Kubernetes Operator là gì?

Kubernetes Operator là thuật ngữ được nhóm phát triển CoreOS Linux đưa ra vào năm 2016. Đây là thuật ngữ chỉ một phương pháp đóng gói, triển khai và quản lý ứng dụng trên Kubernetes.

Kubernetes Operator sẽ được triển khai dưới dạng bộ điều khiển tùy chỉnh. Kubernetes Operator sử dụng các tài nguyên mới nhằm mở rộng API Kubernetes và tùy chỉnh logic để quản lý các tài nguyên đã sử dụng.

Với Kubernetes Operator, người dùng có thể mã hóa kiến thức vận hành hay các phương pháp để chạy một ứng dụng cụ thể trên chính các Kubernetes Operator đó. Việc triển khai và quản lý những ứng dụng phức tạp sẽ trở nên dễ dàng hơn. Ngoài ra, người dùng cũng có thể sử dụng API Kubernetes, kubectl để quản lý ứng dụng thay cho việc phải đặt lệnh hay các công cụ tùy chỉnh.

Ngày càng có nhiều tổ chức sử dụng Kubernetes Operator để triển khai, tự động hóa quản lý các ứng dụng có độ phức tạp cao như database, message brokers, các loại cơ sở hạ tầng,...

 

Chức năng của Kubernetes Operator

Kubernetes operators được thiết kế để quản lý các ứng dụng Kubernetes một cách tự động và hiệu quả hơn. Chúng thực hiện điều này bằng cách cung cấp kiến thức chuyên môn về lĩnh vực cụ thể và logic tùy chỉnh để xử lý việc triển khai và quản lý ứng dụng trên Kubernetes. Dưới đây là một số chức năng chính của Kubernetes Operator:

• Kiến thức chuyên môn: Operators có thể cung cấp kiến thức chuyên môn và logic tùy chỉnh để xử lý việc triển khai và quản lý các ứng dụng trong một lĩnh vực cụ thể, chẳng hạn như cơ sở dữ liệu hoặc trình điều khiển tin nhắn. Điều này có thể làm cho việc triển khai và quản lý các ứng dụng phức tạp đòi hỏi kiến thức chuyên môn trở nên dễ dàng hơn.
• Loại bỏ các tác vụ thủ công khó khăn: Operators có thể tự động hóa một loạt các tác vụ mà nếu không sẽ được thực hiện thủ công, chẳng hạn như cập nhật, sao lưu và mở rộng. Điều này có thể làm cho việc quản lý các ứng dụng theo thời gian trở nên dễ dàng hơn và giảm công việc của các operator.
• Làm cho việc triển khai các dịch vụ cơ sở dễ dàng hơn: Operators có thể làm cho việc triển khai và chạy các dịch vụ cơ sở mà các ứng dụng phụ thuộc vào, chẳng hạn như cơ sở dữ liệu, trình điều khiển tin nhắn và các loại cơ sở hạ tầng khác, trở nên dễ dàng hơn. Điều này có thể tiết kiệm thời gian và công sức khi triển khai các ứng dụng trên Kubernetes.
• Cung cấp một cách thống nhất để phân phối phần mềm: Operators có thể cung cấp một cách thống nhất để phân phối phần mềm trên các cụm Kubernetes, giúp cho việc triển khai các ứng dụng được thống nhất trên nhiều cụm.
• Giảm tải khó khăn: Operators có thể giúp xác định và sửa chữa các vấn đề với các ứng dụng, giảm tải khó khăn hỗ trợ cho các operator và làm cho việc quản lý các ứng dụng theo thời gian trở nên dễ dàng hơn.
• Thực hiện SRE: Operators có thể giúp thực hiện các nguyên tắc kỹ thuật đảm bảo tính sẵn sàng trang web (SRE) trên Kubernetes, giúp đảm bảo rằng các ứng dụng đáng tin cậy và có sẵn.

Vì sao Kubernetes cần có Operator?

Kubernetes là một hệ thống mã nguồn mở được sử dụng để quản lý và triển khai các ứng dụng container. Nó được phát triển bởi Google và hiện được quản lý bởi Cloud Native Computing Foundation (CNCF).

Kubernetes tuân theo hai nguyên tắc cơ bản: sự đơn giản - linh hoạt, khả năng tự động hóa. Đây cũng chính là điểm mạnh giúp Kubernetes có thể mở rộng và sử dụng được trong đa dạng các trường hợp khác nhau.

Nhưng cũng chính do hai nguyên tắc trên nên chức năng của Kubernetes bị hạn chế, chúng chỉ có thể tập hợp lệnh và thao tác lệnh thông qua các API. Nếu muốn thực hiện các nhiệm vụ có độ phức tạp cao thì cần phải mở rộng, tự động hóa tinh vi hoặc phải tùy chỉnh để phù hợp với các ứng dụng cụ thể. Vì thế Kubernetes cần phải có Operator.

Kubernetes Operator quản lý ứng dụng và thuộc một phần của mặt trận điều khiển Kubernetes nên chúng chính là bộ điều khiển thực hiện vòng lặp để kiểm tra trạng thái thực tế của Cluster và trạng thái mong muốn, điều chỉnh khi hai trạng thái này xa nha. Đây chính là nguyên tắc cơ bản tạo nền móng cho các kiến trúc của Kubernetes.

Nguyên lý hoạt động của Kubernetes Operator

Kubernetes Operator kết nối với API và hoạt động như một bộ điều khiển, tùy chỉnh, giới thiệu các object trong Cluster và so sánh trạng thái thực tế với trạng thái mong muốn.

Chúng sử dụng Custom Resource Definitions (CRDs) để mô tả và quản lý các tài nguyên tùy chỉnh trong Kubernetes. Operator sẽ theo dõi các CRDs và thực hiện các hành động cần thiết để đảm bảo tài nguyên đó luôn ở trạng thái mong muốn.

Ví dụ, một Operator có thể được tạo ra để quản lý việc triển khai và quản lý cơ sở dữ liệu trên Kubernetes. Khi một CRD mới được tạo để yêu cầu triển khai một cơ sở dữ liệu, Operator sẽ tự động tạo các tài nguyên cần thiết, như Pod, Service, Persistent Volume Claim, và theo dõi trạng thái của chúng để đảm bảo rằng cơ sở dữ liệu luôn hoạt động đúng cách.

 

Một số Kubernetes Operator example phổ biến

1. MySQL Operator

MySQL Operator là giải pháp để triển khai MySQL trong Kubernetes, cung cấp các phiên bản cơ sở dữ liệu MySQL mới bằng cách thêm đối tượng InnoDBCluster vào Cluster.

MySQL Operator quản lý tính liên tục của dữ liệu, khám phá mạng và định tuyến lưu lượng bằng cách tạo các đối tượng Kubernetes phù hợp như StatefulSets và Services. Nó được thiết kế để đáp ứng toàn bộ vòng đời cơ sở dữ liệu, trong đó có cả việc nâng cấp MySQL trong tương lai và sao lưu định kỳ đến các hệ thống lưu trữ đối tượng bên ngoài.

2. Prometheus Operator

Prometheus là một hệ thống giám sát và cảnh báo mã nguồn mở phổ biến. Nó được thiết kế để thu thập các chỉ số từ các nguồn khác nhau, bao gồm cả Kubernetes, và lưu trữ chúng trong cơ sở dữ liệu chuỗi thời gian. Prometheus có thể được sử dụng để giám sát sức khỏe và hiệu suất của một cụm Kubernetes, và kích hoạt cảnh báo khi điều kiện cụ thể được đáp ứng.

3. Istio Operator

Istio Operator là một công cụ cho phép người dùng quản lý việc triển khai Istio. Nó cung cấp một API để quản lý các quy tắc định tuyến và chính sách trong Istio. Istio Operator cũng cung cấp một bảng điều khiển để theo dõi sức khỏe của cụm, và nó có thể triển khai hoặc nâng cấp dịch vụ và thu thập các số liệu về luồng lưu lượng thông qua cụm.

4. Creating Operators

Operators có thể được viết bằng bất kỳ ngôn ngữ lập trình hoặc môi trường chạy nào có thể tương tác với API của Kubernetes. Thư viện khách chính thức có sẵn cho các ngôn ngữ bao gồm C, Go, Java, Python và Ruby, và có các lựa chọn được cộng đồng hỗ trợ cho hầu hết các ngôn ngữ lập trình phổ biến khác.

5. Grafana Operators

Grafana là một nền tảng trực quan hóa và phân tích mã nguồn mở. Thường được sử dụng kết hợp với Prometheus để hiển thị các số liệu và cung cấp thông tin chi tiết về hiệu suất và sức khỏe của một hệ thống. Grafana cung cấp một loạt các tùy chọn trực quan hóa, bao gồm đồ thị, đồng hồ đo, và bảng điều khiển, và có thể được sử dụng để theo dõi nhiều loại số liệu khác nhau.

6. Elastic Cloud on Kubernetes

Elastic Cloud on Kubernetes (ECK) là một Kubernetes Operator example có tác dụng triển khai và quản lý Elasticsearch và Kibana trên Kubernetes. Nó cung cấp một cách dễ dàng để triển khai và quản lý các cụm Elasticsearch trên Kubernetes, và bao gồm các tính năng như tự động co giãn, cập nhật từng phần và khôi phục sau thảm họa.

7. HPA Kubernetes Operator

HPA Kubernetes Operator là một dự án mã nguồn mở để theo dõi và quản lý một cụm các node trên Kubernetes một cách đơn giản nhưng mạnh mẽ. Người dùng có thể triển khai HPA Kubernetes Operator trên bất kỳ nhà cung cấp đám mây, thiết bị cứng hoặc môi trường máy ảo nào. Nếu cần thiết, nó cũng có thể được cài đặt trên cùng một nút với Kubelet.

8. Starboard Operator

Starboard Operator cung cấp giao diện cấp cao để quản lý một ứng dụng. Nó cung cấp một bộ lệnh cấp cao để quản lý ứng dụng và các cụm cơ sở dữ liệu của chúng và các lệnh cấp thấp để quản lý các thành phần Kubernetes cơ bản. Starboard Operator được thiết kế để sử dụng với các ứng dụng viết bằng Go và triển khai trên Kubernetes bằng cách sử dụng Helm Charts.

Trên đây là một Kubernetes Operator example phổ biến và cách Kubernetes Operator hoạt động. Việc sử dụng Kubernetes Operator sẽ giúp tối ưu hóa quá trình quản lý và triển khai ứng dụng trên Kubernetes, đồng thời giúp tăng cường tính linh hoạt và tự động hóa trong quá trình vận hành hệ thống.