Как создать отказоустойчивый кластер Kubernetes?

Для создания отказоустойчивого кластера Kubernetes необходимо обеспечить избыточность ключевых компонентов и данных.

Основные шаги:

1. Мастер-узлы:

   • Развернуть несколько мастер-узлов (минимум три) для компонента kube-apiserver, работающих за балансировщиком нагрузки. Это обеспечивает доступность API-сервера даже при выходе из строя одного из мастер-узлов.
   • Каждый мастер-узел должен иметь доступ к общему хранилищу состояния кластера — etcd.

2. etcd:

   • Развернуть кластер etcd из нескольких узлов (рекомендуется нечетное количество, минимум три), распределенных по разным зонам доступности или физическим серверам. Это гарантирует сохранность данных о состоянии кластера.

3. Балансировщик нагрузки (Load Balancer):

   • Использовать L4/L7 балансировщик нагрузки для распределения трафика между мастер-узлами (kube-apiserver).
   • Использовать другой балансировщик нагрузки для входящего трафика к приложениям в кластере (например, Ingress Controller с поддержкой отказоустойчивости).

4. Рабочие узлы (Worker Nodes):

   • Развернуть достаточное количество рабочих узлов для запуска Pod'ов.
   • Распределить рабочие узлы по разным зонам доступности или физическим серверам для обеспечения устойчивости к сбоям на уровне инфраструктуры.
   • Настроить Pod Disruption Budgets (PDBs) для определения минимального количества доступных Pod'ов приложения во время добровольных прерываний (например, при обновлении узлов).

5. Хранилище (Storage):

   • Использовать распределенное хранилище или облачное хранилище с собственной отказоустойчивостью для Persistent Volumes.
   • Примеры: Rook (Ceph), GlusterFS, облачные провайдеры (AWS EBS, GCP Persistent Disk, Azure Managed Disks) с репликацией.

6. Сеть (Networking):

   • Использовать надежное сетевое решение CNI (Container Network Interface) с поддержкой отказоустойчивости (например, Calico, Cilium с реплицированными компонентами).
   • Обеспечить связность между мастер-узлами, узлами etcd и рабочими узлами.

7. Резервное копирование (Backup):

   • Регулярно создавать резервные копии данных etcd.
   • Использовать инструменты типа Velero для резервного копирования и восстановления состояния кластера и Persistent Volumes.

Пример архитектуры:

graph LR
    subgraph Пользователи
        A[Пользователь] --> B(Балансировщик трафика приложений)
    end

    subgraph Kubernetes Cluster
        subgraph Мастер-узлы
            C1(Мастер-узел 1)
            C2(Мастер-узел 2)
            C3(Мастер-узел 3)
        end

        subgraph etcd Cluster
            D1(etcd 1)
            D2(etcd 2)
            D3(etcd 3)
        end

        subgraph Рабочие узлы
            E1(Рабочий узел 1)
            E2(Рабочий узел 2)
            E3(Рабочий узел 3)
        end

        subgraph Хранилище
            F(Распределенное хранилище)
        end

        subgraph Сеть
            G(Сеть CNI)
        end

        B --> Bal(Балансировщик API-сервера)
        Bal --> C1
        Bal --> C2
        Bal --> C3

        C1 <--> D1
        C1 <--> D2
        C1 <--> D3
        C2 <--> D1
        C2 <--> D2
        C2 <--> D3
        C3 <--> D1
        C3 <--> D2
        C3 <--> D3

        C1 --> G
        C2 --> G
        C3 --> G

        E1 <--> G
        E2 <--> G
        E3 <--> G

        E1 <--> F
        E2 <--> F
        E3 <--> F

        G --> E1: Запуск Pod'ов
        G --> E2: Запуск Pod'ов
        G --> E3: Запуск Pod'ов

        E1 --> B: Трафик приложений
        E2 --> B: Трафик приложений
        E3 --> B: Трафик приложений
    end

При развертывании используются инструменты автоматизации, такие как kubeadm, Kubespray или облачные провайдеры managed Kubernetes services (EKS, GKE, AKS), которые упрощают создание отказоустойчивой инфраструктуры.