استراتيجيات نشر Kubernetes: اختيار النهج الصحيح لتطبيقاتك

يمكن لاستراتيجية النشر التي تختارها المؤسسات أن تحدد نجاح أو فشل إطلاق تطبيقات البرمجيات. في بيئات Kubernetes، يؤثِّر هذا القرار بشكل مباشر في توفُّر التطبيق وسرعة التطوير والتكاليف التشغيلية.

غالبًا ما يكمُن الفرق بين نشر سلس وفشل كارثي في اعتماد النهج الصحيح الذي يتوافق مع احتياجات التطبيقات وتحمل المخاطر.

مع استمرار اعتماد Kubernetes، أصبحت خيارات النشر الاستراتيجية ذات أهمية متزايدة لفِرق عمليات التطوير ولتحقيق نتائج الأعمال على حد سواء.

وجدت دراسة أجرتها مؤسسة Cloud Native Computing Foundation (CNCF) أن 93% من المؤسسات تستخدم Kubernetes أو تقوم بتجربته أو تقييمه.¹ وتقدِّم جميع استراتيجيات نشر Kubernetes مفاضلات مختلفة بين السرعة، والأمان، واستخدام الموارد.

يُعَد نشر Kubernetes موردًا عالي المستوى يُدير دورة حياة التطبيقات عديمة الحالة في مجموعة Kubernetes. ويوفر طريقة وصفية لتحديد الحالة المقصودة للتطبيق، بما في ذلك عدد النسخ، وصور الحاويات وطريقة التعامل مع التحديثات.

بدلًا من إدارة الحاويات أو الحجيرات الفردية، توفِّر عمليات النشر طبقة إدارة تتولى التنسيق المعقد اللازم للحفاظ على تشغيل التطبيقات بشكل موثوق به.

لقد أحدثت Kubernetes، المنصة القياسية لتنسيق الحاويات مفتوحة المصدر، تغييرًا جذريًا في طريقة تفكير المؤسسات بشأن نشر التطبيقات. ومع انتقال الشركات من التطبيقات الأحادية البسيطة إلى البنى المعقدة الموزعة أثناء الترحيل إلى السحابة، أصبحت أساليب النشر التقليدية غير عملية ومكلِّفة.

تم تطوير Kubernetes في البداية بواسطة Google وتم التبرع به إلى CNCF في عام 2015، وهو يدعم البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات لشركات فورتشن 500. يعمل نظام Kubernetes على أتمتة عمليات النشر والتوسع والإدارة عبر مجموعات من الأجهزة، ما يمكِّن الفِرَق من تحديث التطبيقات عدة مرات في اليوم بدلًا من التعامل مع عمليات النشر كأحداث عالية الخطورة وغير متكررة.

قبل ظهور Kubernetes، كان يتم تشغيل التطبيقات عادةً على خوادم مخصصة أو أجهزة افتراضية (VMs)، ما يجعل عملية التوسع مكلفة وتستغرق وقتًا طويلًا. في حين عمل Docker على ترويج الحاويات، قدَّم Kubernetes طبقة تنسيق الحاويات لإدارة هذه الحاويات على نطاق واسع، وتنظيمها في حجيرات، وهي أصغر وحدات قابلة للنشر.

تعمل هذه الحجيرات عبر العُقَد العاملة داخل المجموعات، بينما ينسِّق مستوى التحكم جميع العمليات.

هذه البنية سحابية الأصل تمكِّن من تطبيق استراتيجيات النشر المتقدمة التي تتطلبها التطبيقات الحديثة القائمة على السحابة والمعبأة في حاويات. من عمليات الطرح التدريجية إلى التبديل الفوري لحركة المرور مع موازنة التحميل، يتعامل كل نهج مع ملفات تعريف المخاطر والمتطلبات التشغيلية المختلفة. توفِّر Kubernetes Services هويات شبكة مستقرة واكتشافًا قائمًا على نظام أسماء النطاقات DNS لمجموعات الحجيرات، ما يُتيح أنماط اتصال موثوق بها حتى عند تحديث أو استبدال كل مثيل على حدة.

تُدير عمليات النشر في Kubernetes دورات حياة التطبيقات تلقائيًا من خلال الحفاظ على العدد المطلوب من الحجيرات، ومعالجة التحديثات واستبدال الحاويات عبر قدرات الشفاء الذاتي.

عند تحديث تطبيق، يحدِّد الفريق شكل الإصدار الجديد في ملف YAML. بعد ذلك، يتولى Kubernetes التنسيق المعقد اللازم لتحقيق الحالة المقصودة عبر المجموعة، حيث يُنشئ حجيرات جديدة أثناء إدارة الانتقال من النسخة السابقة.

تتفاعل الفِرَق مع عمليات النشر عبر kubectl، واجهة الأوامر الخاصة بمجموعات Kubernetes. وتطبِّق ملفات تكوين YAML (مثل deployment.yaml) التي تحدِّد نسخة واجهة برمجة التطبيقات، والبيانات الوصفية، والحالة المحددة في قسم المواصفات.

 تُتيح ملفات التكوين التوضيحية هذه التحكم في الإصدارات وتنفيذ النشر بشكل متكرر عبر بيئات مختلفة. تعمل وحدة مراقبة النشر على مراقبة وإدارة دورة حياة النشر بشكل مستمر استنادًا إلى هذه المواصفات.

تعتمد العملية المؤتمتة في Kubernetes على خمسة عناصر أساسية تعمل معًا، حيث تُتيح شبكات Kubernetes التواصل بين الحجيرات:

1. مواصفات قالب الحجيرات: تحدِّد مواصفات قالب الحجيرات المخطط لإنشائها، بما في ذلك صور الحاويات، ومتطلبات الموارد، ومتغيرات البيئة، ونقاط ربط وحدات التخزين، ومنافذ الحاويات، وتكوين الشبكة. ويضمن هذا القالب الاتساق عبر جميع مثيلات التطبيق.
   
   
2. عدد النسخ المتماثلة: يحدِّد عدد المثيلات التي يجب أن تعمل في الوقت نفسه. يمكن للمستخدمين تعديل هذا الإعداد يدويًا أو تلقائيًا عبر مقاييس التوسع الأفقي للحجيرات استنادًا إلى مقاييس مراقبة Kubernetes مثل استخدام وحدة المعالجة المركزية أو استهلاك الذاكرة أو مقاييس الأعمال المخصصة. يمكن للفرق مراقبة حالة الطرح من خلال أوامر kubectl rollout أو استخدام kubectl get للتحقق من حالة النشر وضمان تشغيل العدد الصحيح من الحجيرات أثناء التحديثات.
   
   
3. تصنيفات التحديد: تعمل تصنيفات التحديد على ربط عمليات النشر بالحجيرات التي تُديرها من خلال المطابقة بناءً على التصنيفات. تضمن هذه التصنيفات أن تُدير عمليات النشر الحجيرات التابعة لها، ما يمنع حدوث تعارضات في التكوين في البيئات المعقدة.
   
   
4. تكوين استراتيجية التحديث: يتحكَّم تكوين استراتيجية التحديث في كيفية طرح الإصدارات الجديدة من التطبيق. ويتضمن إعدادات للحد الأقصى لعدد الحجيرات غير المتاحة أثناء التحديثات، وسعة زيادة مؤقتة في سيناريوهات الأزرق-الأخضر، ومحفزات التراجع للاسترداد التلقائي عند الفشل.
   
   
5. إعدادات إدارة الموارد: تحدِّد إعدادات إدارة الموارد طلبات وحدود وحدة المعالجة المركزية والذاكرة للحاويات، ما يضمن تخصيص الموارد بشكل مثالي عبر المجموعة ويمنع التنافس على الموارد - وهو أمر بالغ الأهمية في البيئات متعددة المستأجرين.

تستخدم المؤسسات عمليات نشر Kubernetes عبر سياقات مختلفة متعددة، حيث تستفيد كل منها من إدارة دورة الحياة المؤتمتة واستراتيجيات التحديث المرنة:

• تطبيقات الويب وواجهات برمجة التطبيقات

• الخدمات المصغرة

• أعباء عمل معالجة الدفعات

• مهام سير العمل متعددة البيئات

• مسارات CI/CD

تحافظ تطبيقات الويب وواجهات برمجة التطبيقات على توفُّرها أثناء التحديثات مع التكيف مع متطلبات حركة المرور. تستفيد منصات التجارة الإلكترونية وأنظمة إدارة المحتوى بشكل خاص من القدرة على تحديث الميزات دون إزعاج المستخدم.

يمكن نشر خدمات الخلفية المسؤولة عن معالجة البيانات أو منطق الأعمال بشكل مستقل عن تطبيقات الواجهة الأمامية، مع قيام وحدات التحكم Kubernetes Ingress بإدارة توجيه الحركة وموازنة التحميل بين مثيلات الخدمة.

تُتيح بنى الخدمات المصغرة تنسيق التحديثات عبر مئات الخدمات المستقلة دون التأثير في النظام بأكمله. وتُتيح هذه الميزة للفِرَق نشر العناصر الفردية وفق جداول مختلفة مع الحفاظ على استقرار النظام ككل.

تساعد مخططات Helm على تبسيط إدارة عمليات نشر الخدمات المصغرة المعقدة باستخدام التكوينات القياسية وإدارة التبعيات.

تضمن أعباء عمل معالجة الدفعات تخصيص الموارد بشكل متسق وقدرات إعادة التشغيل التلقائي لمهام معالجة البيانات. تبسِّط طبقة التجريد في عملية النشر إدارة مسارات المعالجة المعقدة التي تحتاج إلى التعامل مع الأعطال بشكل سلس.

تحافظ مهام سير العمل متعددة البيئات على الاتساق بين التطوير، والتدريج، والإنتاج مع تطبيق تكوينات خاصة بكل بيئة. يمكن للفِرَق استخدام تعريفات النشر نفسها عبر البيئات المختلفة مع اختلاف عدد النسخ، أو حدود الموارد، أو علامات الميزات، مع تنظيم التطبيقات ضمن مساحات الأسماء لتوفير فصل منطقي وعزل الموارد.

تستخدم مسارات التكامل المستمر/النشر المستمر (CI/CD) عمليات النشر لأتمتة عملية تسليم البرمجيات بأكملها، بدءًا من الالتزام بالكود وحتى إصدار الإنتاج عبر النشر المستمر.

تتكامل عمليات النشر بسلاسة مع أدوات ومنصات التكامل المستمر مثل GitHub، ما يُتيح الاختبار، والبناء، والنشر التلقائي بناءً على تغييرات الكود، أو طلبات السحب، أو الإصدارات المجدولة.

تتعلق استراتيجيات النشر بشكل أساسي بإدارة المخاطر عند تحديث البرمجيات. في السابق، كانت الطرق التقليدية تعتمد على تحديد فترات صيانة وإيقاف الأنظمة، وهو ما كان آمنًا لكنه بطيء. يتيح Kubernetes تحديث التطبيقات دون توقف، مع إمكانية النشر بشكل أكثر تكرارًا وتقليل عبء التنسيق.

تتعامل استراتيجيات النشر المختلفة في Kubernetes مع مخاطر التحديث بطرق متنوعة. ويعتمد الاختيار على وظيفة التطبيق، وما يمكن للفريق إدارته، واحتياجات العمل.

تشمل أنواع استراتيجيات النشر في Kubernetes الأمثلة التالية:

• النشر بإعادة إنشاء

• النشر بالتحديث التدريجي

• النشر الأزرق والأخضر

• النشر التجريبي المحدود

• النشر الظلي

• نشر اختبارات A/B

تعمل عمليات النشر بإعادة الإنشاء على إيقاف جميع المثيلات الحالية قبل بدء الجديدة. تؤدي هذه القدرة إلى فترة تعطُّل قصيرة لكنها تتجنب مشكلات توافق الإصدارات وصراعات الموارد.

يعمل هذا النهج بشكل جيد مع أنظمة معالجة الدفعات، والتطبيقات القديمة، وبيئات التطوير حيث تكتسب البساطة التشغيلية أهمية أكبر من استمرارية التشغيل. تختار الفِرَق إعادة إنشاء عمليات النشر عندما يمكنها قبول فترة تعطل قصيرة مقابل سلوك متوقع ومستقر.

تعمل التحديثات التدريجية على استبدال المثيلات تدريجيًا مع الحفاظ على توافر التطبيق. يُعَد هذا الأسلوب الاستراتيجية الافتراضية في Kubernetes؛ لأنه يوازن بين السرعة، واستخدام الموارد، والمخاطر.

تستخدم أنظمة إدارة المحتوى عادةً التحديثات التدريجية لتمكين تسليم الميزات بشكل مستمر دون إزعاج المستخدمين. ومع ذلك، يجب تصميم التطبيقات للتعامل مع البيئات متعددة الإصدارات؛ فإذا تعذَّر تشغيل الإصدارات المختلفة معًا في الوقت نفسه، تصبح التحديثات التدريجية مشكلة.

يستخدم Kubernetes المثيلات الجديدة بدلًا من الحجيرات القديمة بشكل تدريجي، ما يُتيح التخلص من النسخة السابقة بسلاسة. يمكن للفِرَق بدء هذه العملية من خلال أوامر kubectl.

تحافظ استراتيجيات النشر الأزرق-الأخضر على بيئتين إنتاجيتين كاملتين وتقوم بتحويل حركة المرور بأكملها بينهما فورًا. تُتيح هذه الاستراتيجية التراجع الفوري، لكنها تضاعف أيضًا تكاليف البنية التحتية أثناء عمليات النشر.

تستخدم أنظمة معالجة المدفوعات، وقواعد بيانات العملاء، وخدمات المصادقة، وتطبيقات الامتثال التنظيمي النشر الأزرق-الأخضر عندما تكون تكاليف البنية التحتية قابلة للإدارة مقارنةً بمخاطر انقطاع الخدمة. يمكن للفِرَق إجراء التحقق الكامل من البيئة الجديدة قبل تحويل الحركة إليها.

توجِّه عمليات النشر التجريبي المحدود جزءًا صغيرًا من الحركة إلى النسخة الجديدة مع مراقبة الأداء ومعدلات الأخطاء. وتعمل الفِرَق على زيادة الحركة تدريجيًا حتى يستخدم الجميع أحدث إصدار.

تُتيح هذه الاستراتيجية للفِرَق اكتشاف المشكلات على قاعدة مستخدمين محدودة بدلًا من التأثير في جميع المستخدمين. ومن خلال توجيه جزء من الحركة إلى النسخة الجديدة، تساعد عمليات النشر التجريبي المحدود على تقليل مخاطر النشر. إن تطبيقات الأجهزة المحمولة عند اختبار واجهات جديدة، ومنصات SaaS عند التحقق من تحسينات الأداء، ومواقع التجارة الإلكترونية عند اختبار تعديلات صفحة الدفع تعتمد جميعها على هذه الاستراتيجية في النشر.

تعمل عمليات النشر الظلي على تكرار حركة الإنتاج إلى كلٍّ من النسخة الحالية (المستخدمة من قِبَل المستخدمين) والنسخة الجديدة (التي تعالج الطلبات بشكل صامت للاختبار). لا يتعرض المستخدمون للإصدار الظلي، لكنّ الفِرَق تحصل على التحقق الكامل من الأداء مقارنةً بأعباء العمل الحقيقية.

تتيح عمليات النشر الظلي للأنظمة اختبار الميزات الجديدة في ظروف واقعية دون التأثير في المستخدمين. تستخدم محركات البحث هذه الاستراتيجيات لاختبار خوارزميات الترتيب، وتعتمد أنظمة التوصية عليها للتحقق من نماذج التعلم الآلي، وتستفيد منها أنظمة الكشف عن الغش لتقييم القواعد المحدَّثة.

توجِّه عمليات نشر اختبارات A/B مجموعات مستخدمين مختلفة إلى إعدادات تطبيق مختلفة لقياس مقاييس الأعمال وسلوك المستخدمين. بخلاف عمليات النشر التجريبي المحدود التي تركِّز على المقاييس التقنية، تعمل اختبارات A/B على تقييم فاعلية الميزات وتجربة المستخدم.

تستخدم فِرَق المنتجات أيضًا عمليات نشر اختبارات A/B لاختبار واجهات المستخدم الجديدة، أو تجربة نماذج التسعير، أو تقييم خوارزميات التوصية.

ويساعد فهم كيفية توافق عمليات النشر مع موارد Kubernetes الأخرى على توضيح الوقت المناسب لاستخدام كل نهج.

الحجيرات هي مثيلات فردية من التطبيق، لكن إدارتها مباشرةً تصبح معقدة بسرعة. تتولى عمليات النشر في Kubernetes التعامل مع طبقة الإدارة، ما يمكِّن الفِرَق من التركيز على منطق التطبيق بدلًا من تنسيق الحاويات.

تُعَد ReplicaSets كائنات في Kubernetes تضمن تشغيل العدد الصحيح من المثيلات. تُضيف عمليات النشر في Kubernetes إدارة التغييرات، بما في ذلك قدرات الإصدار، والتحديثات، والتراجع التي تجعل تحديث التطبيقات أسهل.

تُعَد StatefulSets كائنات في Kubernetes تحافظ على الهويات الدائمة وتسلسل العمليات للحجيرات. وتُعَد عمليات النشر في Kubernetes مناسبة للتطبيقات عديمة الحالة، حيث يمكن التعامل مع الحجيرات كوحدات متطابقة وقابلة للاستبدال، بينما تتولى StatefulSets إدارة التطبيقات التي تحتاج إلى هويات ثابتة وتدرُّج تسلسلي في التوسع.

تتطلب استراتيجيات النشر الناجحة في Kubernetes ممارسات تشغيلية قوية تدعم عمليات نشر موثوق بها وقابلة للتكرار عبر بيئات وأنواع تطبيقات مختلفة.

• المراقبة وقابلية الملاحظة

• فحوصات الصحة واستطلاعات الاستعداد

• تكامل الاختبار المؤتمت

• تخطيط التراجع وتنفيذه

توفِّر مراقبة Kubernetes للفِرَق رؤية واضحة حول أداء التطبيقات ومقاييس الأعمال ومعدلات الأخطاء وتجربة المستخدم، ما يمكِّنهم من اتخاذ قرارات مستنيرة أثناء النشر واكتشاف المشكلات مبكرًا.

وتعمل منصات قابلية الملاحظة المتقدمة على توسيع هذا النهج من خلال دمج تتبُّع النشر مع مراقبة الأداء، ما يمكِّن الفرق من ربط أحداث النشر بسلوك النظام وتأثيره في المستخدمين.

تضمن عمليات التحقق من الصحة التي تم تكوينها بشكل صحيح أن مثيلات التطبيق الجديدة تعمل بكامل طاقتها قبل تلقي حركة المرور. تمنع هذه الآلية تأثير عمليات النشر الفاشلة في المستخدمين وتُتيح التراجع التلقائي عند اكتشاف المشكلات.

يجب أن تتحقق استطلاعات الاستعداد في Kubernetes من تشغيل التطبيق، وكذلك من جاهزيته للتعامل مع حركة الإنتاج، بما في ذلك اتصالات قواعد البيانات، وتبعيات الخدمات الخارجية، وأي عمليات تهيئة ضرورية.

تتطلب الاختبارات المؤتمتة تنفيذها على مراحل متعددة، بما في ذلك اختبارات الوحدة، واختبارات التكامل، والتحقق الشامل واختبارات الأداء. يساعد هذا النهج الشامل على الكشف عن المشكلات مبكرًا وتقليل مخاطر مشكلات الإنتاج.

تعمل مسارات النشر الحديثة على دمج الاختبارات مع استراتيجيات النشر، حيث تقوم بترقية الإصدارات تلقائيًا عبر البيئات بناءً على نتائج الاختبارات ومقاييس الأداء بدلًا من عمليات الموافقة اليدوية.

تتطلب استراتيجيات التراجع الفعَّالة إعدادًا واختبارًا دقيقين قبل حدوث أي مشكلات أثناء النشر. يجب أن تفهم الفِرَق كيفية التراجع عن عمليات النشر بسرعة، والتنبؤ بالتحديات المحتملة في اتساق البيانات، ووضع بروتوكولات اتصال واضحة لضمان التعافي السريع عند حدوث مشكلات.

بدلًا من اعتبار استراتيجيات النشر خيارات منفصلة تمامًا، تجد العديد من المؤسسات قيمة كبيرة في الجمع بين أكثر من نهج معًا. يستفيد هذا النهج الهجين من نقاط القوة في كل استراتيجية مع معالجة نقاط ضعفها.

غالبًا ما تعمل فِرَق المنصة على توحيد التحديثات المتجددة باعتبارها الإعداد الافتراضي. يتم استخدام استراتيجيات النشر الأزرق-الأخضر للتطبيقات الحرجة، بينما يتم استخدام عمليات النشر التدريجي المحدود للميزات التي تحتاج إلى مراقبة دقيقة.

تنفِّذ المؤسسات الكبيرة استراتيجيات مختلفة عبر طبقات التطبيقات: الأزرق-الأخضر للخدمات الموجَّهة للمستخدمين، والتحديثات التدريجية لواجهات برمجة التطبيقات الداخلية والخدمات المصغرة، وإعادة الإنشاء لعناصر معالجة الدفعات.

غالبًا ما تجمع المؤسسات بين استراتيجيات متعددة ضمن مسارات النشر الواحدة: النشر الظلي للتحقق من الأداء، يليه النشر التدريجي المحدود للعرض تدريجيًا على المستخدمين، مع توفُّر قدرات النشر الأزرق-الأخضر للتراجع الفوري عند حدوث مشكلات.

تحدِّد خيارات النشر الاستراتيجية إذا ما كانت الفرق ستنفِّذ مهامها بثقة أم ستظل تُدير الأزمات باستمرار. المؤسسات التي تتقن استخدام استراتيجيات متعددة تُحدِث تحوُّلًا جوهريًا في قدرة التسليم لديها، حيث تحقِّق دورات أسرع وموثوقية محسَّنة.ومن خلال تخصيص النهج ليناسب كل سيناريو فريد في تطوير التطبيقات الحديثة، تعزز هذه الاستراتيجية الثقة التشغيلية بشكل أكبر.