Понимание интерфейсов Kubernetes: CRI, CNI и CSI

Kubernetes был создан с принципиально модульной архитектурой, что позволяет ему адаптироваться под самые разнообразные сценарии развертывания облачных приложений. Его гибкость обеспечивается за счет глубокой интеграции с экосистемой плагинов и расширений, которые не просто дополняют, а органично встраиваются в платформу, расширяя ее базовый функционал.

Настройка Kubernetes выходит далеко за пределы простого изменения конфигурационных флагов или правки локальных файлов — она предполагает работу с расширениями, которые становятся неотъемлемой частью среды, предоставляя нативный пользовательский опыт и новые возможности для управления кластером. Эти механизмы позволяют, среди прочего, добавлять поддержку специализированного оборудования, что особенно важно для высокопроизводительных или узкоспециализированных инфраструктур.

В рамках этого материала разработчиками компании DST Global, основное внимание уделяется плагинам интерфейсов, играющим ключевую роль в трех критически важных аспектах работы Kubernetes: управлении устройствами, организацией хранилищ и настройкой сетевого взаимодействия. Container Network Interface (CNI) обеспечивает гибкость в построении сетевых топологий, Container Runtime Interface (CRI) стандартизирует работу с контейнерами, а Container Storage Interface (CSI) открывает возможности для интеграции разнообразных систем хранения.

Эти интерфейсы не просто расширяют функциональность Kubernetes — они формируют основу для поддержки инновационных решений, включая работу с пользовательским оборудованием и специализированными вычислительными средами. Глубокая интеграция этих компонентов позволяет Kubernetes оставаться универсальной платформой, способной адаптироваться под любые, даже самые специфические требования инфраструктуры.

Давайте детальнее рассмотрим, как каждый из этих интерфейсов работает, какие задачи решает и как их можно использовать для построения эффективных и отказоустойчивых систем. Понимание этих механизмов открывает путь к созданию по-настоящему гибких и масштабируемых облачных решений.

Сетевые плагины для Kubernetes

Есть несколько интересных плагинов CNI, которые можно добавить в кластеры Kubernetes. Calico , популярный плагин, используемый многими администраторами кластеров, предлагает масштабируемые сетевые функции с использованием стандартного подхода L3. Он автоматически включает раздельные сети в таких средах, как AWS. Он также обеспечивает бесшовную сеть в локальных развертываниях.

Flannel — еще один плагин CNI, использующий подход сетевой структуры L3. Он не зависит от базы данных для выполнения сетевых функций. Вместо этого он напрямую подключается к API Kubernetes и устанавливает архитектуру VXLAN по умолчанию из коробки. При использовании с другими инструментами Flannel обеспечивает поддержку большого количества пользователей.

Canal, с другой стороны, предлагает хороший баланс между простотой использования и надежностью. По сути, это готовое к использованию сетевое решение VXLAN, которое использует существующие плагины CNI, такие как Calico, в том числе для определения сетевых политик и изоляции политик. Canal просто упрощает процесс построения сетевой архитектуры.

Мы действительно не можем говорить о плагинах CNI, не упомянув Weave Net или Weave. Weave Net использует другой подход, встраивая оверлейную сеть в различные конфигурации облачных сетей и делая сетевые соединения более универсальными. Например, поддержка шифрования и сетевой политики Kubernetes становится универсальной по всей сетевой ячеистой сети.

Плагины CNI — не единственные сетевые плагины, доступные для Kubernetes. Хотя плагины CNI разработаны для бесперебойной работы с Kubernetes как платформой и предлагают функциональные возможности более открытым способом, у вас все равно есть возможность использовать плагин Kubernetes, работающий с плагинами CNI посредством реализации базового cbr0 .

Улучшенные среды выполнения контейнеров

Container Runtime лежит в основе каждой среды Kubernetes. По сути, это компонент архитектуры, который организует аппаратные ресурсы, запускает и останавливает контейнеры и обеспечивает получение контейнерами ресурсов, необходимых для оптимальной работы. Однако Container Runtime больше не является ограниченной функцией.

Интерфейс времени выполнения контейнера или плагины CRI здесь, чтобы позволить полностью использовать новый API CR.

При более близком рассмотрении плагины CRI предлагают три основные функции, первая из которых — вышеупомянутая поддержка взаимозаменяемых сред выполнения контейнеров. Это означает, что вы можете изменить среду выполнения, используемую вашей средой Kubernetes, на любом этапе и по любой причине. Если вы обнаружите, что одна среда выполнения более эффективна, чем другая, сделать переключение теперь легко.

CRI также объединяет буферы протоколов и API gRPC, так что вы можете использовать такие языки, как Dart и Go в одной части вашей среды, и Python или Java в другой. API gRPC, в частности, упрощает определение сервиса и делает масштабирование до миллионов RPC в секунду простым. Структура RPC предназначена для работы поверх любой среды или сетевой архитектуры.

gRPC на самом деле очень интересен как компонент. Он интегрирует дополнительные функции, такие как балансировка нагрузки и проверка работоспособности в API, превращая их в функции, которые работают на более низком уровне. Результатом является более простое управление службами через буферы протоколов, а также простое масштабирование, упомянутое ранее.

Самый популярный плагин CNI — это CRI-O, среда выполнения контейнера, известная своей невероятной легкостью и гибкостью. Он работает с Kubic (который настроен на запуск CRI-O из коробки), а также с Minikube и Kubeadm . Он полностью интегрирует Open Container Initiative (OCI) и устраняет зависимость от Docker; вы можете запускать контейнеры Kata или запускать контейнеры с помощью любого образа контейнера OCI.

Плагины громкости с CSI

Последний компонент — хранилище, но он, безусловно, не менее важен. Kubernetes всегда полагался на систему подключаемых томов для управления блоками хранилища, но этот подход не был достаточно открытым, чтобы позволить сторонним инструментам управления работать без проблем. CSI считается ответом, предлагая тома CSI и динамическое предоставление блоков хранилища в качестве функций.

CSI позволяет сторонним поставщикам хранилищ предлагать постоянные и динамические блоки хранения, не заставляя администраторов кластера прыгать через обручи для их внедрения. Главное отличие между плагинами CSI и основными плагинами томов Kubernetes заключается в том, что плагины CSI не нужно компилировать и поставлять с основными двоичными файлами Kubernetes.

Другие функции плагина CSI не менее интересны. Raw block volume позволяет создавать драйверы CSI для блочных томов и включать распределение этих блоков в среды выполнения Kubernetes. Snapshot, с другой стороны, поддерживает создание и восстановление снимков блоков хранения в любой момент. Такие плагины, как MapR Data Fabric, даже поддерживают команды вроде livenessprobe , которые позволяют контейнерам проверять драйверы хранения.

Существует несколько сертифицированных драйверов и плагинов CSI, которые можно интегрировать в вашу среду Kubernetes прямо сейчас. Плагины от Blockbridge, VMware и Portworx автоматически включают динамическое предоставление и представляют графический интерфейс для управления развертыванием CSI.

В сочетании с плагинами CNI и CRI, обсуждавшимися ранее, нет приложения — каким бы сложным оно ни было — которое вы не могли бы полностью поддерживать с помощью Kubernetes. Облачная среда Kubernetes становится невероятно надежной и существенно более способной отвечать современным вызовам облачных вычислений.