طی سال‌های اخیر در حوزه برنامه نویسی، استفاده از کوبرنتیز افزایش چشم‌گیری پیدا کرده است و حتی شرکت‌های کوچک و استارتاپ‌های بسیاری به سراغ استفاده از آن رفته‌اند.به همین دلیل یادگیری کوبرنتیز برای توسعه‌دهندگان، مهندسان نرم‌افزار و البته مهندسان دواپس (DevOps) اهمیت بسیار زیادی پیدا کرده است. اما به راستی کوبرنتیز چیست؟ اگر در دنیای کوبرنتیز تازه کار هستید، ممکن است با جستجو درمورد آن کمی گیج شوید؛ چراکه کوبرنتیز با وجود محبوبیت روزافزون خود بسیار پیچیده است و تلاش برای یادگیری مفاهیم اولیه آن نیز می‌تواند زمانبر و چالش برانگیز باشد. این مقاله یک راهنمای کامل درباره همه چیزهایی است که باید در مورد کوبرنتیز بدانید. در این مقاله معماری کوبرنتیز، اجزای اصلی و موارد مهم هنگام استفاده از آن را در سناریوهای واقعی بررسی خواهیم کرد. سپس در مورد ویژگی‌های مثبت و منفی کوبرنتیز بحث خواهیم کرد و اینکه چگونه کوبرنتیز می‌تواند سختی‌های مدیریت لاگ را کاهش دهد.
خاستگاه کوبرنتیز چیست؟
در طی زمان سازمان‌ها تصمیم گرفتند تا از کدنویسی یکپارچه برنامه‌های کاربردی چشم پوشی کرده و این برنامه‌های بزرگ را در قالب اجزای کوچک‌تر درآورند. این بخش‌های کوچک و مستقل میکروسرویس نامیده می‌شوند و می‌توانند جداگانه طراحی شوند. همین موضوع به‌روزرسانی و مقیاس‌بندی آنها را آسان می‌کند. با افزایش اجزای قابل استقرار و مراکز داده، مدیریت، پیکربندی و اجرای موفقیت آمیز این بخش‌ها در چندین محیط با استفاده از اسکریپتها و ابزارهای خودکار، فرآیند برنامه نویسی و پیاده سازی بسیار پیچیده‌تر شد. در نتیجه مفهوم کانتینر (container) و بعد از آن، مواردی مانند کوبرنتیز در برنامه نویسی معرفی شدند. برای اینکه بدانید کوبرنتیز چیست ابتدا باید با کانتینر آشنا باشید. پس ابتدا بررسی می‌کنیم که کانتینر در برنامه نویسی چه نقشی دارد؟
کانتینر (container) چیست؟
اگر تجربه کدنویسی در یک تیم و به صورت گروهی را داشته باشید، احتمالا برایتان پیش آمده که فردی برنامه‌ای را برایتان ارسال کند و شما در اجرای آن، دچار خطاهای مختلف ورژنی شوید. در اینجا اگر محیطی مانند ماشین مجازی وجود داشته باشد کار بسیار راحت می‌شود تا به صورت ایزوله و بدون دردسر برنامه را اجرا کنید. کانتینرها نیز کمابیش مشابه ماشین‌های مجازی هستند و همین نیاز را برآورده می‌کنند. یک کانتینر در مقایسه با ماشین مجازی بسیار سبک‌تر است و نیازی نیست تا به‌ازای هر کانتینر یک سیستم عامل داشته باشید. یکی از نقاط قوت کانتینرها این است که رویکردی مشابه میکروسرویس‌ها دارند؛ یعنی می‌توان اپلیکیشن را به بخش‌های مختلف تقسیم کرد (مانند دیتابیس، فرانت‌اند اپلیکشن و…). این کار موجب مدیریت آسانتر برنامه‌ها شده و اختلال را کاهش می‌دهد. در حل حاضر کانتینرها در ایجاد برنامه‌های کاربردی فراگیر شده‌اند. میل به برنامه‌های مقیاس‌پذیر و با کارایی بالا، بسیاری را به سمت فناوری‌هایی مانند کوبرنتیز سوق داده است.
کوبرنتیز چیست؟
کوبرنتیز (Kubernetes) یک پلتفرم متن باز است که به برنامه‌های کاربردی کانتینری اختصاص داده شده است. این نام دارای ریشه یونانی و به معنای سکان دار یا خلبان است. خوب است که این را در پس ذهن خود نگه دارید، زیرا فهم جزئیات و نحوه عملکرد کوبرنتیز برای افراد مبتدی اصلا آسان نیست. در اصل، کوبرنتیز به توسعه و استقرار برنامه‌ها به شیوه‌ای ساده کمک می‌کند. در این روش تا حد امکان برنامه‌های نرم‌افزاری غیر ضروری حذف می‌شوند. کوبرنتیز را به عنوان سیستمی در نظر بگیرید که به توسعه دهندگان کمک می‌کند تا چندین کانتینر را به صورت همزمان در محیط‌های مختلف (فیزیکی، مجازی و یا ابری) اجرا کنند. به بیانی دیگر، در قلب هر پلتفرم کوبرنتیز چندین کانتینر قرار دارد. در حالت عادی در توسعه نرم افزار باید از کتابخانه‌های مختلف بهره ببرید و این کتابخانه‌ها گاهی اوقات روی خود کامپیوتر قرار دارند. اما همانطور که گفتیم، ایده اصلی کانتینر این است که تمام قسمت‌های غیر ضروری برنامه را بردارید و فقط قطعاتی از سیستم‌عامل (OS) که واقعا به آنها نیاز دارید باقی بماند. 
تصویر بالا یک نما از چگونگی کارکرد کوبرنتیز را نشان می‌دهد. اگر با مفاهیم آن ناآشنا هستید نگران نباشید، جلوتر هر جز را به صورت مفصل توضیح خواهیم داد.
مزایای کوبرنتیز
به نظر می‌رسد شرکت‌ها هر روز فناوری‌های جدیدی را توسعه می‌دهند که برای ساده‌سازی گردش‌های کاری توسعه اختصاص داده شده است، بنابراین چه چیزی کوبرنتیز را از فرآیندهای توسعه و استقرار سنتی متمایز می‌کند و چگونه کوبرنتیز خود را از تجربیات استقرار مشابه جدا می‌کند؟ برخی از مزایای کوبرنتیز عبارتند از:
در دسترس بودن
اگر سیستمی پاسخگو و همیشه در دسترس باشد، بسیار مفید است. کوبرنتیز نه تنها مدیریت کانتینرها را بسیار آسانتر می‌کند، بلکه مؤلفه‌های اساسی را در چندین کلاستر اصلی تکرار کرده و در نتیجه از خرابی جلوگیری می‌کند.
مقیاس پذیری و کارایی بالا
کوبرنتیز برنامه شما را برای افزایش یا کاهش لود اطلاعات انعطاف پذیرتر و سازگارتر می‌کند. بنابراین، در حالی که ترافیک زیاد شده و کاربران به دنبال ورود به برنامه شما هستند، می‌توانید سرعت را افزایش دهید.
بازیابی و پشتیبان گیری
اگر سرور مرکزی یک زیرساخت دچار حادثه شود، کوبرنتیز امکان بازیابی اطلاعات از دست رفته را با کمک ETCD فراهم می‌کند. این مکانیسم داده‌های از دست رفته را در برنامه کانتینری شده پس از بازیابی به آخرین وضعیت بازیابی می‌کند.
بهره وری در سیستم‌های بزرگ
در تیم‌های بزرگ توسعه، عملیات استقرار و مدیریت برنامه‌ها با کوبرنتیز بسیار کم هزینه‌تر از انجام دستی با استفاده از اسکریپتها است.
معایب کوبرنتیز
با وجود تمامی تعاریف گفته شده، کوبرنتیز دارای محدودیت‌هایی نیز می‌باشد. در این بخش سه عامل مهمی را معرفی می‌کنیم تا متوجه شوید که چرا برخی ترجیح می‌دهند به سراغ کوبرنتیز نروند.
یادگیری سخت
آشنایی با چگونگی استفاده از کوبرنتیز ترسناک‌ترین بخش استفاده از این ابزار است. به دلیل گستردگی فناوری، یادگیری کوبرنتیز چالش برانگیز است و نیاز به درک گسترده مفاهیم اساسی دواپس دارد. در نتیجه، بسیاری از توسعه دهندگان و مهندسان این فرآیند را زمان بر و خسته کننده می‌دانند. اما نگران نباشید، در دوره آموزش کوبرنتیز این مطالب به روان‌ترین شکل ممکن بیان شده است و می‌توانید روند یادگیری راحتی داشته باشید. یکی از تفاوت‌های اساسی این دوره با سایر دوره‌های آموزش کوبرنتیز، آموزش کاربردی مفاهیم به همراه تجربه مدرس است. در واقع هدف از ارائه این دوره صرفا معرفی این ابزار نیست بلکه دست پیدا کردن به تفکر چالش‌پذیر، حل مسئله و تسلط بر این پلتفرم است. تجربیات عملی مدرس که در این دوره منتقل می‌شود بخش مهمی از این دوره آموزشی را تشکیل خواهد داد. در این دوره، کوبرنتیز (Kubernetes) را به صورت مفهومی و عمیق یاد خواهید گرفت و از کار با آن لذت خواهید برد.
منابع فشرده
هنگامی که در حال محاسبه هزینه مهاجرت به کوبرنتیز هستید، باید هزینه‌های منابع را برای نگهداری موتورهای کوبرنتیز در نظر بگیرید که ممکن است مدیریت آن پیچیده و زمان بر باشد. در برنامه‌های کاربردی در مقیاس کوچک، مهاجرت به کوبرنتیز ممکن است صرفه اقتصادی نداشته و تأثیرش نسبت به استفاده در سیستم‌های بزرگ ناچیز به نظر آید. این بدان معناست که تیم شما ممکن است زمان بیشتری را صرف مدیریت محیط کوبرنتیز کند تا توسعه قابلیت‌های تجاری جدید.
هزینه سوئیچینگ بالا
انتقال از یک برنامه غیر کانتینری به یک برنامه کانتینری آسان نیست. یادگیری کوبرنتیز پیچیده است و به عنوان صاحب پروژه، باید زمان و هزینه قابل توجهی را برای آموزش مهندسان خود یا استخدام مهندسان تحصیل کرده صرف کنید. علاوه بر این، هزینه زیرساخت اجرای کوبرنتیز بالا است. بنابراین، ممکن است بیشتر از آنچه که باید هزینه کنید. 
کاربردهای کوبرنتیز
چرا باید از کوبرنتیز استفاده کنیم؟ ابزارهایی مانند کوبرنتیز مزایای بسیاری برای توسعه دهندگان و تیم عملیات دارد. علاوه بر آسانتر کردن فرآیند کدنویسی، استقرار و کنترل برنامه‌های نرم‌افزاری، برخی از فواید دیگر کوبرنتیز عبارتند از:
- ذخیره سازی: کوبرنتیز به شما این امکان را می‌دهد که سیستم ذخیره سازی مورد علاقه خود را برای نصب انتخاب کنید. این محیط می‌تواند یک فضای محلی، تحت شبکه و یا یک فضای ابری مانند AWS باشد.
- بازیابی: فرض کنید به دلایلی داده‌های یک زیرساخت از دست می‌رود. کوبرنتیز می‌تواند داده‌ها را بازیابی کند و یا بخشهایی را که به درستی به کاربر پاسخ نمی‌دهند، دوباره راه‌اندازی، جایگزین یا خاموش کند.
- ایجاد تعادل: می‌توانید ترافیک شبکه را در یک کانتینر متعادل توزیع کنید تا سرعت و بهینگی با افزایش یا کاهش بار به صورت خودکار تنظیم شود. همچنین با استفاده از نام DNS یا آدرس IP، کوبرنتیز می‌تواند دسترسی به کانتینرها را آسانتر کند.
- حفظ اسرار: با استفاده از کانفیگهای موجود، کوبرنتیز به شما امکان می‌دهد تا اطلاعات محرمانه مانند رمزهای عبور، نشانه‌های OAuth و کلیدهای SSH را ذخیره و مدیریت کنید.
- مدیریت پیکربندی: کوبرنتیز به شما کمک می‌کند که پیکربندیهای برنامه را آپدیت کرده و صرفا داده‌های متنی را بدون نیاز به آپدیت تصاویر کانتینر، به روز کنید.
- چرخه عمر توسعه نرم افزار (CI/CD): برای اکثر برنامه‌های کاربردی کانتینری، مدیریت CI/CD یک نقطه دردسر است زیرا احتمالاً بیش از 100 نمونه برنامه در حال اجرا وجود دارد. اما در کوبرنتیز آپدیت در برنامه‌های متمرکز ساده است: کوبرنتیز به‌طور خودکار تغییرات را مدیریت می‌کند. همچنین می‌توانید به کوبرنتیز دستور دهید تا تغییرات را چگونه مدیریت کند.
مفاهیم پایه در کوبرنتیز
قبل از شروع کار با کوبرنتیز باید با چند مفهوم اساسی که در معماری سیستم آن استفاده می‌شود آشنا باشیم. این مفاهیم به شرح زیر می‌باشد:
- گره (node)
- خوشه (cluster)
- پاد (Pod)
- سرویس (service)
- Kubectl
- Kubelet
- ورود (ingress)
- اسرار (secrets)
در ادامه به معرفی هر مفهوم می‌پردازیم.
گره
گره یا نود، یک ماشین مجازی یا فیزیکی است که شامل انواع خدمات مورد نیاز برای اجرای برنامه است. بخش کنترل گره‌ها را مدیریت می‌کند و یک خوشه معمولی کوبرنتیز نیز ممکن است دارای گره‌های متعدد باشد.
خوشه
یک خوشه از چندین گره تشکیل می‌شود. در کوبرنتیز اگر یکی از گره‌ها خراب شود، همچنان می‌توانید به گره‌های دیگر دسترسی داشته باشید.
پاد
کوچک‌ترین واحد قابل استقرار در کوبرنتیز ، Pod نامیده می‌شود. Pod یک نمونه از یک برنامه کوبرنتیز است که مسئولیت اجرای آن را نیز برعهده دارد. این برنامه حاوی یک مخزن و یا شامل چند مخزن وابسته به یکدیگر است و این منابع به اشتراک گذاشته می‌شود. Pod از تمامی مخازن زمان اجرا به خوبی پشتیبانی می‌کند. داکر (Docker) که یکی از محبوب‌ترین مخازن زمان اجرا است، نیز از Pod استفاده می‌کند. 
سرویس
یک سرویس یک آدرس آیپی (IP) ثابت است که به هر پاد متصل می‌شود. نکته قابل توجه این است که چرخه عمر یک پاد و سرویس به هم متصل نیست و بنابراین ممکن است یک سرویس حتی پس از مرگ پاد نیز ادامه یابد.
Kubectl
این رابط خط فرمان برای انجام عملیاتهای کوبرنتیز در خوشه است.
Kubelet
یک فرآیند کوبرنتیز است که به خوشه‌ها اجازه می‌دهد با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این فرآیند هر گره در خوشه را کنترل کرده و اطمینان حاصل می‌کند که کانتینرها در یک پاد به درستی اجرا شوند.
ورود
ورود یک شی API است که امکان دسترسی خارجی به خدمات با خوشه را فراهم می‌کند. برای خواندن اطلاعات منابع ورودی، پردازش آن داده‌ها و دریافت ترافیک به خوشه کوبرنتیز شما به یک کنترل کننده ورودی نیاز دارید.
اسرار
این شی داده‌های حساس مانند رمزهای عبور و کلیدهای API را ذخیره می‌کند. اشیای اسرار شبیه کانفیگ مپ‌ها (ConfigMaps) هستند ، با این تفاوت که داده‌های محرمانه را در قالب متن ساده نگه می‌دارند. با توجه به این محرمانه بودن، اجزای مخفی باید با استفاده از ابزارهای واسط رمزگذاری شوند.
آشنایی با معماری کوبرنتیز
حال که با مفاهیم اصلی آشنا شدید، در این بخش ساختار و معماری اصلی کوبرنتیز را بررسی می‌کنیم. خوشه کوبرنتیز شامل گره‌های رایانه‌ای زیادی است که به گره‌های اصلی و کارگر تقسیم می‌شوند. با کوبرنتیز، می‌توانید برنامه‌های نرم‌افزاری خود را بر روی هزاران گره اجرا کنید، به‌گونه‌ای که انگار یک رایانه واحد و عظیم هستند.
گره اصلی
هر خوشه شامل حداقل یک گره اصلی است که میزبان بخش کنترل کوبرنتیز است که کل سیستم کوبرنتیز را کنترل و مدیریت می‌کند. گره اصلی تمام فرآیندهای حیاتی را که در برنامه کوبرنتیز شما اجرا می‌شوند نگه می‌دارد. چند گره کارگر به این گره اصلی متصل هستند، اما ارزش کمتری نسبت به گره اصلی برای خوشه دارند. نکته مهم این است که اگر دسترسی به گره اصلی را از دست بدهید، به طور کلی دسترسی به خوشه را از دست خواهید داد.
گره کارگر
گره‌های کارگر همان چیزی هستند که برنامه‌های کاربردی را اجرا می‌کنند. هر گره کارگر شامل چندین کانتینر از برنامه‌های مختلف است که روی آن اجرا می‌شوند. آنها بزرگ هستند و حاوی منابع زیادی هستند، و در نتیجه، گره کارگر بیشتر حجم کاری برنامه کوبرنتیز شما را انجام می‌دهد. گره‌های کارگر دارای یک فرآیند Kubelet یا همان خط فرمان هستند که برای اجرا بر روی آنها طراحی شده است. 
مدیریت کنترل
مدیریت کنترل یک نمای کلی از فعالیت‌هایی که در خوشه اتفاق می‌افتد را نگه می‌دارد و کارهای مربوط به تعمیرات، تکثیر اجزا و راه‌اندازی مجدد کانتینرها را انجام می‌دهد.
ETCD
ETCD عملیات ذخیره‌سازی با ارزش کلیدی است که برای پشتیبان‌گیری از فضای ذخیره‌سازی طراحی شده است. این عملیات شامل داده‌های پیکربندی و داده‌های وضعیت هر گره و هر مخزن موجود در گره است. قابلیت پشتیبان گیری و تعمیر کوبرنتیز به دلیل وجود ETCD قابل اجرا است.
سرور API
این بخش، نقطه ورود به یک خوشه کوبرنتیز است؛ نقطه‌ای که کاربران کوبرنتیز با خوشه ارتباط برقرار می‌کنند. این ارتباط می‌تواند از طریق رابط کاربری (UI) یا اسکریپتها و یک ابزار خط فرمان اتفاق بیفتد.
برنامه ریز
فرآیندی هوشمند است که برای مدیریت Pod طراحی شده است. برنامه ریز کانتینرها را بر روی گره‌های مختلف و بر اساس منابع سرور موجود در حجم کاری آنها زمان بندی می‌کند. این برنامه ریز است که تصمیم می‌گیرد که کدام کانتینرهای گره کارگر باید در چه زمانی در حال اجرا باشند.
مدیریت سوابق در کوبرنتیز
در بخش‌های قبل مزایای کوبرنتیز و اینکه چگونه مدیریت برنامه‌های کانتینری را آسانتر می‌کند، توضیح دادیم. با این حال، این مزایا به دلیل ماهیت زودگذر و پویای کوبرنتیز چالش‌های جدیدی را به همراه داشت. یکی از چالش‌های اصلی این است که چگونه سوابق کوبرنتیز را مدیریت کنید. اگرچه کوبرنتیز دارای قابلیت ثبت و نظارت است، اما به صورت ذاتی مدیریت گزارش پیچیده است. به همین دلیل است که به ابزارهای مدیریت گزارش خارج از کوبرنتیز مانند Papertrail نیاز دارید تا به شما کمک کند گزارش‌ها را برای خوشه خود جمع‌آوری و جمع‌آوری کنید.
Papertrail و کوبرنتیز
Papertrail یک ابزار مدیریت گزارش است که سیستم مدیریت لاگ ساده و قدرتمندی را ارائه می‌دهد که توسط مهندسان طراحی شده است تا سریع عیب یابی کنید و از داده‌های گزارش شده بیشترین بهره را ببرید. Papertrail برای جستجوی آسان، داده‌های گزارش را از برنامه‌ها، دستگاه‌ها و پلتفرم‌ها در یک مکان مرکزی جمع‌آوری می‌کند و به وسیله آن می‌توانید رویدادها را در لحظه در یک رابط کاربری دنبال کنید. راه اندازی Papertrail سریع و استفاده از آن آسان است و به شما کمک می‌کند تا زمان کمتری را برای عیب یابی صرف کنید.
جمع بندی
تسلط بر کوبرنتیز یکی از پیش‌نیازهای حرفه‌ای شدن در حوزه نرم‌افزار است. به همین دلیل در این مقاله ما درمورد اینکه کوبرنتیز چیست صحبت کردیم. بعد از یادگیری کوبرنتیز، می‌توانید موقعیت‌های شغلی بهتری نسبت به قبل پیدا کنید و انتظار درآمد بالاتری نیز داشته باشید. اگر نگاهی به آگهی‌های شغلی حوزه نرم‌افزار در سراسر دنیا داشته باشید، متوجه خواهید شد که بازار کار این پلتفرم به سرعت درحال بهبود و رشد است. آیا تاکنون با کوبرنتیز تجربه کار داشتید؟ یا هنوز درمورد اینکه Kubernetes چیست سوال دارید؟ می‌توانید گفته‌های خود را در بخش نظرات با ما و سایر کاربران سون لرن درمیان بگذارید.