Nguyên tắc hoạt động của mô hình Container Orchestration

Khi container và container orchestration (điều phối container) ra đời, một cuộc cách mạng trong lĩnh vực triển khai và quản lý hạ tầng công nghệ thông tin đã diễn ra. Việc đóng gói ứng dụng vào một container và điều phối tất cả hoạt động giúp đảm bảo tính nhất quán và đơn giản hóa quá trình phát triển. Nhờ đó, nhà phát triển có thể tận dụng sức mạnh của các công cụ này để xây dựng ứng dụng phức tạp trên môi trường điện toán đám mây. 

Container Orchestration là gì?

Container orchestration (điều phối container) là chiến lược sử dụng tự động hóa để quản lý vòng đời của vùng chứa ứng dụng. Cách tiếp cận này tự động hóa các tác vụ cần nhiều thời gian như (tái) tạo, thay đổi quy mô và nâng cấp vùng chứa, giúp các developer “giải phóng” công việc thủ công lặp đi lặp lại. Bên cạnh đó, orchestration cũng giúp quản lý khả năng kết nối mạng và lưu trữ.

Container Orchestration là gì?

Container Orchestration được sử dụng khi nào?

Container Orchestration có thể tự động hóa nhiều tác vụ chuyển động của phần mềm được chứa.

Container Orchestration được sử dụng khi nào?

Tùy thuộc vào từng nền tảng sẽ có những đặc điểm khác nhau, nhưng hầu hết các công cụ đều cho phép nhà phát triển tự động hóa các thác vụ sau:

• Lên lịch và cấu hình container (thời gian và cách thức các container khởi chạy, dừng, lên lịch, điều phối các hoạt động của từng thành phần, …)

• Cung cấp và triển khai container

• Thay đổi quy mô container (cả lên và xuống) để cân bằng khối lượng công việc

• Phân bổ tài nguyên và di chuyển tài sản (VD: nếu một trong các vùng chứa bắt đầu tiêu tốn quá nhiều RAM trên node, thì nền tảng sẽ di chuyển tất cả các container khác sang nude khác)

• Cân bằng tải và định tuyến lưu lượng

• Quản lý cụm

• Services discovery (cách các microservices hoặc ứng dụng định vụ lẫn nhau trên mạng).

• Theo dõi quá trình hoạt động bao gồm các quy trình chuyển đổi từ dự phòng và khôi phục (cả cho vùng chứa và máy chủ lưu trữ)

• Tính khả dụng và dự phòng của container

• Bảo vệ các tương tác giữa các container với nhau và với máy chủ

Container Orchestration hoạt động như thế nào?

Hầu hết các nền tảng container orchestration đều hỗ trợ mô hình khai báo cho phép người dùng xác định kết quả mong muốn mà không cần cung cấp hướng dẫn từng bước. Nhà phát triển có thể viết config file (thường ở dạng YAML hoặc JSON) để mô tả cấu hình mong muốn. Vai trò của config file này là:

• Xác định container images để chạy ứng dụng

• Hướng công cụ quản lý container đến các vị trí của images (ví dụ như: Docker Hub)

• Xác định địa chỉ và cổng mạng của mỗi container

• Đảm bảo an toàn cho dữ liệu được truyền qua mạng giữa các container

• Cung cấp khả năng kết nối, sử dụng các khối lưu trữ (storage) và nhật ký (logs)

Hầu hết các nhóm phân nhánh và kiểm soát config files để hỗ trợ nhà phát triển có thể xây dựng một ứng dụng trên các môi trường thử nghiệm khác nhau trước khi đưa ra thị trường.

 

Nguyên tắc hoạt động của Container Orchestration.

Sau khi được cung cấp config file, công cụ điều phối sẽ tự động lên lịch triển khai container. Nền tảng chọn máy chủ tối ưu dựa trên CPU, bộ nhớ khả dụng hoặc các điều kiện khác được chỉ định trong tệp cấu hình (ví dụ: theo metadata hoặc khoảng cách của một máy chủ nhất định). 

Sau khi phát triển container, công cụ điều phối sẽ quản lý vòng đời của ứng dụng được chứa trong container bằng cách:

• Quản lý khả năng mở rộng, định tuyến lưu lượng và phân bổ tài nghiên giữa các container.

• Đảm bảo mức độ sẵn sàng cao và hiệu suất của từng container.

• Thu thập và lưu trữ giữ liệu nhật ký để theo dõi tình trạng và hiệu suất của ứng dụng.

• Khắc phục tối đa các sự cố và khôi phục container trong trường hợp lỗi (tự phục hồi).

Container Orchestration hoạt động trong bất kỳ môi trường nào hỗ trợ container, từ các máy chủ truyền thống đến bất kỳ loại hình triển khai đám mây khác.

Nền tảng Container Orchestration – Docker Swarm, Kubernetes, Apache Mesos

Việc điều phối container cần được hỗ trợ bởi nhiều tool khác nhau để giúp nhà phát triển có thể giám sát, triển khai và định hình các ứng dụng. Dưới đây là 3 tool phổ biến được nhiều nhà phát triển lựa chọn:

Docker Swarm

Swarm là một nền tảng quản lý container tích hợp sẵn cho các ứng dụng Docker. Trong đó, Swarm là một nhóm máy (vật lý hoặc ảo) hoạt động cùng nhau để chạy các ứng dụng Docker. Bên cạnh đó, Swarm Manager quản lý các hoạt động của Swarm và tương tác giữa những container trên nhiều máy chủ khác nhau (gọi là nodes). 

 

Swarm cung cấp lợi ích tối đa từ việc sử dụng container, giúp triển khai ứng dụng dễ dàng và linh hoạt, đồng thời đảm bảo tính sẵn có cao cho ứng dụng của doanh nghiệp. Swarm Manager cũng chia công việc cho các máy chủ phù hợp nhất, đảm bảo cân bằng tải đúng cho từng ứng dụng. Trong quá trình này, Swarm Manager tự động mở rộng bằng cách thêm và xóa các tác vụ (worker tasks) để duy trì trạng thái mong muốn của một cụm (cluster).

Các tính năng chính của Docker Swarm bao gồm:

• Các nút quản lý giúp cân bằng tải bằng cách gắn tác vụ cho những máy chủ phù hợp nhất.

• Swarm container nhẹ và có khả năng di động

• Các bản sao (replicas) của những container được docker swarm triển khai trên nhiều máy chủ khác nhau để đảm bảo khả năng hoạt động cao của các services

• Tích hợp chặt chẽ vào hệ sinh thái Docker, cho phép quản lý container dễ dàng hơn.

• Đảm bảo khả năng mở rộng cao bằng cách cân bằng tải và hiển thị các nút worker khi khối lượng công việc tăng lên

• Môi trường phân tán của Docker Swarm cho phép truy cập và cộng tác phi tập trung

Với khả năng dễ dàng thay đổi quy mô, cập nhật ứng dụng và cân bằng khối lượng công việc, Docker Swarm đang là một công cụ điều phối container hiệu quả.

Kubernetes

Kubernetes được Google phát triển vào năm 2008 và được bàn giao cho Cloud Native Computing Foundation vào năm 2014. Là một trong những công cụ điều phối container nguồn mở phổ biến nhất, Kubernetes mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tự động mở rộng quy mô và cân bằng tải tự động.

Kubernetes framework bao gồm bốn thành phần chính:

• Node – Trong Kubernetes, một node chịu trách nhiệm chạy các khối lượng công việc được đóng gói và có thể là vật lý hoặc ảo. Các machines serves này đóng vai trò là máy chủ cho thời gian chạy của container và cũng tạo điều kiện giao tiếp giữa các container và Kubernetes services.

• Cluster – Đây một tập hợp các nút chia sẻ tài nguyên và chạy các ứng dụng được để trong vùng chứa.

• Replication Controllers – Có trách nhiệm lên lịch và phân bổ tài nguyên giữa các container.

• Labels – Đây là các thẻ mà Kubernetes services sử dụng để xác định các container là thành viên của pod.

Kubernetes tiếp tục là sự lựa chọn phổ biến của các nhà phát triển. Đây là một nền tảng mã nguồn mở giúp quy trình làm việc dễ dàng hơn và tăng năng suất. Nó cung cấp một thư viện lớn các chức năng được phát triển bởi cộng đồng toàn cầu, giúp quản lý dịch vụ một cách linh hoạt. Vì vậy, có rất nhiều giải pháp sẵn có được xây dựng trên Kubernetes.

Apache Mesos

Mesos là một công cụ quản lý cụm do Apache phát triển có thể thực hiện điều phối container một cách hiệu quả. Mesos framework là mã nguồn mở và có thể dễ dàng cung cấp, chia sẻ và phân bổ tài nguyên trên các framework phân tán. Công cụ này cho phép phân bổ tài nguyên bằng cách sử dụng các tính năng nhân hiện đại (ví dụ như Zones trong Solaris và CGroups trong Linux. Ngoài ra, Mesos sử dụng bộ lập trình Chronos để start và stop services cũng như API Marathon để mở rộng quy mô services và cân bằng tải. 

 

Các tính năng chính của Apache Mesos bao gồm: 

• Khả năng mở rộng tuyến tính, hỗ trợ triển khai 10.000 nodes

• Tích hợp Zookeeper để sao lưu và tái tạo các bản sao master.

• API để phát triển các ứng dụng mới trong Java, C++, …

• Giao diện người dùng đồ họa để theo dõi trạng thái của các cluster

• Tách biệt LXC với các tác vụ

Mesos được coi là một giải pháp nhanh mẽ và linh hoạt cho việc quản lý và triển khai các ứng dụng phân tán. Apache đã phát triển một số dự án phần mềm trên Mesos như Aurora, Marathon & Singularity hỗ trợ việc chạy các services trong thời gian dài mà không cần tạo lại từ đầu.

Dù là một nhà phát triển, quản lý hệ thống hay người quan tâm đến công nghệ, hy vọng rằng thông qua bài viết, quý khách hàng có thể hiểu hơn về sức mạnh và tiềm năng của Container Orchestration trong việc xây dựng hạ tầng ứng dụng hiện đại.