Kubernetes Load Balancer

Однако управление этими виртуальными машинами по-прежнему требовало ручного вмешательства и не имело гибкости, необходимой для современных облачных приложений.

Именно здесь в игру вступает Kubernetes. Одной из его ключевых особенностей являются возможности балансировки нагрузки, которые играют ключевую роль в обеспечении оптимального распределения ресурсов и высокой доступности приложений в современной облачной среде.

Хорошо! В этой статье блога мы рассмотрим Load Balancer (балансировщики нагрузки) Kubernetes и связанные с ними темы.

Что такое балансировщик нагрузки?

Балансировщик нагрузки Kubernetes — это инструмент или механизм, который помогает равномерно распределять сетевой трафик между приложениями, работающими в кластерах Kubernetes. Это гарантирует, что эти приложения останутся отзывчивыми и доступными, даже если запущено несколько их экземпляров.

Он распределяет входящий трафик по нескольким контейнерам, гарантируя, что приложения останутся доступными даже в случае сбоя некоторых контейнеров или необходимости увеличения или уменьшения масштаба.

Такая балансировка нагрузки помогает оптимизировать использование ресурсов и повышает общую производительность и надежность приложений в среде Kubernetes.

Как работает балансировщик нагрузки?

Представьте, что у вас есть большой веб-сайт, который каждую минуту посещает множество людей. Если все запросы поступают только на один компьютер, он может перегрузиться и выйти из строя. Вот тут-то и приходит на помощь «Балансировщик нагрузки». Это похоже на динамический менеджер трафика для вашего веб-сайта или приложения.

В Kubernetes можно добиться балансировки нагрузки с помощью «Службы балансировки нагрузки». Во-первых, вам нужно определить правило, которое предписывает Kubernetes настроить балансировщик нагрузки для вашего приложения. Например, предположим, что у вас есть сайт электронной коммерции,

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: e-commerce-service
spec:
  selector:
    app: e-commerce-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 8080
  type: LoadBalancer

После применения этой конфигурации к вашему кластеру Kubernetes Kubernetes автоматически взаимодействует с вашим облачным провайдером для создания внешнего балансировщика нагрузки. Этот балансировщик нагрузки прослушивает входящий веб-трафик через порт 80 и направляет его модулям, на которых работает ваше приложение электронной коммерции через порт 8080.

По мере того, как ваш веб-сайт становится более популярным или вы добавляете больше модулей для обработки нагрузки, балансировщик нагрузки адаптируется, распределяя трафик между доступными модулями, обеспечивая высокую доступность и удобство работы с пользователем.

Таким образом, балансировщик нагрузки обеспечивает высокую доступность и эффективное распределение нагрузки, что делает его ценным инструментом для таких приложений, как веб-сайты электронной коммерции, которые испытывают колебания и высокий спрос со стороны внешних пользователей.

Компоненты сервисов Kubernetes

В Kubernetes сервис — это фундаментальный ресурс, который помогает облегчить сетевое взаимодействие и балансировку нагрузки между контейнерами в кластере. Вот обзор сервисов Kubernetes:

1. ClusterIP

ClusterIP — это тип службы Kubernetes, который предоставляет стабильный внутренний IP-адрес в кластере для набора модулей. Он используется для связи между модулями, позволяя модулям в одном кластере получать доступ к сервису, не подвергая его воздействию внешнего трафика.

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: my-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 8080
  type: ClusterIP

Этот код Kubernetes определяет службу ClusterIP с именем my-service, которая выбирает модули app: my-app, помеченные значком , предоставляет порт 80 и пересылает трафик этим модулям через порт 8080.

Недостатки:

• Ограниченный внешний доступ
• Ручная балансировка нагрузки
• Сложные требования к маршрутизации
• Нет привязки к сеансу

2. NodePort

NodePort — это тип службы Kubernetes, который предоставляет службы внешним клиентам путем привязки к службе определенного порта на IP-адресе каждого узла. Он используется, когда к сервисам внутри кластера Kubernetes необходимо иметь прямой доступ извне кластера.

Недостатки:

• Ограниченная балансировка нагрузки
• Ручная настройка

3. Балансировщик нагрузки

Балансировщик нагрузки в Kubernetes — это тип службы, который обеспечивает внешний доступ к службам путем автоматической настройки облачного или аппаратного балансировщика нагрузки.

Балансировщики нагрузки более эффективны и выгодны для служб, доступных извне, по сравнению со службами NodePort или ClusterIP, поскольку они управляют распределением трафика, обеспечивают автоматическое переключение при сбое и интегрируются с функциями облачных провайдеров для обеспечения высокой доступности.

• Минимизирует время простоя приложений и повышает надежность
• Автоматическое распределение входящего трафика
• Позволяет сопоставлять внешние и внутренние порты
• Упрощенное управление сертификатами SSL

4. Ingress

Ingress в Kubernetes — это объект API, который служит балансировщиком нагрузки уровня 7, позволяя управлять внешним доступом к службам внутри кластера путем определения правил маршрутизации для трафика HTTP и HTTPS. Контроллеры входящего трафика реализуют эти правила, позволяя маршрутизировать трафик на основе хоста, пути и других критериев, а также обрабатывать завершение SSL для безопасных соединений.

Ingress играет решающую роль в направлении сетевого трафика к сервисам на основе заранее определенных правил или алгоритмов маршрутизации. Кроме того, он облегчает внешний доступ к модулям, обычно через HTTP, и предлагает гибкость в выборе различных стратегий распределения нагрузки в соответствии с вашими конкретными бизнес-целями и требованиями окружающей среды.

Балансировщики нагрузки и Ingress

Балансировщики нагрузки и Ingress — это два способа сделать ваши сервисы доступными из Интернета в среде Kubernetes. Балансировщики нагрузки хорошо работают, когда у вас есть всего несколько сервисов, которыми можно поделиться, но у них есть ограничения, когда у вас много сервисов. Они не могут выполнять такие действия, как маршрутизация трафика на основе определенных частей веб-адреса (например, пути или домена), и зависят от технологии поставщика облачных услуг.

Напротив, Ingress обеспечивает больше контроля. Он позволяет вам устанавливать правила направления входящего интернет-трафика, например отправку запросов к нужной службе на основе используемого вами веб-адреса.

Это означает, что вы можете использовать один балансировщик нагрузки для управления трафиком для нескольких служб, что упрощает задачу. Кроме того, Ingress поддерживает дополнительные функции, такие как управление безопасностью SSL, перезапись веб-адресов и контроль скорости разрешенных запросов. Это более гибкий и мощный способ управления интернет-трафиком для многих сервисов Kubernetes.

Алгоритм балансировки нагрузки

Алгоритм балансировки нагрузки — это набор правил или процедур, используемых в компьютерных сетях для распределения входящего сетевого трафика или рабочей нагрузки между несколькими серверами или ресурсами. Эти алгоритмы помогают распределить «нагрузку» или спрос таким образом, чтобы избежать узких мест и обеспечить более плавную и быструю работу пользователей или клиентов.

1. Round-Robin

Round-Robin — самый простой из этих алгоритмов. Такой подход обеспечивает равномерное распределение запросов по всем доступным серверам, что делает его отличным выбором, когда все серверы имеют одинаковые возможности и вы хотите равномерно сбалансировать нагрузку.

2. Ring Hash

Балансировка нагрузки Ring Hash — это метод, который назначает подключения к серверам на основе отдельного ключа. Этот подход очень эффективен в ситуациях, связанных с многочисленными серверами и динамическим контентом, где поддержание сбалансированной нагрузки имеет решающее значение.

Существенным преимуществом этого метода является то, что он не требует полного перерасчета распределения при добавлении или удалении серверов, что сводит к минимуму нарушение существующих соединений.

Тем не менее, важно помнить, что метод кольцевого хеширования может привести к некоторой задержке при обработке запроса и генерировать относительно большие таблицы поиска, что потенциально влияет на производительность из-за неэффективного размещения в кэше ЦП.

3. Наименьшее соединение

Балансировка нагрузки наименьшего количества подключений — это метод, который направляет входящий трафик на серверы с наименьшим количеством активных подключений. Этот метод адаптируется к состоянию каждого сервера, обеспечивая эффективное распределение нагрузки, отдавая предпочтение серверам с меньшим количеством подключений.

Он превосходно справляется с балансировкой рабочих нагрузок, особенно когда производительность или работоспособность серверов варьируются. Однако когда все серверы находятся в одинаковом состоянии и имеют одинаковое количество подключений, распределение нагрузки между ними остается равномерным.

Оптимальные подходы к управлению балансировщиком нагрузки Kubernetes

Когда дело доходит до внедрения балансировщиков нагрузки в среде Kubernetes, оптимизация их конфигурации имеет важное значение для обеспечения эффективного распределения нагрузки и бесперебойной работы. Вот несколько оптимальных подходов для лучшего управления.

1. Выберите правильный тип балансировщика нагрузки.

Наиболее важным аспектом выбора правильного балансировщика нагрузки является его согласование с конкретными требованиями вашего приложения, включая типы трафика и протоколы. Установите приоритеты масштабируемости и производительности балансировщика нагрузки, чтобы эффективно обрабатывать ожидаемые объемы трафика. Кроме того, рассмотрите уровень контроля и настройки, необходимый для удовлетворения уникальных требований вашего приложения.

2. Ключевые соображения по включению балансировщика нагрузки

Включение балансировщика нагрузки, указание его типа и использование специфичных для облака функций с помощью аннотаций являются неотъемлемой частью оптимального управления балансировщиком нагрузки в Kubernetes, напрямую влияя на то, как внешний трафик направляется к вашим сервисам и приложениям.

3. Включение зондов для балансировки нагрузки Kubernetes

Настройка проверок готовности и работоспособности в ваших развертываниях Kubernetes имеет важное значение. Проверка готовности определяет, готово ли приложение обслуживать трафик, что способствует эффективному размещению балансировщика нагрузки. Зонды работоспособности оценивают состояние модуля и при необходимости запускают перезапуск, обеспечивая непрерывную работу и высокую доступность даже при наличии проблем с приложениями.

4. Регулярное обновление и тестирование конфигурации.

Регулярное обновление и тестирование конфигурации балансировщика нагрузки в среде Kubernetes имеет важное значение для поддержания оптимальной производительности, безопасности и надежности. Регулярные обновления и тестирование помогают предотвратить влияние проблем и уязвимостей на вашу производственную среду.

5. Документация и оповещения

Надлежащая документация необходима для описания конфигураций балансировщика нагрузки и подробностей обслуживания, помогая понять и устранить неполадки. Внедрение систем оповещения жизненно важно для превентивного обнаружения и устранения проблем, обеспечивая стабильность и надежность балансировки нагрузки в Kubernetes.

Заключение

Kubernetes, известная платформа оркестрации контейнеров, предлагает полный набор концепций сервисов и функций, которые упрощают балансировку нагрузки. Службы Kubernetes в сочетании с балансировщиками нагрузки и входами обеспечивают надежную основу для оркестрации сетевого трафика в контейнерных приложениях.

Алгоритмы балансировки нагрузки дополнительно настраивают этот процесс. Выбор правильного метода балансировки нагрузки и учет динамики контейнеров являются ключом к эффективной инфраструктуре приложений в развивающейся среде облачных вычислений.