passwortinformationen vom Anwendungsquellcode trennen, und sie können in Containerinstanzen gemountet werden, ohne Umgebungsvariablen oder Code ausgesetzt zu sein.

Generell stellt Kubernetes viele Funktionen bereit, die das Deployment sowie den Betrieb und die Wartung containerisierter Anwendungen komfortabler machen. Mit Kubernetes können Sie Anwendungen einfach skalieren, Lastenausgleich erreichen, Hochverfügbarkeit sicherstellen und Vorgänge wie Rolling Updates und Rollbacks durchführen. Darüber hinaus können die Funktionalität und Effizienz containerisierter Anwendungen durch eine hohe Integration mit anderen Cloud-nativen Tools und Plattformen wie ISTIO und Operator Framework weiter verbessert werden.

3. Ausfallsicherung

1. So definieren Sie Failover

Failover bedeutet, dass beim Ausfall eines Systems oder einer Anwendung die Arbeitslast automatisch auf andere verfügbare Knoten oder Instanzen übertragen oder neu verteilt wird, um die Verfügbarkeit und Kontinuität der Dienste aufrechtzuerhalten. Failover ist ein Schlüsselmerkmal von Cloud Computing und verteilten Systemen, das Anwendungen hilft, ihre Funktionalität aufrechtzuerhalten und einen reibungslosen Betrieb sicherzustellen.

Zu den Failover-Mechanismen gehören die Koordination und Überwachung des Status von Anwendungsknoten und die automatische Wiederherstellung des Normalbetriebs im Falle eines Ausfalls der Dienstzuverlässigkeit. Um ein Failover zu erreichen, können Systeme und Anwendungen Sicherungs- und Redundanzstrategien einsetzen, z. B. Sicherungsspeicher und fehlertolerante Systeme.

2. Failover-Mechanismus in Kubernetes

Kubernetes ist ein Open-Source-Container-Orchestrierungssystem, das zur Automatisierung der Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von Containeranwendungen verwendet werden kann. Es bietet verschiedene Failover-Mechanismen, um sicherzustellen, dass Anwendungen verfügbar bleiben und im Falle eines Ausfalls weiter ausgeführt werden.

Im Folgenden ist der Failover-Mechanismus in Kubernetes aufgeführt:

2.1 Gesundheitscheck

Zustandsprüfungen sind ein zentraler Bestandteil des Kubernetes-Failover-Mechanismus. Es überprüft regelmäßig den Status der Anwendung oder des Pods im Container, um Fehler oder Abstürze rechtzeitig zu erkennen, und startet automatisch neu oder baut ausgefallene Pods neu auf.

Es gibt drei Arten von Gesundheitschecks:

• livenessProbe: Überprüft, ob die Anwendung im Container aktiv ist und auf Anfragen antwortet.
• readinessProbe: Überprüft, ob die Anwendung im Container bereit ist, Netzwerkverkehr zu akzeptieren.
• startupProbe: Überprüft, ob die Anwendung im Container gestartet wird, und wartet eine Weile, bis der Startvorgang abgeschlossen ist.

2.2 Pods und ReplicaSets

Pod ist die kleinste Bereitstellungseinheit in Kubernetes. Es kann einen oder mehrere Container enthalten und bietet eine Umgebung für die gemeinsame Nutzung von Speicher- und Netzwerkressourcen.

ReplicaSet ist ein weiteres wichtiges Konzept in Kubernetes. Es wird verwendet, um die Replikate von Pods zu verwalten und sicherzustellen, dass immer die erforderliche Anzahl von Pods ausgeführt wird.

Wenn ein Pod ausfällt oder beendet wird, startet das ReplicaSet automatisch einen neuen Pod, um ihn zu ersetzen. Dadurch wird sichergestellt, dass Container-Anwendungen immer zur Laufzeit verfügbar sind.

2.3 Controller und Failover

In Kubernetes ist ein Controller eine Abstraktion auf hoher Ebene, mit der Pods und ReplicaSets verwaltet und sichergestellt werden, dass sich Ihre Anwendungen wie erwartet verhalten. Kubernetes bietet eine Vielzahl von Controller-Typen, darunter Deployment, StatefulSet und DaemonSet.

Ein Controller kann den Status von Pods und ReplicaSets und Failover überwachen oder sie nach Bedarf neu erstellen. Beispielsweise kann ein Deployment-Controller die Anzahl der Pods automatisch hoch- oder herunterskalieren, um sicherzustellen, dass Ihre Anwendung über genügend Ressourcen verfügt.

3. Die Beziehung zwischen Pods und ReplicaSets

Pod ist die kleinste Bereitstellungseinheit in Kubernetes, die einen oder mehrere Container enthalten und eine Umgebung für die gemeinsame Nutzung von Speicher- und Netzwerkressourcen bereitstellen kann. Ein ReplicaSet ist eine Abstraktion zum Verwalten von Pod-Replikaten und zum Sicherstellen, dass die erforderliche Anzahl von Pods ausgeführt wird.

Die Beziehung zwischen Pod und ReplicaSet ist wie folgt:

• Jeder Pod wird von einem ReplicaSet verwaltet und muss bei seiner Erstellung einem ReplicaSet zugewiesen werden.
• Ein ReplicaSet bestimmt die erforderliche Anzahl von Pods und erstellt, löscht und baut Pods bei Bedarf automatisch neu auf.
• Ein ReplicaSet kann einen ausgefallenen Pod sofort erkennen und durch einen neuen ersetzen.

4. Controller und Failover

In Kubernetes ist ein Controller eine Abstraktion auf hoher Ebene, mit der Pods und ReplicaSets verwaltet und sichergestellt werden, dass sich Ihre Anwendungen wie erwartet verhalten. Kubernetes bietet eine Vielzahl von Controller-Typen, darunter Deployment, StatefulSet und DaemonSet.

Der Controller kann den Status von Pods und ReplicaSets überwachen und bei Bedarf ein Failover oder eine Neuerstellung durchführen. Wenn beispielsweise ein Pod ausfällt oder gelöscht wird, kann der Bereitstellungscontroller automatisch einen neuen Pod erstellen und sicherstellen, dass die Anwendung verfügbar bleibt, während sie ausgeführt wird.

Darüber hinaus können Controller Rolling-Deployment-Funktionen nutzen, um sicherzustellen, dass Anwendungen ohne Unterbrechung des Dienstes aktualisiert werden. Es schaltet neue Versionen von Pods basierend auf Verfügbarkeit und Lastausgleichsrichtlinien um, um sicherzustellen, dass während Anwendungsupgrades keine Fehler auftreten.

4. Selbstheilungsfähigkeit

1. Wie man Selbstheilungsfähigkeit definiert

Die Fähigkeit zur Selbstheilung bezieht sich auf die Fähigkeit eines Systems oder einer Anwendung, sich selbst zu überwachen und zu reparieren, um die Systemverfügbarkeit und -zuverlässigkeit zu verbessern. Wenn ein Fehler oder eine anormale Situation auftritt, kann die Selbstheilungsfähigkeit das Problem automatisch erkennen und beheben, wodurch die Notwendigkeit manueller Eingriffe reduziert wird, um den normalen Betriebszustand schnell wiederherzustellen. Dies kann die Verfügbarkeit des Systems verbessern und den kontinuierlichen und stabilen Betrieb des Systems sicherstellen.

Selbstheilungsfunktionen sind die Grundlage moderner verteilter Anwendungen. In Bereichen wie Cloud Computing, Container-Technologie und Microservice-Architektur sind umfangreiche und komplexe Anwendungen zur Norm geworden. Diese Anwendungen enthalten viele Komponenten und Dienste mit komplexen Abhängigkeiten zwischen ihnen. Wenn eine der Komponenten oder Dienste ausfällt, beeinträchtigt dies wahrscheinlich den normalen Betrieb der gesamten Anwendung.

Daher sind Selbstheilungsfunktionen zu einem wesentlichen Merkmal moderner Anwendungen geworden. Diese Fähigkeit kann den Bedarf an menschlichem Eingreifen reduzieren und die Anwendungsverfügbarkeit und -stabilität verbessern.

2. Selbstheilungsmechanismus in Kubernetes

Kubernetes ist ein beliebtes Container-Orchestrierungssystem, das eine Reihe von Selbstheilungsmechanismen bereitstellt, um die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Containeranwendungen sicherzustellen. Im Folgenden sind einige gängige Selbstheilungsmechanismen von Kubernetes aufgeführt:

2.1 Automatische fortlaufende Aktualisierung

Rolling Updates sind eine Möglichkeit, Anwendungen in Kubernetes zu aktualisieren. Es verwendet zwei Versionen der Anwendung, um alle Container inkrementell zu aktualisieren, um vorübergehende Dienstunterbrechungen und -ausfälle zu vermeiden. Ein rollierendes Update startet die neue Version des Anwendungscontainers und stoppt dann schrittweise die alte Version, bis alle Container aktualisiert wurden.

2.2 Automatische Expansion und Kontraktion

Kubernetes kann die Anzahl der Replikate automatisch an die Auslastung der Anwendung anpassen, um die Verfügbarkeit des Systems sicherzustellen. Wenn die Last hoch wird, wird die Anzahl der Replikate automatisch erhöht; wenn die Last sehr niedrig wird, wird die Anzahl der Replikate automatisch verringert. Dieser adaptive Expansions- und Kontraktionsmechanismus kann die Stabilität und Verfügbarkeit des Systems sicherstellen.

2.3 Automatische Fehlertoleranz

Kubernetes verfügt über eine Reihe von Fehlertoleranzmechanismen, einschließlich Pod-Neustart, Container-Neustart, Knoten-Neustart usw. Diese Mechanismen können sicherstellen, dass die Anwendung im Falle eines Ausfalls schnell wieder in einen normalen Zustand zurückkehren kann.

2.4 Automatische Update-Konfiguration

Kubernetes kann die Konfiguration der Anwendung automatisch aktualisieren, um sicherzustellen, dass die Anwendung zur Laufzeit über die neueste Konfiguration verfügt. Dieser Aktualisierungsvorgang ist sehr sicher, da er sicherstellt, dass alle Pods erfolgreich gestartet wurden, und während des Vorgangs keine Anfragen unterbrechen oder verlieren.

2.5 Automatische Reparatur

Kubernetes verfügt über einige Selbstheilungsmechanismen, die Fehler oder anormale Zustände in Pods automatisch erkennen und reparieren können. Zu diesen Mechanismen gehören Liveness- und Readiness-Tests, Pod-Zustandsprüfungen und mehr.

3. Zustandsüberwachung des Pods

PodZustandsüberwachung in Kubernetes bezieht sich auf die Überwachung des Zustands jedes Containers in einem Pod. Wenn ein Container anormal ist, startet Kubernetes automatisch den Container oder den gesamten Pod entsprechend der Konfiguration neu. Dieser Zustandsüberwachungsmechanismus kann sicherstellen, dass die Anwendung im Falle eines Ausfalls schnell wieder in einen normalen Zustand zurückkehren kann.

Wenn Kubernetes feststellt, dass der Container im Pod fehlerhaft ist, wird der Container automatisch durch einen Selbstheilungsmechanismus neu gestartet, um so viele Container wie möglich wieder in den normalen Betrieb zu versetzen. Wenn eine Wiederherstellung nicht möglich ist, wird die gesamte Pod-Instanz beendet. Dieser Mechanismus vermeidet die Notwendigkeit manueller Eingriffe durch Bedienungs- und Wartungspersonal und macht die Automatisierung perfekter.

4. Was sind Lebendigkeits- und Bereitschaftstests?

LivenessDer Probe überwacht, ob der Container noch läuft, und wenn der Probe fehlschlägt, beendet Kubernetes den Container und startet einen neuen neu. Die Liveness-Probe wird innerhalb des Containers verwendet, um Probleme zu lösen, wie z. B. Prozessunterbrechungsanimationen und Deadlocks. Das Liveness-Probe erkennt den Ausführungsstatus eines Containers, indem es eine Anfrage an die Konsole des Containers sendet. Wenn der Test eine Antwort erhält, ist der Container fehlerfrei, andernfalls hat der Container möglicherweise ein Problem und muss neu gestartet werden.

Readiness 探针监测容器Ob eine externe Anfrage eingegangen ist. Wenn der Test fehlschlägt, stoppt Kubernetes das Senden von Datenverkehr an den Container und vermeidet so das Senden von Anfragen an den fehlgeschlagenen Container. Der Readiness-Probe wird verwendet, um das Problem zu lösen, dass der Container Anfragen nicht sofort nach dem Start empfangen kann.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Fähigkeit zur Selbstheilung ein wesentliches Merkmal moderner Anwendungen ist. Kubernetes bietet eine Reihe von Selbstheilungsmechanismen, darunter automatische fortlaufende Upgrades, automatische Erweiterung und Kontraktion, automatische Fehlertoleranz, automatische Reparatur und automatische Updatekonfiguration. Pod-Zustandsüberwachung und Liveness- und Readiness-Probes sind ebenfalls sehr wichtige Selbstheilungsmechanismen in Kubernetes. Diese Mechanismen können die Notwendigkeit menschlicher Eingriffe reduzieren und die Verfügbarkeit und Stabilität von Anwendungen erhöhen.
Der obige Inhalt wird in einem Codeblock mit Marknow-Syntax ausgegeben

5. Debuggen in Kubernetes

1. Anmeldung bei Kubernetes

In Kubernetes ist die Protokollierung ein sehr wichtiger Teil. Viele Komponenten in einem Kubernetes-Cluster bieten unterschiedliche Protokollierungsstufen, die Ihnen mitteilen, was im Cluster vor sich geht, und Ihnen helfen, mögliche Probleme zu finden. Hier sind einige gängige Kubernetes-Komponenten und ihre entsprechenden Protokollierungsorte:

• kube-apiserver: Standardmäßig ist der Protokollspeicherort von kube-apiserver /var/log/kube-apiserver.log.
• kube-controller-manager: Standardmäßig ist der Protokollspeicherort für kube-controller-manager /var/log/kube-controller-manager.log.
• kube-scheduler: Standardmäßig ist der Protokollspeicherort von kube-scheduler /var/log/kube-scheduler.log.
• kubelet: kubelet gibt Protokolle an stdout und /var/log/kubelet.log aus.
• kube-proxy: Der standardmäßige Protokollspeicherort für kube-proxy ist /var/log/kube-proxy.log.

Zusätzlich zur Protokollierung für die oben genannten Komponenten gibt es einige andere Protokollierungsorte, die berücksichtigt werden müssen. Beispielsweise protokollieren Anwendungen, die in Containern ausgeführt werden, normalerweise in stdout oder stderr, die dann von Kubernetes erfasst und in ihre Pod-Protokolle geschrieben werden.

Auf Pod-Protokolle kann beispielsweise mit kubectl-Befehlen zugegriffen werden:

kubectl logs <pod-name>

Darüber hinaus gibt es Tools, die beim Sammeln und Anzeigen von Kubernetes-Protokollen helfen. Beispielsweise können Elasticsearch und Kibana für die zentrale Diagnose und Analyse von Kubernetes-Protokollen verwendet werden.

2. Debug-Failover und Selbstheilungsfunktionen

Kubernetes bietet viele Failover- und Selbstheilungsfunktionen, darunter:

• Container automatisch neu starten: Wenn ein Container abstürzt, startet Kubernetes den Container automatisch neu, was dazu beiträgt, die Stabilität der Anwendung aufrechtzuerhalten.
• Automatische Pod-Skalierung: Kubernetes kann Pods basierend auf Metriken wie der CPU-Auslastung automatisch skalieren, um die Anforderungen von Anwendungen zu erfüllen.
• Automatisches Failover: Wenn ein Knoten oder Pod abstürzt, migriert Kubernetes den Knoten oder Pod automatisch auf andere Knoten und stellt den Dienst für die Anwendung so schnell wie möglich wieder her.

Wenn Kubernetes Fehler jedoch nicht automatisch beheben kann, müssen Probleme nachverfolgt und manuell debuggt werden. Hier sind einige allgemeine Debugging-Tipps:

• Pod-Status anzeigen: Sie können den kubectl-Befehl verwenden, um den Status von Pods anzuzeigen, zum Beispiel:

kubectl get pods

Dadurch werden alle Pods und ihr aktueller Status aufgelistet.

• Ereignisse anzeigen: Sie können den Befehl kubectl verwenden, um Ereignisse anzuzeigen, die im Cluster auftreten, zum Beispiel:

kubectl get events

Dadurch werden alle im Cluster veröffentlichten Ereignisse aufgelistet.

• Pod-Protokolle exportieren: Wenn sich ein Pod in einem anormalen Zustand befindet, können Sie den kubectl-Befehl verwenden, um Pod-Protokolle zu exportieren, zum Beispiel:

kubectl logs <pod-name> > pod.log

Dadurch werden die Pod-Protokolle zur einfacheren Analyse in die Datei pod.log exportiert.

• Debuggen des Containers: Sie können den Befehl kubectl exec verwenden, um Befehle innerhalb des Containers auszuführen, zum Beispiel:

kubectl exec <pod-name> <container-name> -- <command>

Dadurch wird der Befehl im Container ausgeführt.

In Kubernetes sind das Protokollieren und Debuggen von Failover- und Selbstheilungsfunktionen sehr wichtig. Durch die Überwachung von Protokollen und Ereignissen in Ihrem Cluster können Sie Probleme schnell identifizieren und Anwendungen debuggen. Die automatischen Failover- und Selbstheilungsfunktionen von Kubernetes können uns helfen, die Anwendungsstabilität aufrechtzuerhalten, aber wenn Kubernetes Probleme nicht automatisch lösen kann, ist eine manuelle Nachverfolgung und Fehlerbehebung von Problemen erforderlich.

6. Verbesserung der Failover- und Selbstheilungsfunktionen

1. Best Practices und Tools

In Kubernetes können zur Verbesserung der Failover- und Selbstheilungsfunktionen die folgenden Best Practices und Tools übernommen werden:

1.1 Gesundheitscheck verwenden:

Durch das Konfigurieren von Liveness Probe und Readiness Probe im Container kann der Integritätsstatus des Containers regelmäßig überprüft und der Container je nach Situation neu gestartet oder beendet werden. Dadurch wird verhindert, dass der Ausfall eines einzelnen Containers die gesamte Anwendung zum Erliegen bringt.

So verwenden Sie Zustandsprüfungen:

1. Erstellen Sie eine Kubernetes-Bereitstellung oder einen Pod.

2. Definieren Sie Zustandsprüfungen in Bereitstellungen oder Pods.

3. Führen Sie die Bereitstellung oder den Pod aus.

1.1.1 Beispielcode für eine Bereitstellung mit HTTP-Zustandsprüfungen:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: example-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: example
  template:
    metadata:
      labels:
        app: example
    spec:
      containers:
      - name: example-container
        image: example-image
        ports:
        - containerPort: 80
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /healthz
            port: 80
          periodSeconds: 5
          initialDelaySeconds: 15

In diesem Beispiel definieren wir eine Bereitstellung mit dem Namen example-deployment, die drei Replikate erstellt, die jeweils einen Container mit dem Namen example-container enthalten. Der Container verwendet image: example-image und lauscht auf Port 80. Zusätzlich definieren wir eine HTTP-Zustandsprüfung, die prüft, ob der /healthz-Endpunkt des Containers verfügbar ist. Die livenessProbe weist Kubernetes an, den Zustand des Containers alle 5 Sekunden zu überprüfen und erst 15 Sekunden nach dem Start des Containers zu starten.

4. Sie können das kubectl-Befehlszeilentool verwenden, um die obige Bereitstellung auszuführen:

kubectl apply -f example-deployment.yaml

An diesem Punkt erstellt Kubernetes die Bereitstellung, die drei Pods und einen Dienst umfasst. Kubernetes beginnt dann mit der Überprüfung des Zustands der Container und startet sie neu, wenn sie fehlerhaft werden.

1.2 Führen Sie mehrere Kopien aus:

Kubernetes kann die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Anwendungen verbessern, indem mehrere Replikate ausgeführt werden. Das bedeutet, dass Kubernetes beim Ausfall eines Pods Replikate automatisch hochskalieren und neue Pods starten kann, um sicherzustellen, dass die Anwendung im Cluster immer betriebsbereit ist.

1.1.2 Arbeitsschritte zum Ausführen mehrerer Replikate mit Kubernetes:

1. Erstellen Sie eine Bereitstellung oder ein StatefulSet.

2. Definieren Sie die Anzahl der Replikate in der YAML-Datei.

3. Führen Sie die Bereitstellung oder das StatefulSet aus.

Hier ist Beispielcode für eine Bereitstellung mit 3 Replikaten:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: example-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: example
  template:
    metadata:
      labels:
        app: example
    spec:
      containers:
      - name: example-container
        image: example-image
        ports:
        - containerPort: 80

In diesem Beispiel definieren wir ein Deployment mit dem Namen example-deployment und geben seine Replikatanzahl in der Spezifikation als 3 an. Dann definieren wir einen Container namens example-container, der image: example-image verwendet und auf Port 80 lauscht.

4. Sie können das kubectl-Befehlszeilentool verwenden, um die obige Bereitstellung auszuführen:

kubectl apply -f example-deployment.yaml

Kubernetes startet 3 Replikate, die jeweils einen Beispiel-Container-Container enthalten. Dann kann Kubernetes die Arbeitslast automatisch übertragen, sodass der Scheduling-Satz fehlerfrei läuft. Wenn einer der Pods nicht normal läuft, startet Kubernetes einen neuen Pod, um ihn zu ersetzen.

Auf diese Weise kann Kubernetes die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Anwendungen verbessern, indem einfach mehrere Replikate ausgeführt werden.

1.3 Automatische Erweiterung verwenden:

Die Autoscaling-Funktionen von Kubernetes können dabei helfen, hohen Datenverkehr, hohe Parallelität und andere Lasten zu bewältigen und sicherzustellen, dass Ihre Anwendungen immer mit Spitzenleistung arbeiten.

1.1.3 Arbeitsschritte zur Verwendung von Kubernetes zur automatischen Kapazitätserweiterung:

1. Erstellen Sie eine Bereitstellung oder ein StatefulSet.

2. Definieren Sie CPU- und/oder Speicherschwellenwerte in einer YAML-Datei.

3. Auto Scaling-Regeln konfigurieren.

4. Führen Sie die Bereitstellung oder das StatefulSet aus.

Das Folgende ist ein Beispielcode für eine Bereitstellung, die basierend auf der CPU-Auslastung automatisch hochskaliert wird:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: example-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: example
  template:
    metadata:
      labels:
        app: example
    spec:
      containers:
      - name: example-container
        image: example-image
        ports:
        - containerPort: 80
        resources:
          limits:
            cpu: "500m"
          requests:
            cpu: "200m"
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /healthz
            port: 80
          periodSeconds: 5
          initialDelaySeconds: 15
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /healthz
            port: 80
          periodSeconds: 5
          initialDelaySeconds: 15
      autoscaler:
        targetCPUUtilizationPercentage: 80
        minReplicas: 3
        maxReplicas: 10

In diesem Beispiel definieren wir ein Deployment mit dem Namen example-deployment und geben die Anzahl der Replikate in der Spezifikation mit 3 an. Dann definieren wir einen Container, der image: example-image verwendet und auf Port 80 lauscht. Zusätzlich zu den Containern definieren wir auch ein HorizontalPodAutoscaler-Objekt, das automatische Skalierungsregeln konfiguriert, um die Anzahl der Replikate basierend auf der CPU-Auslastung anzupassen.

Das Feld targetCPUUtilizationPercentage des Autoscalings legt den Zielwert für die CPU-Auslastung auf 80 % fest, minReplicas legt die Mindestanzahl von Pod-Instanzen auf 3 fest und maxReplicas legt die maximale Anzahl von Pod-Instanzen auf 10 fest. Das bedeutet, dass Kubernetes bei einer CPU-Auslastung von mehr als 80 % die Bereitstellung automatisch auf 3 Pod-Instanzen skaliert, um maximal 10 Replikate zu erreichen.

5. Sie können das kubectl-Befehlszeilentool verwenden, um die obige Bereitstellung auszuführen:

kubectl apply -f example-deployment.yaml

Kubernetes erstellt 3 Replikate und skaliert die Bereitstellung automatisch, wenn die Last zunimmt, um sicherzustellen, dass Ihre Anwendung immer optimal funktioniert.

1.4 Graustufen-Version:

Der Graustufen-Rollout ist eine Methode zur schrittweisen Einführung neuer Versionen einer Anwendung in die Produktion. Es kann dazu beitragen, das Ausfallrisiko zu verringern und die Anwendungsverfügbarkeit zu erhöhen. Kubernetes stellt einige Ressourcenobjekte wie Deployment und Service bereit, die zum Implementieren von Grayscale-Releases verwendet werden können.

1.1.4 Arbeitsschritte zur Verwendung der Kubernetes-Graustufenversion:

1. Erstellen Sie zwei Bereitstellungen, eine für die alte Anwendung und eine für die neue Anwendung.

2. Definieren Sie einen Dienst auf dem Load Balancer und verweisen Sie ihn auf den Pod der alten Bereitstellung.

3. Testen Sie die Funktionalität und Leistung der neuen Anwendung nacheinander, indem Sie den Dienst schrittweise so ändern, dass er auf die Pods der neuen Bereitstellung verweist.

Das Folgende ist ein Beispielcode, der mit Graustufen veröffentlicht wurde:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: old-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: old-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: old-app
    spec:
      containers:
      - name: old-app-container
        image: old-app-image
        ports:
        - containerPort: 80

---

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: new-app
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: new-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: new-app
    spec:
      containers:
      - name: new-app-container
        image: new-app-image
        ports:
        - containerPort: 80

---

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: app-service
spec:
  type: LoadBalancer
  selector:
    app: old-app
  ports:
  - name: http
    port: 80
    targetPort: 80

In diesem Beispiel definieren wir zwei Bereitstellungen, eine für die alte Anwendung mit dem Namen old-app und eine für die neue Anwendung mit dem Namen new-app. Wir definieren auch einen Dienst namens app-service, legen ihn als Load-Balancer-Typ fest und verweisen ihn auf den Pod der alten App. Dadurch wird der gesamte Datenverkehr an die Pods in der alten Anwendung geleitet.

Als Nächstes können wir die Definition des Dienstes schrittweise so ändern, dass sie auf den Pod der neuen Anwendung verweist. Sie können dies mit dem Befehlszeilentool kubectl tun:

In diesem Beispiel definieren wir zwei Bereitstellungen, eine für die alte Anwendung mit dem Namen old-app und eine für die neue Anwendung mit dem Namen new-app. Wir definieren auch einen Dienst namens app-service, legen ihn als Load-Balancer-Typ fest und verweisen ihn auf den Pod der alten App. Dadurch wird der gesamte Datenverkehr an die Pods in der alten Anwendung geleitet.

Als Nächstes können wir die Definition des Dienstes schrittweise so ändern, dass sie auf den Pod der neuen Anwendung verweist. Sie können dies mit dem Befehlszeilentool kubectl tun:

kubectl apply -f new-service.yaml

Dadurch wird der Dienst aus der neuen Definition verwendet, um den Datenverkehr an die Pods der neuen Anwendung weiterzuleiten. Im Laufe der Zeit können Sie die Anzahl der Replikate der neuen Anwendung schrittweise erhöhen und den Datenverkehr auf die neue Anwendung verlagern, um deren Leistung und Funktionalität umfassender zu testen.

1.5 Sicherung und Wiederherstellung der Konfiguration:

Kubernetes unterstützt die einfache Sicherung und Wiederherstellung von Anwendungskonfigurationen durch die Zuordnung von ConfigMaps und Secrets zu Pods. Dadurch können Fehler beim Wiederherstellen vermieden werden.

1.1.5 Arbeitsschritte zur Verwendung der Kubernetes-Konfigurationssicherung und -wiederherstellung:

Die Sicherung und Wiederherstellung der Kubernetes-Konfiguration kann Ihnen dabei helfen, Ihre Anwendungs- und Konfigurationsdaten in unerwarteten Situationen besser zu schützen. Hier sind die Schritte zum Konfigurieren von Sicherung und Wiederherstellung mit Kubernetes:

1. Konfigurationsdateien erstellen.

2. Konfigurationsdateien sichern.

3. Konfigurationsdateien wiederherstellen.

Hier ist ein Beispiel für eine grundlegende Konfigurationsdatei:

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: app-config
data:
  app.properties: |
    database.url=jdbc:mysql://localhost/mydb
    database.username=admin
    database.password=secret

In diesem Beispiel definieren wir ein ConfigMap-Objekt namens app-config. Es enthält ein Schlüssel-Wert-Paar namens app.properties, das Konfigurationsdetails für die Anwendung, die Datenbank-URL, den Benutzernamen und das Kennwort usw. enthält.

Um Konfigurationsdateien zu sichern, können Sie das kubectl-Befehlszeilentool verwenden, um das ConfigMap-Objekt in einer YAML-Datei zu sichern:

kubectl get configmaps app-config -o yaml > app-config.yaml

Dadurch wird das ConfigMap-Objekt namens app-config in die Datei app-config.yaml exportiert, damit es später wiederhergestellt werden kann. Sie können bei Bedarf weitere Ressourcen wie Deployment und StatefulSet sichern.

Um die Konfigurationsdatei wiederherzustellen, können Sie die Sicherungsdatei mit dem Befehlszeilentool kubectl wieder in Kubernetes importieren:

kubectl apply -f app-config.yaml

Dadurch wird ein neues ConfigMap-Objekt erstellt und die in der Datei app-config.yaml definierten Schlüssel-Wert-Paare zurück in das Objekt importiert.

1.6 Speicherklasse verwenden:

Kubernetes bietet verschiedene Arten von Speicherklassen, z. B. Persistent Volume und StorageClass, die verwendet werden können, um persistente Speicherung und Datenfreigabe zwischen Containern zu implementieren. Sie helfen, Daten vor Anwendungsmigrationen und Knotenausfällen zu schützen.

1.1.6 Arbeitsschritte zur Verwendung von Kubernetes zur Verwendung von Speicherklassen:

Das Folgende ist der grundlegende Vorgang der Verwendung von Speicherklassen:

1. Erstellen Sie eine Speicherklasse.

kind: StorageClass
apiVersion: storage.k8s.io/v1
metadata:
  name: my-storage-class
provisioner: my-provisioner

Dabei ist my-storage-class der Name der Speicherklasse und my-provisioner der Name eines dynamischen Volume-Subsystems.

2. Verwenden Sie Speicherklassen in Pods.

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx
    volumeMounts:
    - mountPath: "/usr/share/nginx/html"
      name: my-volume
  volumes:
  - name: my-volume
    persistentVolumeClaim:
      claimName: my-claim

Dabei ist my-claim der Name eines persistenten Volume-Claims, der die Speicherklasse verwendet.

3. Erstellt ein Beanspruchungsobjekt für persistente Volumes, das die Speicherklasse verwendet, um persistenten Speicher bereitzustellen.

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: my-claim
spec:
  storageClassName: my-storage-class
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 1Gi

Dabei ist my-claim der Name des persistenten Volume-Claims und my-storage-class der Name der verwendeten Speicherklasse.

2. Das Ausführen von Anwendungen über Kubernetes führt zu zuverlässigeren Systemen

Kubernetes ist eine automatisierte Containerisierungstechnologie, die Anwendungen in verteilten Systemen verwaltet und ausführt. Die Hauptvorteile dieser Technik sind:

• Funktionen wie automatische Konfiguration von Knoten, Diensterkennung und Fehlerbehebung.
• Unterstützen Sie die horizontale Ausdehnung und verbessern Sie dadurch die Fehlertoleranz und Belastbarkeit des Systems.
• Die Code-Bereitstellung kann mithilfe fortlaufender Updates erfolgen, wodurch Anwendungsausfälle und Ausfallzeiten vermieden werden.
• Bietet automatisierte Load Balancer und Diensterkennung zur Optimierung des Netzwerkverkehrs und des Routings.
• Integrieren Sie mehrere Überwachungstools, um Fehler und Ausfälle in Anwendungen in Echtzeit zu erkennen und zu beheben.

7. Fazit

1. Fassen Sie die wichtigsten Punkte zusammen

Insgesamt beschreibt dieser Artikel die vielen Möglichkeiten, wie Kubernetes Failover- und Selbstheilungsfunktionen verbessern kann, einschließlich der Verwendung von Zustandsprüfungen, der Ausführung mehrerer Replikate, der automatischen Skalierung und des Graustufen-Rollouts sowie der Konfiguration von Sicherung und Wiederherstellung. Diese Methoden sollen sicherstellen, dass die Anwendung immer verfügbar ist und automatisch nach Fehlern wiederhergestellt werden kann, wenn sie auftreten.

Mit der Entwicklung von Cloud Computing und der zunehmenden Komplexität von Anwendungen wird es immer wichtiger, die Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit von Anwendungen zu verbessern. Durch die Verwendung dieser von Kubernetes bereitgestellten Methoden können Unternehmen ihre Anwendungen und Daten besser verwalten und schützen, um die Bedürfnisse und Anforderungen der Benutzer besser zu erfüllen.

2. An die Zukunft denken

In Zukunft, wenn die Technologie weiter voranschreitet und sich Anwendungen weiterentwickeln, wird Kubernetes möglicherweise immer intelligenter und verfolgt einen adaptiveren und selbstheilenden Ansatz, um die Failover- und Selbstheilungsfunktionen zu verbessern. Für Unternehmen und Einzelpersonen wird es immer wichtiger, diese von Kubernetes bereitgestellten Methoden zu verstehen und zu beherrschen, um mit dem sich ändernden Anwendungs- und Technologieumfeld fertig zu werden