أساسيات Kubernetes وإدارة الحاويات

تعلم أساسيات Kubernetes: مفهومه، مكوناته، وكيفية استخدامه

مقدمة

في عالم تكنولوجيا المعلومات الحديثة، أصبح الحوسبة السحابية وإدارة الحاويات من الجوانب الأساسية لتطوير التطبيقات وتشغيلها. تُعدّ Kubernetes، التي تُنطق “كوبرنيتيس”، واحدة من الأدوات الرئيسية في هذا المجال. تطورت Kubernetes لتصبح معيارًا في مجال إدارة التطبيقات الموزعة والمستندة إلى الحاويات، نظرًا لمرونتها وقابليتها للتوسع وإدارتها السهلة.

سيسلط هذا المقال الضوء على أساسيات Kubernetes، مكوناته الرئيسية، طرق نشره واستخدامه، بالإضافة إلى بعض التطبيقات الشائعة له في العالم الحقيقي.

ما هو Kubernetes؟

Kubernetes هو نظام مفتوح المصدر لإدارة الحاويات، طورته Google في عام 2014 ليكون بديلاً لحلول إدارة الحاويات التي تفتقر إلى الموثوقية في البيئات الكبيرة والمعقدة. يساعد Kubernetes في تنظيم الحاويات، مثل Docker، بحيث يمكن نشرها وإدارتها على نطاق واسع من خلال مجموعة من الخوادم (أو العقد). يوفر Kubernetes منصة موحدة لإدارة التطبيقات الموزعة التي تعمل على حاويات، مما يجعل من السهل تحسين الأداء، ضمان التوافر، ومراقبة حالة التطبيقات.

تعتبر Kubernetes منصة قوية لزيادة كفاءة استخدام الموارد في بيئات متعددة، بحيث يمكن تشغيل التطبيقات بشكل متوازي على عدة حاويات وفصلها بشكل فعال لضمان العزل والأمان. يوفر أيضًا وظائف متقدمة مثل التوسع التلقائي، التحميل المتوازن، وتحديثات النسخ المتماثلة، مما يجعله أداة مفضلة في العديد من المؤسسات الكبرى.

مكونات Kubernetes الأساسية

يتكون Kubernetes من مجموعة من المكونات الأساسية التي تعمل معًا لتحقيق أهداف إدارة الحاويات. تشمل هذه المكونات:

1. الـ Master Node (العقدة الرئيسية)
   
   هو المركز الذي يتحكم في حالة النظام بأكمله ويشمل عدة مكونات تعمل معًا لضمان إدارة الأنظمة بشكل صحيح. هذه المكونات تشمل:

   • API Server: يوفر واجهة برمجة التطبيقات للتفاعل مع باقي النظام.

   • Controller Manager: يتابع حالة النظام ويقوم بإجراء التعديلات اللازمة مثل التوسع أو الإيقاف.

   • Scheduler: يقرر أي عقدة ستستضيف الحاويات بناءً على متطلبات الموارد.

   • etcd: هو قاعدة البيانات الموزعة التي تخزن جميع المعلومات حول النظام مثل الحاويات، التطبيقات، التكوينات، وحالات العقد.

2. Node (العقدة)
   
   هي جهاز حاسوب حقيقي أو افتراضي يحتوي على الحاويات التي تديرها Kubernetes. كل عقدة تحتوي على مكونات ضرورية لتشغيل الحاويات، مثل:

   • Kubelet: هو العميل الذي يقوم بتشغيل الحاويات داخل العقدة ويقوم بإرسال البيانات إلى الـ Master Node.

   • Kube Proxy: يدير حركة المرور بين الحاويات داخل العقدة.

   • Container Runtime: هو البرنامج الذي يشتغل على العقد لتشغيل الحاويات، مثل Docker أو containerd.

3. Pod
   
   هو الوحدة الأساسية في Kubernetes التي تمثل مجموعة من الحاويات التي تشترك في نفس البيئة وتشترك في نفس الشبكة والتخزين. يمكن أن يحتوي الـ Pod على حاوية واحدة أو أكثر، وغالبًا ما تُستخدم الحاويات داخل الـ Pod للعمل معًا في مهام موجهة.

4. Service
   
   هو كائن يُستخدم لإنشاء نقطة وصول ثابتة للحاويات داخل الـ Pod. يمكن لـ Service التعامل مع الحركة الواردة إلى الحاويات، مما يساعد في إخفاء تفاصيل الشبكة داخل النظام ويضمن أن التطبيقات يمكن أن تتواصل مع بعضها البعض بسهولة.

5. Deployment
   
   هو كائن يستخدم لإدارة النسخ المتماثلة من الـ Pods. يساعد الـ Deployment في الحفاظ على عدد ثابت من النسخ في حالة حدوث أعطال، ويوفر آلية للتحديث السلس للتطبيقات.

6. ReplicaSet
   
   هو كائن يعمل بالتوازي مع الـ Deployment ويُستخدم لضمان أن عددًا معينًا من النسخ من الـ Pods يتم تشغيله في جميع الأوقات.

7. Namespace
   
   هو تقسيم منطقي داخل Kubernetes يُستخدم لفصل وتوجيه الموارد المختلفة ضمن بيئات متعددة داخل نفس الكتلة. هذا يسمح بالتحكم في وصول المستخدمين والموارد، مما يسهل تنظيم العمل ضمن فرق متعددة.

كيفية نشر واستخدام Kubernetes

يتيح Kubernetes للمطورين إمكانية نشر التطبيقات المعتمدة على الحاويات بسهولة، ولكن لكي تتمكن من استخدامه بفعالية، يجب أن تفهم كيفية نشر وتخصيص التطبيقات. هناك خطوات رئيسية يجب اتباعها:

1. إعداد Kubernetes Cluster

يمكنك إعداد Kubernetes Cluster باستخدام مجموعة من الأدوات المتاحة، مثل:

• Minikube: أداة توفر بيئة محلية لاختبار Kubernetes.

• kubeadm: أداة لتكوين إعدادات Kubernetes على بيئات الإنتاج.

• Cloud Providers: مثل Google Kubernetes Engine (GKE) أو Amazon EKS، توفر هذه الخدمات بيئات جاهزة لـ Kubernetes في السحابة.

2. إنشاء الـ Pods و الـ Deployments

بعد إعداد الـ Cluster، يجب أن تبدأ في نشر التطبيقات باستخدام الـ Pods و Deployments. يمكنك ذلك عن طريق كتابة ملفات YAML التي تحدد كيفية نشر الحاويات داخل النظام. على سبيل المثال، يمكن إنشاء ملف YAML لتحديد تطبيق باستخدام الـ Deployment مع الحاوية الخاصة به.

3. استخدام Services لتوجيه الحركة

بمجرد نشر التطبيق، يمكن استخدام Services لتوجيه حركة المرور إلى الـ Pods المناسبة. يمكن أن تكون هذه الحركة متجهة من الإنترنت أو من خدمات داخلية.

4. إدارة التوسع والمرونة

تعد Kubernetes رائعة في إدارة التوسع التلقائي للتطبيقات. من خلال تحديد عدد النسخ المرغوب فيها من الـ Pods في الـ Deployment، يمكن لـ Kubernetes التعامل مع التوسع بناءً على الحمل أو تخصيص الموارد عند الحاجة.

5. مراقبة وحفظ الحالة

تُوفر Kubernetes أدوات قوية للمراقبة، مثل Prometheus و Grafana، لتتبع أداء النظام وتحديد أي مشكلات قد تحدث. يمكنك أيضًا تكوين Kubernetes للقيام بنسخ احتياطي للبيانات والاحتفاظ بالحالة باستخدام أدوات مثل Velero.

فوائد استخدام Kubernetes

1. المرونة والتوسع:
   
   تعد Kubernetes مثالية لإدارة التطبيقات التي تحتاج إلى التوسع أو التي يجب أن تكون متاحة دائمًا. يتمكن Kubernetes من توفير التوسع التلقائي بناءً على الحمل وحالة النظام.

2. إدارة الحاويات بسهولة:
   
   بدلاً من إدارة الحاويات بشكل فردي، يمكن لـ Kubernetes التعامل مع كل شيء، من التنسيق والتوزيع إلى مراقبة الحالة.

3. التوافر العالي:
   
   يقدم Kubernetes ميكانيكيات لضمان التوافر العالي للتطبيقات، مثل إعادة نشر الحاويات في حالة حدوث خطأ، مما يضمن استمرار تشغيل النظام.

4. التحديثات بدون توقف:
   
   يتيح Kubernetes إجراء تحديثات تدريجية للتطبيقات باستخدام تقنيات مثل Rolling Updates، حيث يتم تحديث الحاويات واحدة تلو الأخرى دون التأثير على استمرارية الخدمة.

5. إدارة متعددة البيئات:
   
   باستخدام Kubernetes، يمكن للمطورين نشر التطبيقات عبر بيئات مختلفة (محلية، سحابية، هجينة) بطريقة موحدة، مما يسهل من عمليات DevOps.

التطبيقات الشائعة لـ Kubernetes

تُستخدم Kubernetes في العديد من المجالات لتوسيع نطاق التطبيقات وتحسين أدائها، ومنها:

• الأنظمة المدعومة بالحاويات: العديد من المؤسسات تستخدم Kubernetes لتشغيل تطبيقات الحاويات في بيئات الإنتاج.

• الذكاء الصناعي والتعلم الآلي: يُستخدم Kubernetes لتشغيل عمليات التدريب على نماذج الذكاء الصناعي والتعلم الآلي على نطاق واسع.

• الألعاب والخدمات عبر الإنترنت: تستخدم شركات الألعاب الكبيرة Kubernetes لإدارة الألعاب متعددة اللاعبين على نطاق واسع.

الخاتمة

Kubernetes هو أداة أساسية في إدارة الحاويات، وقد أصبح من الركائز الأساسية في عالم الحوسبة السحابية اليوم. بفضل قوته في التوسع، وإدارته الذاتية، وقدرته على التعامل مع البيئات المعقدة، يعد Kubernetes خيارًا مثاليًا لتشغيل التطبيقات الموزعة بشكل موثوق وسهل. مع استمرار تبني هذه التقنية من قبل المؤسسات الكبرى، من المؤكد أن Kubernetes سيظل جزءًا أساسيًا من استراتيجيات التكنولوجيا الحديثة.