Menjalankan klaster dalam beberapa zona

Laman ini menjelaskan tentang bagaimana menjalankan sebuah klaster dalam beberapa zona.

Pendahuluan

Kubernetes 1.2 menambahkan dukungan untuk menjalankan sebuah klaster dalam beberapa zona kegagalan (multiple failure zones) (GCE secara sederhana menyebutnya sebagai "zones", AWS menyebutnya sebagai "availability zones", dan di sini kita akan menyebutnya sebagai "zona"). Fitur ini adalah versi sederhana dari fitur federasi klaster yang lebih luas (yang sebelumnya ditujukan pada sebuah nama panggilan yang ramah (affectionate nickname) "Ubernetes"). Federasi klaster yang penuh memungkinkan untuk menggabungkan klaster Kubernetes terpisah, yang berjalan pada wilayah atau penyedia cloud yang berbeda (baik dalam datacenter atau on-premise). Namun banyak pengguna yang ingin menjalankan klaster Kubernetes dengan tingkat ketersediaan yang lebih, dalam beberapa zona dari satu penyedia cloud mereka, dan dukungan inilah yang akhirnya memperbolehkan fitur multi-zona dalam versi Kubernetes 1.2 (sebelumnya fitur ini dikenal dengan nama panggilan "Ubernetes Lite").

Dukungan multi-zona sengaja dibuat terbatas: dimana satu klaster Kubernetes hanya dapat berjalan dalam beberapa zona, tetapi hanya pada wilayah yang sama (dan penyedia cloud yang sama pula). Hanya GCE dan AWS yang saat ini mendukung fitur ini secara otomatis (meskipun cukup mudah untuk menambahkan dukungan serupa untuk penyedia cloud yang lain atau bahkan untuk perangkat baremetal, hanya dengan mengatur label yang sesuai untuk ditambahkan ke Node dan volume).

Fungsionalitas

Ketika Node mulai dijalankan, kubelet secara otomatis menambahkan label informasi pada Node tersebut.

Kubernetes akan menyebarkan Pod secara otomatis dalam sebuah controller replikasi atau Service lintas Node dalam sebuah klaster zona tunggal (untuk mengurangi dampak kegagalan). Dengan klaster multi-zona, perilaku penyebaran ini akan dilanjutkan hingga melintasi zona (untuk mengurangi dampak kegagalan dalam satu zona.) (Ini dicapai melalui opsi SelectorSpreadPriority). Hal tersebut adalah untuk upaya penempatan terbaik, apabila zona pada klaster kamu bersifat heterogen (mis. jumlah Node yang berbeda, tipe Node yang berbeda, atau persyaratan sumber daya Pod yag berbeda), yang akan mencegah dengan sempurna penyebaran Pod kamu untuk melintasi zona yang berbeda. Jika diinginkan, kamu bisa menggunakan zona yang homogen (jumlah dan jenis Node yang sama) untuk mengurangi probabilitas penyebaran yang tidak merata.

Pada saat volume persisten dibuat, controller penerima PersistentVolumeLabel akan secara otomatis menambahkan label zona pada volume tersebut. Penjadwal (melalui predikat VolumeZonePredicate) kemudian akan memastikan bahwa Pod yang mengklaim suatu volume hanya akan ditempatkan pada zona yang sama dengan volume tersebut, karena volume tidak dapat di-attach melintasi zona yang berbeda.

Batasan

Ada beberapa batasan penting dari dukungan multi-zona:

• Kami berasumsi bahwa zona yang berbeda terletak secara berdekatan satu sama lain dalam jaringan, jadi kami tidak melakukan routing yang sadar akan zona. Secara khusus, lalu lintas (traffic) yang berjalan melalui Service mungkin melintasi beberapa zona (bahkan ketika beberapa Pod yang mendukung Service itu berada pada zona yang sama dengan klien), dan hal ini dapat menimbulkan latensi dan biaya tambahan.

• Volume zone-afinity hanya akan bekerja dengan PersistentVolume, dan tidak akan berfungsi apabila kamu secara langsung menentukan volume EBS dalam spesifikasi Pod (misalnya).

• Klaster tidak dapat melebarkan jangkauan cloud atau region (fungsi ini akan membutuhkan dukungan penuh federasi).

• Meskipun Node kamu berada dalam beberapa zona, saat ini kube-up hanya membuat satu Node master secara bawaan (default). Karena Service memerlukan ketersediaan (availability) yang tinggi dan dapat mentolerir akan hilangnya sebuah zona, maka control plane diletakkan pada setiap zona. Pengguna yang menginginkan control plane yang memiliki ketersediaan tinggi harus mengikuti instruksi ketersediaan tinggi.

Batasan Volume

Batasan berikut ditunjukkan dengan menggunakan pengikatan volume yang sadar topologi.

• Penyebaran zona volume StatefulSet yang menggunakan penyediaan secara dinamis, saat ini tidak sesuai dengan kebijakan afinitas atau anti-afinitas Pod.

• Jika nama StatefulSet berisi tanda hubung ("-"), maka penyebaran zona volume mungkin saja tidak menyediakan distribusi penyimpanan (storage) yang seragam di seluruh zona yang berbeda.

• Ketika menentukan beberapa PVC dalam spesifikasi Deployment atau Pod, StorageClass perlu dikonfigurasi untuk zona tunggal tertentu, atau PV perlu disediakan secara statis pada zona tertentu. Solusi lainnya adalah menggunakan sebuah StatefulSet, yang akan memastikan bahwa semua volume untuk sebuah replika disediakan dalam zona yang sama.

Panduan

Kita sekarang akan berjalan melalui pengaturan dan menggunakan multi-zona klaster pada GCE & AWS. Untuk melakukannya, kamu perlu mengaktifkan klaster penuh (dengan menentukan MULTIZONE=true), dan kemudian kamu menambahkan Node di zona tambahan dengan menjalankan kube-up lagi (dengan menetapkan opsi KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true).

Mengaktifkan klaster kamu

Buatlah klaster seperti biasa, tetapi teruskan opsi MULTIZONE untuk memberi tahu klaster untuk mengelola beberapa zona; dan membuat Node di zona us-central1-a.

GCE:

curl -sS https://get.k8s.io | MULTIZONE=true KUBERNETES_PROVIDER=gce KUBE_GCE_ZONE=us-central1-a NUM_NODES=3 bash

AWS:

curl -sS https://get.k8s.io | MULTIZONE=true KUBERNETES_PROVIDER=aws KUBE_AWS_ZONE=us-west-2a NUM_NODES=3 bash

Langkah ini akan mengaktifkan klaster seperti biasa, namun masih berjalan dalam satu zona (tetapi opsi MULTIZONE=true telah mengaktifkan kapabilitas multi-zona).

Node yang telah diberi label

Lihatlah Node; dimana kamu bisa melihat Node tersebut diberi label sesuai dengan informasi zona. Node tersebut sejauh ini berada di zona us-central1-a (GCE) atau zona us-west-2a (AWS). Label dari Node itu adalah failure-domain.beta.kubernetes.io/region untuk informasi wilayah, dan failure-domain.beta.kubernetes.io/zone untuk informasi zona:

kubectl get nodes --show-labels

Tampilan akan seperti dibawah ini:

NAME                     STATUS                     ROLES    AGE   VERSION          LABELS
kubernetes-master        Ready,SchedulingDisabled   <none>   6m    v1.13.0          beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-1,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-master
kubernetes-minion-87j9   Ready                      <none>   6m    v1.13.0          beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-87j9
kubernetes-minion-9vlv   Ready                      <none>   6m    v1.13.0          beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-9vlv
kubernetes-minion-a12q   Ready                      <none>   6m    v1.13.0          beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-a12q

Menambah lebih banyak Node di zona kedua

Mari kita tambahkan sekumpulan Node ke dalam klaster yang ada, dengan menggunakan kembali master yang ada, namun dijalankan pada zona yang berbeda (zona us-central1-b atau zona us-west-2b). Kemudian kita jalankan kube-up lagi, tetapi dengan menentukan opsi KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true sehingga kube-up tidak akan membuat master baru, tetapi akan menggunakan kembali master yang dibuat sebelumnya.

GCE:

KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true MULTIZONE=true KUBERNETES_PROVIDER=gce KUBE_GCE_ZONE=us-central1-b NUM_NODES=3 kubernetes/cluster/kube-up.sh

Pada AWS, kita juga perlu menentukan CIDR jaringan sebagai tambahan subnet, bersama dengan alamat IP internal dari master:

KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true MULTIZONE=true KUBERNETES_PROVIDER=aws KUBE_AWS_ZONE=us-west-2b NUM_NODES=3 KUBE_SUBNET_CIDR=172.20.1.0/24 MASTER_INTERNAL_IP=172.20.0.9 kubernetes/cluster/kube-up.sh

Lihat lagi Node; dimana 3 Node lainnya harus sudah dijalankan dan ditandai berada di us-central1-b:

kubectl get nodes --show-labels

Hasil tampilan akan terlihat seperti dibawah ini:

NAME                     STATUS                     ROLES    AGE   VERSION           LABELS
kubernetes-master        Ready,SchedulingDisabled   <none>   16m   v1.13.0           beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-1,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-master
kubernetes-minion-281d   Ready                      <none>   2m    v1.13.0           beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-b,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-281d
kubernetes-minion-87j9   Ready                      <none>   16m   v1.13.0           beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-87j9
kubernetes-minion-9vlv   Ready                      <none>   16m   v1.13.0           beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-9vlv
kubernetes-minion-a12q   Ready                      <none>   17m   v1.13.0           beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-a12q
kubernetes-minion-pp2f   Ready                      <none>   2m    v1.13.0           beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-b,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-pp2f
kubernetes-minion-wf8i   Ready                      <none>   2m    v1.13.0           beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-b,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-wf8i

Afinitas Volume

Buatlah sebuah volume dengan menggunakan pembuatan volume yang dinamis (hanya PersistentVolume yang didukung untuk afinitas zona):

kubectl apply -f - <<EOF
{
  "apiVersion": "v1",
  "kind": "PersistentVolumeClaim",
  "metadata": {
    "name": "claim1",
    "annotations": {
        "volume.alpha.kubernetes.io/storage-class": "foo"
    }
  },
  "spec": {
    "accessModes": [
      "ReadWriteOnce"
    ],
    "resources": {
      "requests": {
        "storage": "5Gi"
      }
    }
  }
}
EOF

Sekarang marilah kita memvalidasi bahwa Kubernetes secara otomatis memberikan label zona & wilayah di mana PV itu dibuat.

kubectl get pv --show-labels

Hasil tampilan akan terlihat seperti dibawah ini:

NAME           CAPACITY   ACCESSMODES   RECLAIM POLICY   STATUS    CLAIM            STORAGECLASS    REASON    AGE       LABELS
pv-gce-mj4gm   5Gi        RWO           Retain           Bound     default/claim1   manual                    46s       failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a

Kemudian sekarang kita akan membuat Pod yang menggunakan klaim akan volume persisten. Karena volume pada GCE PDs / AWS EBS tidak dapat di-attach melewati zona yang berbeda, hal ini berarti bahwa Pod ini hanya dapat dibuat pada zona yang sama dengan volume tersebut:

kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: mypod
spec:
  containers:
    - name: myfrontend
      image: nginx
      volumeMounts:
      - mountPath: "/var/www/html"
        name: mypd
  volumes:
    - name: mypd
      persistentVolumeClaim:
        claimName: claim1
EOF

Perhatikan bahwa Pod secara otomatis dibuat pada zona yang sama dengan volume, karena pada umumnya lampiran lintas zona tidak diizinkan oleh penyedia cloud:

kubectl describe pod mypod | grep Node

Node:        kubernetes-minion-9vlv/10.240.0.5

Kemudian cek label Node:

kubectl get node kubernetes-minion-9vlv --show-labels

NAME                     STATUS    AGE    VERSION          LABELS
kubernetes-minion-9vlv   Ready     22m    v1.6.0+fff5156   beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-9vlv

Pod yang tersebar melintasi zona yang berbeda

Pod dalam controller atau Service replikasi tersebar secara otomatis melintasi zona yang berbeda. Pertama-tama, mari kita luncurkan lebih banyak Node di zona ketiga:

GCE:

KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true MULTIZONE=true KUBERNETES_PROVIDER=gce KUBE_GCE_ZONE=us-central1-f NUM_NODES=3 kubernetes/cluster/kube-up.sh

AWS:

KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true MULTIZONE=true KUBERNETES_PROVIDER=aws KUBE_AWS_ZONE=us-west-2c NUM_NODES=3 KUBE_SUBNET_CIDR=172.20.2.0/24 MASTER_INTERNAL_IP=172.20.0.9 kubernetes/cluster/kube-up.sh

Pastikan bahwa kamu mempunyai Node dalam 3 zona berbeda:

kubectl get nodes --show-labels

Buatlah contoh dengan program guestbook-go, yang mencakup RC dengan ukuran 3, dan menjalankan sebuah aplikasi web sederhana:

find kubernetes/examples/guestbook-go/ -name '*.json' | xargs -I {} kubectl apply -f {}

Beberapa Pod seharusnya tersebar di ketiga zona semuanya:

kubectl describe pod -l app=guestbook | grep Node

Node:        kubernetes-minion-9vlv/10.240.0.5
Node:        kubernetes-minion-281d/10.240.0.8
Node:        kubernetes-minion-olsh/10.240.0.11

kubectl get node kubernetes-minion-9vlv kubernetes-minion-281d kubernetes-minion-olsh --show-labels

NAME                     STATUS    ROLES    AGE    VERSION          LABELS
kubernetes-minion-9vlv   Ready     <none>   34m    v1.13.0          beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-a,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-9vlv
kubernetes-minion-281d   Ready     <none>   20m    v1.13.0          beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-b,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-281d
kubernetes-minion-olsh   Ready     <none>   3m     v1.13.0          beta.kubernetes.io/instance-type=n1-standard-2,failure-domain.beta.kubernetes.io/region=us-central1,failure-domain.beta.kubernetes.io/zone=us-central1-f,kubernetes.io/hostname=kubernetes-minion-olsh

Load-balancer menjangkau semua zona dalam satu klaster; program contoh guestbook-go sudah termasuk contoh Service dengan beban seimbang (load-balanced service):

kubectl describe service guestbook | grep LoadBalancer.Ingress

Hasil tampilan akan terlihat seperti di bawah ini:

LoadBalancer Ingress:   130.211.126.21

Atur alamat IP di atas:

export IP=130.211.126.21

Telusurilah dengan curl melalui alamat IP tersebut:

curl -s http://${IP}:3000/env | grep HOSTNAME

Hasil tampilan akan terlihat seperti di bawah ini:

  "HOSTNAME": "guestbook-44sep",

Kemudian, telusurilah beberapa kali:

(for i in `seq 20`; do curl -s http://${IP}:3000/env | grep HOSTNAME; done)  | sort | uniq

Hasil tampilan akan terlihat seperti dibawah ini:

  "HOSTNAME": "guestbook-44sep",
  "HOSTNAME": "guestbook-hum5n",
  "HOSTNAME": "guestbook-ppm40",

Load balancer telah menargetkan ke semua Pod dengan benar, meskipun semuanya berada di beberapa zona yang berbeda.

Menghentikan Klaster

Shutting down the cluster

Apabila kamu sudah selesai, maka bersihkanlah:

GCE:

KUBERNETES_PROVIDER=gce KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true KUBE_GCE_ZONE=us-central1-f kubernetes/cluster/kube-down.sh
KUBERNETES_PROVIDER=gce KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true KUBE_GCE_ZONE=us-central1-b kubernetes/cluster/kube-down.sh
KUBERNETES_PROVIDER=gce KUBE_GCE_ZONE=us-central1-a kubernetes/cluster/kube-down.sh

AWS:

KUBERNETES_PROVIDER=aws KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true KUBE_AWS_ZONE=us-west-2c kubernetes/cluster/kube-down.sh
KUBERNETES_PROVIDER=aws KUBE_USE_EXISTING_MASTER=true KUBE_AWS_ZONE=us-west-2b kubernetes/cluster/kube-down.sh
KUBERNETES_PROVIDER=aws KUBE_AWS_ZONE=us-west-2a kubernetes/cluster/kube-down.sh