Giới thiệu

Ở bài viết trước mình đã giới thiệu cho các có được cái nhìn tổng quan về Kubernetes. Giúp các bạn nắm được một số khái niệm quan trọng trong k8s như pod, service, ingress, label, annotations, replicaset, configmap, secrets và sơ qua kiến trúc của Kubernetes bạn nào quan tâm về nó có xem lại bài viết ở đây. Trong bài viết này mình và các bạn tiếp tục tìm hiểu về những thành phần( hay khái niệm) quan trọng khác của Kubernetes.

Lưu ý: đối với những phần cấu hình YAML file cho từng compoent mình ví dụ trong bài viết thì các bạn chưa cần hiểu rõ về nó vội chỉ cần đọc và nắm được đại khái nó sẽ như thế nào. Bạn nào muốn tìm hiểu về nó luôn thì hoàn toàn có thể xem docs của Kubernetes. Phần chi tiết những cấu hình này mình sẽ đề cấp ở một bài khác trong series học Kubernetes của mình.

Một số khái niệm quan trọng trong Kubernetes (tiếp theo)

Volumes

Chúng ta cùng đến một khái niệm quan trọng khác đó là volumes. Volumes là nơi lưu trữ dữ liệu của của K8s. Giả sử container db hoặc logging sinh ra dữ liệu trong quá trình chạy và pod đó bị khởi động lại (restart) thì toàn bộ dữ liệu sinh ra trong quá trình chạy pod sẽ bị mất. Vì vậy để dữ liệu của database hoặc log data không bị mất để ta sẽ cần sử dụng đến volumes để gán cho pod. Volumes còn giải quyết được vấn đề chia sẻ dữ liệu giữa những container chạy trong cùng một pod. Nó có thể là bộ nhớ vật lý của server nơi mà pod đang chạy hoặc những remote storage nằm ngoài Kubernetes cluster (server hiện tại). Có một lưu ý ở đây là những bộ nhớ lưu trữ này được coi như một bộ nhớ bên ngoài được gắn vào Kubernetes cluster vì vậy K8s không quản lý tính bền vững của dữ liệu mà admin phải tự tiến hành có những cơ chế backup cho chúng như tạo một bản sao của dữ liệu ra một bộ nhớ vật lý khác, ... Kubernetes hỗ trợ rất nhiều kiểu volumes có thể kể đến một số như awsElasticBlockStore, azureDisk, cephfs, ...

Để sử dụng thành thạo Kubernetes Storage ngoài khái niệm volumes ta cũng cần biết một số component quan trọng khác đó là Persistent Volume(PV), Persistent Volume Claim(PVC) và Storage Class.

Persistent Volume (PV)

Persistent Volume (PV) là một phần không gian lưu trữ dữ liệu trong cluster và nó được cung cấp bởi admin hoặc cung cấp động bằng cách sử dụng Storage Class mà ta sẽ nói ở phần dưới. Những volumes này tồn tại độc lập với lifecycle của pod (pod bị xóa hoặc restart thì persistent volume vẫn tồn tại). Kubernetes hỗ trợ rất nhiều loại persistent volume khác nhau như NFS, iSCSI, ... Ta có thể hiểu đơn giản persistent volume là storage được lấy từ ổ cứng của cluster node, NFS server ngoài cluster hoặc cloud storage như AWS, Google Cloud Storage, ... Storage có kiểu như nào, được lấy như nào, ở đâu hoàn toàn do người quản trị quyết định.

Persistent Volume cũng như những component khác được tạo bằng cách sử dụng YAML file như hình bên dưới:

• kind: chúng ta để là PersistentVolume
• spec: để chúng ta định nghĩa ra một số tham số khác ví dụ như dung lượng của volume này là bao nhiêu?, chế độ quyền truy cập, storage backend ... đầy đủ các bạn có thể tham khảo ở đây

Tùy theo loại storage mà ta sẽ có những tham số khác nhau.

Trước khi bắt đầu tìm hiểu về Persistent Volume Claim (PVC) ở phần tiếp theo ta sẽ so sánh một chút về K8s Administrator và K8s User:

• K8s Administrator : là người tạo và quản trị cluster đồng thời đảm bảo cluster có đủ resource để sử dụng.
• K8s User (Developer): là những người deploy(triển khai) ứng dụng này lên cluster.

=> Vì resource của cluster là do K8s Administrator thiết lập nên người admin cần chắc chắn rằng storage được sử dụng cho cluster còn hoạt động (nfs sever storage, cloud storage server) và tạo persistent volume từ storage này. Tùy theo yêu cầu từ developer cần storage nào thì người admin sẽ tạo loại storage đó. Developer cũng cần cấu hình và tạo YAML file để sử dụng những Persistent Volume đã được tạo do đó ta sẽ sử dụng đến một component khác của Kubernetes đó là Persistent Volume Claim (PVC).

Persistent Volume Claim (PVC)

Persistent Volume Claim (PVC) là yêu cầu sử dụng không gian lưu trữ của persistent volume đã được tạo. Developer sẽ tạo một YAML file cho PVC chỉ định dung lượng, loại lớp lưu trữ (storage class), các mức tài nguyên, quyền truy cập, ... Dưới dây là một ví dụ về YAML file.

Để có thể sử dụng PVC được tạo thì developer cũng phải cấu hính nó vào trong pod như ví dụ dưới đây:

Như các bạn có thể thấy ở file cấu hình pod mình có sử dụng thuộc tiunhs volumes với tên là pvc-volume-name mà mình đã định nghĩa ở trên. Lưu ý là PVC cần ở cùng trong namespace với pod. Tổng thể quá trình bạn có thể hiểu là pod sẽ yêu cầu volume thông qua PV claim -> PVC sẽ tìm volume trong cluster để cho pod -> Pod sẽ mount volume đó cho container. Để ý trong file config bạn sẽ thấy khi pod yêu cầu được volume thì nó sẽ được mount vào container nginx ở đường dẫn var/www/html.

Storage Class

Giả sử trong cluster của của mình có rất nhiều application được deploy hàng ngày và cần storage cho nó thì developer sẽ cần hỏi admin để tạo persistent volume cho ứng dụng trước khi deploy. Admin cần phải xử lý rất nhiều yêu cầu từ developer để tạo PV cho ứng dụng. Điều này sẽ gây khó khăn, mất nhiều thời gian cho admin. Để làm cho việc này trở nên đơn giản và tiện lợi ta sẽ dùng đến một component khác của Kubernetes đó là Storage Class.

Storage Class là một cách để admin mô tả "class"(lớp) của hệ thống storage được cung cấp. Mỗi class khác nhau sẽ được ánh xạ với những chính sách tùy ý được xác định bởi cluster admin. Hay bạn có thể hiểu đơn giản là Storage Class giúp cũng cấp những PV một cách tự động khi nhận yêu cầu từ PVC. Dưới đây là một ví dụ về cấu hình của Storage Class.

• kind: chúng ta để là StorageClass
• provisioner: đây là thuộc tính quan trọng của storage class vì nó cho K8s biết là provisioner (storage platform, cloud provider) nào được sử dụng để tạo persistent volume. Mỗi một server storage sẽ có provisioner của nó. Ở đây mình sử dụng internal provisioner của K8s với prefix là kubernetes.io. Bạn có thể sử dụng một số external provisioner khác.
• parameters: những tham số của storage đó.

Bởi vì PV được yêu cầu bởi PVC nên trong cấu hình của PVC mình sẽ thêm thuộc tính cho storage class như bên dưới.

Sau khi đã có Storage Class thì ta sẽ có quá trình như sau: Pod lấy storage từ PVC -> PVC yêu cầu storage từ Storage Class -> Storage Class tạo ra PV cho yêu cầu của Claim đó.

Deployment and Stateful Set

Khi mọi thứ được chạy ổn định trong K8s. Chuyện gì sẽ xảy ra khi ứng dụng của ta bị crash và ta cần tạo mới một container image. Lúc này sẽ sinh ra down time cho ứng dụng. Để không sinh ra down time cho ứng dụng ta cần replicate node mà ứng dụng ta chạy. Những replicate cùng cấu hình với chung service (IP không đổi, có load balancer). Ta sẽ đĩnh nghĩa một bản vẽ (blueprint) cho pod và định nghĩa số lượng replicate chạy tùy theo ý muốn. Những bản vẽ này được gọi là deployment trong K8s. Khi làm việc với K8s hều hết ta sẽ không tạo pod mà ta sẽ tiến hành tạo deployment vì chúng ta có thể định nghĩa số lượng replicate tùy theo ý muốn. Deployment giúp ta dễ dàng quản lý và cấu hình pod. Khi đã replicate node một trong những replicate bị crash thì sever sẽ điều hướng requets đến những replicate khác.

Ứng dụng của mình được replicate thì database cũng nên được replicate vì khi một trong những replicate database bị crash ta có thể dùng những replicate khác. Nhưng chúng ta không thể replicate database với Deployment vì database có state (dữ liệu được thay đổi, cập nhật liên tục). Giả sử ta có 2 replicate đang cần cùng truy cập vào cùng data storage thì ta sẽ cần có một cơ chế để quản lý xem replicate nào đang tiến hành sửa hoặc đọc dữ liệu của storage đó để tránh dữ liệu không được nhất quán giữa các replicate. Cơ chế này có trong một component khác của K8s đó là StatefulSet.

StatefulSet để quản lý các ứng dụng stateful như mysql, mongoDB, elastic search, ... Những ứng dụng này nên được tạo bằng StatefulSet chứ không phải Deployment. Cũng giống như Deployment, StatefulSet cũng replicating pod, scale up nhưng nó đảm bảo rằng database được đọc và viết một cách đồng bộ (synchronize). Tuy nhiên việc deploy StatefulSet trong K8s không hề dễ dàng nên database thường được host ngoài K8s cluster.

Với setup 2 replicate của ứng dụng và database thì khi một node bị crash hay restart thì người dùng vẫn có thể truy cập vào ứng dụng của ta bình thường vì service load balancer sẽ điều hướng ta tới node còn lại nên ta có thể tránh down time.

Lời kết

Trong bài viết này mình và các bạn đã tìm hiểu thêm về một số khái niệm (component) quan trọng khác trong K8s. Bạn nào cảm thấy chưa hiểu một số khái niệm mình nêu trong bài viết bạn có thể xem lại bài viết trước ở đây vì trong bài mình có sử dụng khá nhiều khái niệm ở bài trước hoặc bạn có thể bình luận phía bên dưới để chúng ta cùng thảo luận. Nếu trong bài viết có phần nào chưa được đúng và đầy đủ mong được các bạn góp ý để bài viết được đầy đủ hơn. Cảm ơn các bạn đã theo dõi đến hết bài viết ❤️.

Tham khảo

K8s docs

How storage work