Controllers

Trong lĩnh vực robot và tự động hóa, một vòng lặp điều khiển là vòng lặp không kết thúc giúp điều chỉnh trạng thái của một hệ thống.

Dưới đây là một ví dụ về vòng lặp điều khiển: một bộ điều chỉnh nhiệt độ trong phòng.

• Khi bạn thiết lập nhiệt độ, điều đó nghĩa là bạn đang thông báo cho bộ điều chỉnh nhiệt về trạng thái mong muốn của bạn. Nhiệt độ thực tế của phòng là trạng thái hiện tại. - Bộ điều chỉnh nhiệt hoạt động để đưa trạng thái hiện tại gần hơn với trạng thái mong muốn, bằng cách bật hoặc tắt thiết bị.

Trong Kubernetes, các controller là các vòng lặp điều khiển quan sát trạng thái của cluster của bạn, sau đó thực hiện hoặc yêu cầu các thay đổi khi cần thiết. Mỗi controller cố gắng di chuyển trạng thái hiện tại của cluster gần hơn với trạng thái mong muốn.

Mô hình Controller

• Một controller theo dõi ít nhất một loại tài nguyên Kubernetes. Những đối tượng này có một trường spec đại diện cho trạng thái mong muốn. Các controller cho tài nguyên đó chịu trách nhiệm làm cho trạng thái hiện tại gần hơn với trạng thái mong muốn.

• Controller có thể tự thực hiện hành động; thường thấy hơn, trong Kubernetes, một controller sẽ gửi tin nhắn tới máy chủ API mang lại hiệu ứng hữu ích. Bạn sẽ thấy ví dụ về điều này bên dưới.

Điều khiển qua Máy chủ API

• Controller Job là một ví dụ về controller tích hợp sẵn của Kubernetes. Các controller tích hợp sẵn quản lý trạng thái bằng cách tương tác với máy chủ API của cluster.

• Job là một tài nguyên Kubernetes chạy một Pod, hoặc có thể là nhiều Pods, để thực hiện một nhiệm vụ và sau đó dừng lại.

(Một khi được lên lịch, các đối tượng Pod trở thành phần của trạng thái mong muốn cho một kubelet).

• Khi controller Job thấy một nhiệm vụ mới, nó đảm bảo rằng, ở đâu đó trong cluster của bạn, các kubelet trên một nhóm Nodes đang chạy số lượng Pods đúng để hoàn thành công việc. Controller Job không chạy bất kỳ Pod hoặc container nào. Thay vào đó, controller Job yêu cầu máy chủ API tạo hoặc xóa Pods. Các thành phần khác trong controller thực hiện theo thông tin mới (có Pods mới cần được lên lịch và chạy), và cuối cùng công việc được hoàn thành.

• Sau khi bạn tạo một Job mới, trạng thái mong muốn là cho Job đó được hoàn thành. Controller Job làm cho trạng thái hiện tại của Job đó gần hơn với trạng thái mong muốn: tạo Pods thực hiện công việc bạn muốn cho Job đó, để Job gần hơn với việc hoàn thành.

• Các controller cũng cập nhật các đối tượng cấu hình cho chúng. Ví dụ: một khi công việc được hoàn thành cho một Job, controller Job cập nhật đối tượng Job đó để đánh dấu nó đã hoàn thành.

(Điều này giống như cách một số bộ điều chỉnh nhiệt tắt đèn để chỉ ra rằng phòng của bạn hiện ở nhiệt độ bạn đã thiết lập).

Điều khiển Trực tiếp

• Trái ngược với Job, một số controller cần thực hiện thay đổi đối với những thứ bên ngoài cluster của bạn.

• Ví dụ, nếu bạn sử dụng một vòng lặp điều khiển để đảm bảo có đủ Nodes trong cluster của bạn, thì controller đó cần một thứ gì đó bên ngoài cluster hiện tại để thiết lập Nodes mới khi cần thiết.

• Các controller tương tác với trạng thái bên ngoài tìm trạng thái mong muốn từ máy chủ API, sau đó trực tiếp giao tiếp với một hệ thống bên ngoài để đưa trạng thái hiện tại gần hơn.

(Thực tế có một controller điều chỉnh quy mô các nodes trong cluster của bạn theo chiều ngang).

• Điểm quan trọng ở đây là controller thực hiện một số thay đổi để đạt được trạng thái mong muốn, sau đó báo cáo trạng thái hiện tại trở lại máy chủ API của cluster. Các vòng lặp điều khiển khác có thể quan sát dữ liệu được báo cáo và thực hiện các hành động của riêng mình.

• Trong ví dụ về bộ điều chỉnh nhiệt, nếu phòng rất lạnh thì một controller khác cũng có thể bật máy sưởi chống đóng băng. Đối với các cluster Kubernetes, controller gián tiếp làm việc với các công cụ quản lý địa chỉ IP, dịch vụ lưu trữ, API của nhà cung cấp dịch vụ đám mây và các dịch vụ khác bằng cách mở rộng Kubernetes để triển khai điều đó.

Trạng thái mong muốn và trạng thái hiện tại

Kubernetes xem xét hệ thống theo góc nhìn điện toán đám mây, và do đó có thể xử lý các thay đổi.

Cụm của bạn có thể thay đổi bất kỳ lúc nào khi công việc diễn ra và các vòng lặp điều khiển tự động khắc phục lỗi. Điều này có nghĩa: cụm của bạn có thể không bao giờ đạt đến trạng thái ổn định.

Miễn là controller cụm đang chạy và có thể thực hiện các thay đổi có ích, tính ổn định của trạng thái tổng thể không quan trọng.

Thiết kế

Theo nguyên lý thiết kế, Kubernetes sử dụng nhiều controller, mỗi controller quản lý một khía cạnh cụ thể của trạng thái cụm. Thông thường nhất, một vòng lặp điều khiển (hoặc bộ điềuk hiển) cụ thể sử dụng một loại tài nguyên làm trạng thái mong muốn của nó và có một loại tài nguyên khác mà nó quản lý để tạo ra trạng thái mong muốn đó.

Ví dụ: Controller cho Jobs theo dõi các đối tượng Job (để phát hiện công việc mới) và các đối tượng Pod (để chạy Jobs, sau đó xem khi nào công việc hoàn thành). Trong trường hợp này, thứ gì đó khác tạo ra Jobs, trong khi Job controller tạo ra Pod.

Những cách thức chạy bộ điều khiển

Kubernetes đi kèm với một bộ điều khiển tích hợp chạy bên trong kube-controller-manager. Các bộ điều khiển tích hợp này cung cấp các hành vi cốt lõi quan trọng.

Bộ điều khiển Deployment và bộ điều khiển Job là các ví dụ về bộ điều khiển đi kèm như một phần của chính Kubernetes (bộ điều khiển “tích hợp”). Kubernetes cho phép bạn chạy một tầng điều khiển dự phòng, do đó nếu bất kỳ bộ điều khiển tích hợp nào bị lỗi, một phần khác của tầng điều khiển sẽ tiếp quản công việc.

Bạn cũng sẽ thấy các bộ điều khiển chạy bên ngoài tầng điều khiển để mở rộng Kubernetes. Hoặc, nếu muốn, bạn có thể tự viết một bộ điều khiển mới. Bạn có thể chạy bộ điều khiển của riêng mình dưới dạng một bộ Pod hoặc bên ngoài Kubernetes. Bộ điều khiển nào phù hợp nhất sẽ phụ thuộc vào chức năng của bộ điều khiển cụ thể đó.