آموزش تخصصی: استقرار و مدیریت Workloadهای Container (Kubernetes) مستقیماً روی Dell EMC PowerStore (ویژگی AppsON)

در عصر مدرن IT، رویکرد توسعه و استقرار اپلیکیشن‌ها به سمت Containerization و استفاده از پلتفرم‌هایی مانند Kubernetes شیفت پیدا کرده است. این تغییر، نیاز به زیرساخت‌های ذخیره‌سازی را نیز دگرگون ساخته است؛ زیرساخت‌هایی که بتوانند پاسخگوی نیازهای دینامیک و مقیاس‌پذیر Workloadهای Container باشند. Dell EMC PowerStore با ویژگی منحصربه‌فرد AppsON، امکان اجرای Workloadهای Container (شامل Kubernetes) را مستقیماً بر روی آرایه ذخیره‌سازی فراهم می‌کند. این قابلیت نه تنها پیچیدگی را کاهش می‌دهد، بلکه عملکرد و Latency را نیز به طور چشمگیری بهبود می‌بخشد.

هدف این آموزش: هدف از این آموزش، ارائه یک راهنمای تخصصی و گام به گام برای استقرار و مدیریت Workloadهای Container (Kubernetes) به صورت بومی بر روی Dell EMC PowerStore با استفاده از قابلیت AppsON است.

گام 1: آشنایی با مفاهیم پایه Container، Kubernetes و Dell EMC PowerStore

مفاهیم پیش‌نیاز:

• Container (کانتینر): یک واحد نرم‌افزاری استاندارد که کد برنامه و تمام وابستگی‌های آن (کتابخانه‌ها، تنظیمات، ران‌تایم و …) را به صورت یکجا و ایزوله بسته‌بندی می‌کند. کانتینرها مستقل از سیستم‌عامل میزبان عمل می‌کنند و قابلیت حمل‌پذیری بالایی دارند.
• Docker: محبوب‌ترین پلتفرم برای ساخت، اجرا و مدیریت کانتینرها.
• Kubernetes (K8s): یک سیستم اوپن سورس برای اتوماسیون استقرار، مقیاس‌گذاری و مدیریت اپلیکیشن‌های کانتینری. Kubernetes مدیریت خوشه‌ها (Clusters) از کانتینرها را تسهیل می‌کند.
• Pod (پاد): کوچکترین واحد قابل استقرار در Kubernetes. یک پاد می‌تواند شامل یک یا چند کانتینر باشد که منابع و شبکه را به اشتراک می‌گذارند.
• Persistent Volume (PV) / Persistent Volume Claim (PVC): در Kubernetes، PV یک قطعه ذخیره‌سازی فیزیکی یا منطقی در زیرساخت است که توسط ادمین تامین می‌شود، و PVC درخواستی است که یک پاد برای استفاده از PV ارسال می‌کند. این مفهوم برای داده‌های پایدار (Persistent Data) در کانتینرها حیاتی است.
• Dell EMC PowerStore: یک پلتفرم ذخیره‌سازی مدرن، مقیاس‌پذیر و مبتنی بر All-Flash/NVMe که برای Workloadهای مختلف از جمله دیتابیس‌ها، مجازی‌سازی و کانتینرها طراحی شده است. PowerStore قابلیت‌های پیشرفته‌ای مانند Deduplication، Compression و AppsON را ارائه می‌دهد.

توضیح گام 1: درک نیاز به AppsON برای Workloadهای کانتینری

استقرار سنتی Kubernetes روی سرورهای فیزیکی یا مجازی، به معنای مدیریت جداگانه زیرساخت ذخیره‌سازی و زیرساخت محاسباتی (سرورها) است. این رویکرد می‌تواند پیچیدگی‌هایی در مدیریت، Latency در دسترسی به داده‌ها و تنگناهای شبکه ایجاد کند.

AppsON یک ویژگی منحصربه‌فرد در Dell EMC PowerStore است که به شما امکان می‌دهد Workloadهای مجازی‌شده (VMware vSphere) و Workloadهای کانتینری (Kubernetes) را مستقیماً روی کنترلرهای PowerStore اجرا کنید. این به معنای حذف نیاز به سرورهای جداگانه برای اجرای Kubernetes در موارد خاص و نزدیک‌تر کردن لایه محاسباتی به لایه ذخیره‌سازی است.

چالش: درک اینکه چرا اجرای Kubernetes مستقیماً روی آرایه ذخیره‌سازی یک مزیت است. این مزیت عمدتاً به دلیل کاهش Latency (داده‌ها به پردازنده‌ها نزدیکترند)، ساده‌سازی مدیریت (یک پلتفرم یکپارچه)، و بهره‌برداری بهتر از منابع (استفاده از منابع محاسباتی بلااستفاده در کنترلرها) است. با این حال، این رویکرد برای همه Workloadها مناسب نیست؛ Workloadهای سنگین محاسباتی ممکن است همچنان به سرورهای اختصاصی نیاز داشته باشند.

گام 2: معماری Dell EMC PowerStore و قابلیت AppsON

مفاهیم پیش‌نیاز:

• Node (گره) در PowerStore: هر PowerStore Appliance شامل دو Node (کنترلر) است که به صورت اکتیو/اکتیو (Active/Active) عمل می‌کنند.
• Embedded VMware vSphere: PowerStore یک نسخه Embedded از VMware vSphere را درون خود (روی Nodeهای کنترلر) اجرا می‌کند. AppsON از این محیط vSphere برای میزبانی ماشین‌های مجازی استفاده می‌کند.
• VMware ESXi: هایپروایزر شرکت VMware که به صورت بومی روی سخت‌افزار اجرا می‌شود و امکان ایجاد و مدیریت ماشین‌های مجازی را فراهم می‌کند. در PowerStore، ESXi به صورت Embedded روی کنترلرها وجود دارد.
• Kubernetes Cluster: مجموعه‌ای از گره‌ها (Master و Worker) که با هم کار می‌کنند تا Workloadهای کانتینری را مدیریت کنند.

توضیح گام 2: AppsON چگونه کار می‌کند؟

AppsON از محیط Embedded VMware vSphere درون هر Node کنترلر PowerStore استفاده می‌کند. این محیط vSphere به شما امکان می‌دهد ماشین‌های مجازی را مستقیماً روی آرایه ذخیره‌سازی اجرا کنید. برای اجرای Kubernetes روی AppsON، شما یک یا چند VM را به عنوان گره‌های Kubernetes (Master و Worker) در این محیط vSphere ایجاد می‌کنید. این VMها از منابع CPU و RAM کنترلرهای PowerStore استفاده می‌کنند.

مزایای AppsON:

• هم‌مکانی (Co-location) داده و محاسبات: کاهش Latency به دلیل نزدیک بودن محل پردازش به محل ذخیره‌سازی داده‌ها.
• ساده‌سازی: حذف نیاز به زیرساخت سروری جداگانه برای استقرار K8s در موارد خاص.
• بهره‌وری منابع: استفاده بهینه از منابع سخت‌افزاری کنترلرهای PowerStore.
• ادغام با قابلیت‌های PowerStore: بهره‌مندی مستقیم از قابلیت‌های پیشرفته ذخیره‌سازی PowerStore مانند Snapshot، Replication و Thin Provisioning برای Persistent Volumeهای Kubernetes.

چالش: منابع محاسباتی (CPU و RAM) در کنترلرهای PowerStore محدود هستند. AppsON برای Workloadهای با مقیاس کوچک تا متوسط و Workloadهایی که به Latency بسیار پایین نیاز دارند، مناسب است. برای Workloadهای محاسباتی بسیار سنگین یا خوشه‌های Kubernetes بسیار بزرگ، همچنان استفاده از سرورهای اختصاصی توصیه می‌شود.

گام 3: پیش‌نیازها و برنامه‌ریزی برای استقرار Kubernetes روی AppsON

مفاهیم پیش‌نیاز:

• Network Configuration (پیکربندی شبکه): شامل VLANها، IP Addressها، و Subnetها برای ارتباط بین اجزای PowerStore، VMها و Kubernetes.
• Resource Allocation (تخصیص منابع): مدیریت و اختصاص CPU و RAM به VMهای Kubernetes.
• Storage Best Practices: بهترین روش‌ها برای پیکربندی LUNها و Volumes برای Kubernetes.

توضیح گام 3: آماده‌سازی محیط و برنامه‌ریزی منابع

قبل از استقرار، برنامه‌ریزی دقیق ضروری است:

1. بررسی سازگاری (Compatibility): اطمینان حاصل کنید که نسخه PowerStore OS شما با نسخه Kubernetes مورد نظر سازگار است. (Dell EMC معمولاً لیست نسخه‌های پشتیبانی شده را منتشر می‌کند.)
2. ارزیابی منابع: منابع CPU و RAM موجود در PowerStore را بررسی کنید و تخمین بزنید که Workloadهای Kubernetes شما چه مقدار منابع نیاز دارند. به یاد داشته باشید که منابع کنترلر باید برای عملیات اصلی ذخیره‌سازی نیز کافی باشند.
3. پیکربندی شبکه:
   • IP Addressهای مدیریتی برای PowerStore Nodeها را پیکربندی کنید.
   • VLANهای مورد نیاز برای شبکه Management، vMotion و شبکه VMها را تعریف کنید.
   • اطمینان حاصل کنید که VMهای Kubernetes می‌توانند به شبکه خارجی و سرویس‌های مورد نیاز (مانند رجیستری Docker) دسترسی داشته باشند.
4. برنامه‌ریزی برای VMهای Kubernetes:
   • تعیین تعداد Master Nodeها و Worker Nodeها (برای محیط‌های Production، حداقل 3 Master Node برای HA توصیه می‌شود).
   • تعیین اندازه (CPU و RAM) برای هر VM بر اساس نیاز Workloadهای شما.
   • انتخاب سیستم‌عامل برای VMهای Kubernetes (مانند Ubuntu Server، CentOS، CoreOS).
5. تهیه ISO فایل سیستم‌عامل: ISO فایل سیستم‌عامل انتخابی خود را برای نصب VMها آماده کنید.

چالش: تخصیص بیش از حد منابع به VMهای AppsON می‌تواند بر عملکرد اصلی ذخیره‌سازی PowerStore تأثیر منفی بگذارد. برعکس، تخصیص کمبود منابع می‌تواند منجر به عملکرد ضعیف Kubernetes شود. یافتن تعادل مناسب کلید موفقیت است.

گام 4: استقرار VMهای Kubernetes روی AppsON

مفاهیم پیش‌نیاز:

• PowerStore Manager (UI): رابط کاربری گرافیکی تحت وب PowerStore برای مدیریت آرایه.
• Datastore: یک فضای ذخیره‌سازی منطقی در محیط VMware که برای ذخیره فایل‌های VM (مانند VMX, VMDK) استفاده می‌شود.
• Volume Group (گروه Volume): در PowerStore، می‌توان چندین Volume را در یک گروه قرار داد تا عملیات Snapshot و Replication به صورت همزمان برای آن‌ها انجام شود.

توضیح گام 4: ایجاد و نصب VMهای Kubernetes

1. ورود به PowerStore Manager: از طریق مرورگر وب به آدرس IP مدیریتی PowerStore متصل شوید.
2. دسترسی به بخش AppsON: در PowerStore Manager، به بخش Compute > VMware Resources بروید. در اینجا می‌توانید محیط Embedded vSphere را مشاهده کنید.
3. ایجاد Datastore برای VMها:
   • یک Volume (به عنوان مثال، 500GB یا بیشتر) برای ذخیره VMهای Kubernetes ایجاد کنید.
   • این Volume را به عنوان یک Datastore به محیط Embedded vSphere معرفی کنید.
4. ایجاد ماشین‌های مجازی (VMs):
   • در PowerStore Manager، در بخش Compute > Virtual Machines، گزینه “Create Virtual Machine” را انتخاب کنید.
   • ISO سیستم‌عامل را Mount کرده و سیستم‌عامل را روی هر VM نصب کنید.
   • منابع CPU و RAM را طبق برنامه‌ریزی خود برای هر Master و Worker VM اختصاص دهید.
   • کارت‌های شبکه (NICs) را برای هر VM پیکربندی کنید تا به شبکه مورد نظر شما متصل شوند.
5. پیکربندی شبکه در VMها: پس از نصب سیستم‌عامل، IP Addressهای ثابت را برای هر VM (Master و Worker) پیکربندی کنید.

چالش: اطمینان از صحت پیکربندی شبکه برای VMها و اطمینان از دسترسی آنها به اینترنت (برای دانلود پکیج‌های Kubernetes) از چالش‌های اصلی این مرحله است. همچنین، منابع اختصاص یافته به VMها باید به دقت مدیریت شوند.

گام 5: نصب و پیکربندی Kubernetes (Kubeadm)

مفاهیم پیش‌نیاز:

• kubeadm: ابزاری برای بوت‌استرپ کردن یک خوشه Kubernetes.
• kubectl: ابزاری برای ارتباط با API Server Kubernetes و مدیریت خوشه.
• kubelet: عامل (Agent) که روی هر گره (Node) در خوشه اجرا می‌شود و مسئول مدیریت پادها است.
• Container Network Interface (CNI) Plugin: یک افزونه شبکه برای Kubernetes که امکان ارتباط بین پادها را فراهم می‌کند (مانند Calico, Flannel).
• StorageClass: یک مفهوم در Kubernetes که نحوه تامین دینامیک Persistent Volumeها را تعریف می‌کند.

توضیح گام 5: راه‌اندازی خوشه Kubernetes

پس از آماده‌سازی VMها، نوبت به نصب Kubernetes می‌رسد.

1. نصب پیش‌نیازها: در تمام VMها (Master و Worker) Docker و kubeadm، kubelet و kubectl را نصب کنید.
2. راه‌اندازی Master Node:
   • روی Master Node، دستور kubeadm init را برای شروع خوشه اجرا کنید. این دستور فایل‌های پیکربندی اولیه Kubernetes را ایجاد می‌کند.
   • پس از اتمام، دستوراتی برای تنظیم kubectl و یک دستور kubeadm join برای اضافه کردن Worker Nodeها نمایش داده می‌شود.
3. نصب CNI Plugin: پس از راه‌اندازی Master، یک CNI Plugin (مانند Calico یا Flannel) را نصب کنید تا ارتباط بین پادها برقرار شود.
4. اضافه کردن Worker Nodeها: روی هر Worker Node، دستور kubeadm join که از Master Node دریافت کرده‌اید را اجرا کنید تا به خوشه بپیوندند.
5. نصب Dell EMC CSI Driver:
   • برای اینکه Kubernetes بتواند از ذخیره‌سازی PowerStore برای Persistent Volumeها استفاده کند، باید Dell EMC CSI Driver (Container Storage Interface) را نصب کنید.
   • این درایور به Kubernetes امکان می‌دهد تا StorageClassها را تعریف کرده و Persistent Volumeها را به صورت دینامیک از PowerStore Provision کند. (مراحل نصب CSI Driver معمولاً شامل ایجاد Secretها، Deploy کردن پادهای CSI و تعریف StorageClass است که از طریق فایل‌های YAML انجام می‌شود).
6. ایجاد StorageClass: با استفاده از CSI Driver، یک StorageClass در Kubernetes ایجاد کنید که به PowerStore اشاره کند. این StorageClass تعیین می‌کند که چگونه Persistent Volumeها از PowerStore تامین شوند (مثلاً با نوع Provisioning خاص یا Snapshot Policy).

چالش: نصب Kubernetes و پیکربندی CSI Driver نیازمند دانش عمیق از Kubernetes و درک فایل‌های YAML است. اشکال‌زدایی مشکلات شبکه و اتصال در این مرحله می‌تواند زمان‌بر باشد.

گام 6: استقرار Workloadهای Container و مدیریت Persistent Volumeها

مفاهیم پیش‌نیاز:

• Deployment (دیپلوی): یک آبجکت Kubernetes برای مدیریت استقرار و به‌روزرسانی پادها.
• Service (سرویس): یک آبجکت Kubernetes که مجموعه‌ای از پادها را به صورت منطقی گروه‌بندی کرده و دسترسی به آن‌ها را از طریق یک IP و پورت پایدار فراهم می‌کند.
• Namespace: یک راه برای تقسیم‌بندی منابع یک خوشه Kubernetes به صورت منطقی.

توضیح گام 6: اجرای اپلیکیشن‌های کانتینری و استفاده از PowerStore

پس از راه‌اندازی خوشه و نصب CSI Driver، می‌توانید Workloadهای کانتینری خود را استقرار دهید و از Persistent Volumeهای تامین شده توسط PowerStore استفاده کنید.

1. تعریف Persistent Volume Claim (PVC):
   • در فایل YAML مربوط به Deployment یا StatefulSet خود، یک PVC تعریف کنید.
   • این PVC باید به StorageClassی که در گام قبل ایجاد کردید، اشاره کند.
   • به عنوان مثال:

     apiVersion: v1
     kind: PersistentVolumeClaim
     metadata:
       name: my-app-pvc
     spec:
       accessModes:
         - ReadWriteOnce
       resources:
         requests:
           storage: 10Gi
       storageClassName: powerstore-sc # نام StorageClass شما

2. استقرار Workload: Deploymentها یا StatefulSetهای خود را با ارجاع به PVC ایجاد شده، مستقر کنید. Kubernetes به صورت خودکار یک Persistent Volume (LUN) بر روی PowerStore ایجاد کرده و آن را به پاد شما Mount می‌کند.
3. بررسی وضعیت:
   • با دستور kubectl get pvc و kubectl get pv وضعیت Persistent Volumeها را بررسی کنید.
   • با دستور kubectl get pods وضعیت پادهای خود را مشاهده کنید.
   • در PowerStore Manager، می‌توانید LUNهای ایجاد شده توسط CSI Driver را مشاهده کنید که به عنوان Persistent Volume برای Kubernetes شما عمل می‌کنند.
4. مدیریت Snapshot و Clone:
   • Dell EMC CSI Driver از قابلیت‌های Snapshot و Clone PowerStore پشتیبانی می‌کند.
   • می‌توانید با استفاده از Kubernetes Snapshot API، از Persistent Volumeهای خود Snapshot تهیه کرده و آن‌ها را به عنوان Volume جدید بازیابی کنید. این کار به شما امکان می‌دهد تا پشتیبان‌گیری و بازیابی سریع داده‌ها را مستقیماً از طریق Kubernetes انجام دهید.

چالش: اشکال‌زدایی مشکلات مربوط به Persistent Volumeها، مانند عدم Mount شدن یا دسترسی، می‌تواند پیچیده باشد. درک صحیح از مفاهیم PV/PVC و StorageClass برای مدیریت موفقیت‌آمیز داده‌های پایدار در Kubernetes ضروری است.

گام 7: نظارت، مقیاس‌گذاری و بهترین روش‌ها

مفاهیم پیش‌نیاز:

• Monitoring Tools (ابزارهای نظارتی): ابزارهایی برای جمع‌آوری و نمایش معیارهای عملکردی (مانند Prometheus و Grafana).
• Logging (لاگ‌گیری): جمع‌آآوری و تحلیل لاگ‌های سیستم و اپلیکیشن (مانند ELK Stack).
• Capacity Planning (برنامه‌ریزی ظرفیت): تخمین نیازهای ذخیره‌سازی و محاسباتی آینده.

توضیح گام 7: نگهداری و بهینه‌سازی خوشه

پس از استقرار اولیه، نظارت و نگهداری مداوم برای اطمینان از عملکرد و پایداری خوشه حیاتی است.

1. نظارت بر منابع AppsON:
   • در PowerStore Manager، منابع CPU و RAM استفاده شده توسط VMهای AppsON را رصد کنید.
   • اطمینان حاصل کنید که این استفاده از منابع بر عملکرد اصلی ذخیره‌سازی PowerStore تأثیر منفی نمی‌گذارد.
   • همچنین، وضعیت سلامت و عملکرد کنترلرها را بررسی کنید.
2. نظارت بر Kubernetes:
   • از ابزارهای نظارتی مانند Prometheus و Grafana برای جمع‌آوری معیارهای عملکردی از خوشه Kubernetes (CPU/Memory Usage، Network Traffic، Disk I/O) استفاده کنید.
   • لاگ‌های پادها را بررسی کنید تا مشکلات اپلیکیشن‌ها را شناسایی کنید.
3. مقیاس‌گذاری (Scaling):
   • در صورت نیاز به منابع محاسباتی بیشتر برای Kubernetes، می‌توانید VMهای Worker Node بیشتری را روی AppsON ایجاد کنید (تا زمانی که منابع PowerStore اجازه می‌دهد).
   • برای Workloadهای بسیار بزرگ، ممکن است لازم باشد بخشی از خوشه را به سرورهای فیزیکی یا مجازی خارج از AppsON منتقل کنید.
4. به‌روزرسانی (Upgrades):
   • فرآیند به‌روزرسانی PowerStore OS و همچنین نسخه Kubernetes و CSI Driver را درک کنید.
   • همیشه قبل از به‌روزرسانی در محیط Production، در محیط Test آن را آزمایش کنید.
5. بهترین روش‌ها (Best Practices):
   • برای Workloadهای حیاتی، از Persistent Volumeهایی با سیاست‌های Snapshot و Replication مناسب استفاده کنید.
   • از Namespaceها برای جداسازی منطقی Workloadها در Kubernetes استفاده کنید.
   • برای Workloadهای حساس به عملکرد، از Node Selectorها برای اطمینان از قرارگیری پادها روی گره‌های AppsON با منابع کافی استفاده کنید.

چالش: مدیریت چرخه حیات (Life Cycle Management) یک خوشه Kubernetes، از جمله به‌روزرسانی‌ها و مقیاس‌گذاری، می‌تواند پیچیده باشد. نیاز به دانش و تجربه در هر دو حوزه ذخیره‌سازی و Kubernetes است.

نتیجه‌گیری

استقرار و مدیریت Workloadهای Container (Kubernetes) مستقیماً بر روی Dell EMC PowerStore با ویژگی AppsON، یک رویکرد نوین و قدرتمند برای ساده‌سازی زیرساخت و بهبود عملکرد است. این قابلیت با کاهش Latency و ادغام عمیق با قابلیت‌های ذخیره‌سازی PowerStore، مزایای قابل توجهی را ارائه می‌دهد. با درک دقیق مفاهیم، برنامه‌ریزی صحیح و نظارت مداوم، می‌توانید از این قابلیت به نحو احسن برای نیازهای Workloadهای کانتینری خود بهره‌برداری کنید.