Облачные технологии и виртуализация — демистификация сложности

Разберем кратко и самую суть следующей темы - облачных технологий и виртуализации, используя важность понимания на концептуальном уровне. Если смотреть сверху и разделить все на underline и uperline технологии в виртуализации, то важно отметить, что общим будет уровень гипервизора, который позволяет универсифицировать (абстрагировать) прикладной уровень от физического, это известно. И говоря далее о концепциях виртуализации, то я бы сказал, что важно упомянуть два случая: когда множество приложений делят между собой ресурсы одного процессора и другие ограниченные системные ресурсы и, наоборот, когда одному приложению есть возможность использовать множество системных ресурсов (по мере необходимости). Другими словами, это выглядит как два типа связей: many-to-one и one-to-many. Так, к примеру, запуская виртуальную машину, есть возможность одновременно иметь две запущенных операционных системы на одних и тех же системных ресурсах. И другой пример - когда мы запускаем Docker контейнер или Pod на Kubernetes - мы можем гибко предоставлять этому приложению необходимые ресурсы: память, процессорные ресурсы, сеть.

Гипервизоры и уровни виртуализации

Гипервизор - является центральным элементом в виртуализации, выступая как управляющий слой между физическим оборудованием и виртуальными машинами.

С помощью абстрагирование от физических ресурсов, гипервизор обеспечивая гибкое совместное использование и распределение ресурсов. Гипервизоры бывают двух типов:

• Тип 1 (bare-metal): Устанавливаются непосредственно на физический сервер и предоставляют виртуализацию на уровне аппаратного обеспечения.
• Тип 2 (hosted): Устанавливаются на операционную систему хоста и предоставляют виртуализацию на уровне операционной системы.

Концепции виртуализации: many-to-one и one-to-many
Ваше описание двух основных сценариев использования ресурсов в контексте виртуализации и облачных технологий также верно:

• Many-to-one: Этот сценарий описывает ситуацию, когда множество виртуальных машин или контейнеров делят ресурсы одного физического сервера. Это позволяет эффективно использовать доступные ресурсы, увеличивая плотность размещения и снижая затраты.

• One-to-many: В этом случае одно приложение может динамически использовать ресурсы из большого пула, что особенно актуально для приложений, требующих масштабирования в зависимости от нагрузки. Облачные платформы и технологии оркестрации контейнеров, такие как Kubernetes, предоставляют инструменты для управления этим процессом.

Важность абстракции

Абстракция — ключевой элемент виртуализации и облачных технологий, позволяющий отделить прикладной уровень от физического оборудования. Это обеспечивает гибкость, масштабируемость и упрощает управление инфраструктурой. Абстракция позволяет пользователям и приложениям взаимодействовать с виртуальными ресурсами так, как если бы они были физическими, скрывая сложность управления физическими ресурсами.

Понимание виртуализации и облачных технологий через концепции “many-to-one” и “one-to-many” и важность гипервизора как уровня абстракции поможет вам углубить понимание этих технологий на концептуальном уровне.

Практические примеры

Запуск нескольких операционных систем (многие к одному):
Сценарий: вам необходимо одновременно протестировать программное обеспечение в Windows, Linux и macOS.
Решение. Используйте гипервизор, например VMware или VirtualBox, для запуска нескольких виртуальных машин на одной физической машине. Каждая виртуальная машина может иметь другую операционную систему, использующую общие аппаратные ресурсы.

1. Масштабирование приложения (один ко многим):

Сценарий: Ваше веб-приложение испытывает резкий рост трафика.
Решение. Используйте Docker для контейнеризации вашего приложения и Kubernetes для управления контейнерами и их масштабирования на нескольких физических серверах. Kubernetes может динамически распределять ресурсы ЦП, памяти и сети, чтобы обеспечить хорошую работу приложения под нагрузкой.

Пример: развертывание простого приложения с помощью Kubernetes
Давайте рассмотрим процесс развертывания простого веб-приложения с использованием Docker и Kubernetes, продемонстрировав сценарий распределения ресурсов «один ко многим».

Шаг 1. Контейнеризация приложения
Сначала создайте простое веб-приложение Node.js и докерифицируйте его.

app.js:

const express = require('express');
const app = express();
app.get('/', (req, res) => {
  res.send('Hello, World!');
});
const PORT = process.env.PORT || 3000;
app.listen(PORT, () => {
  console.log(`Server is running on port ${PORT}`);
});

Dockerfile:

FROM node:14
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
EXPOSE 3000
CMD ["node", "app.js"]

Создайте образ Docker:

docker build -t my-node-app .

Шаг 2. Отправьте образ Docker в реестр.
Отправьте образ Docker в реестр контейнеров, например Docker Hub, или в частный реестр:

docker tag my-node-app your-dockerhub-username/my-node-app
docker push your-dockerhub-username/my-node-app

Шаг 3. Создайте развертывание и сервис Kubernetes
Создайте манифест развертывания и службы Kubernetes для вашего приложения.

deployment.yaml:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-node-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-node-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-node-app
    spec:
      containers:
      - name: my-node-app
        image: your-dockerhub-username/my-node-app
        ports:
        - containerPort: 3000

service.yaml:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-node-app
spec:
  selector:
    app: my-node-app
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 3000
  type: LoadBalancer

Шаг 4. Развертывание в Kubernetes
Примените манифесты Kubernetes для развертывания приложения:

kubectl apply -f deployment.yaml
kubectl apply -f service.yaml

Kubernetes теперь будет управлять вашим приложением, распределяя нагрузку между несколькими узлами и масштабируя по мере необходимости.

Заключение

Понимание облачных технологий и виртуализации на концептуальном уровне помогает прояснить их сложности. Визуализируя эти концепции как совместное использование ресурсов (многие к одному) и распределение ресурсов (один ко многим), мы можем лучше понять, как работают виртуальные машины и контейнеры, а также их соответствующие преимущества. Эта концептуальная ясность не только помогает понять технологию, но и эффективно применять ее в реальных сценариях.