viernes, 25 de diciembre de 2020

Kubernetes - Notas adicionales sobre ReplicaSets

Continuando con los objetos de tipo ReplicaSets, hoy vamos a ver unas notas adicionales que pueden ser de interés y que debemos tener en cuenta.

Como ya vimos en la anterior entrada sobre los objetos ReplicaSet, este tipo de objeto permite controlar de forma automática un conjunto de PODs. Esto implica que el KCP monitorizará en todo momento el número de PODs del ReplicaSet, asegurando que el estado del cluster coincida con la configuración que hemos aplicado y manteniendo el número de PODs que hayamos fijado en la configuración del objeto ReplicaSet.

En resumen, partiendo de una situación como la siguiente:

Objeto ReplicaSet en el cluster.

Vemos que hemos definido un ReplicaSet en el que hemos fijado que siempre debe haber un total de 2 PODs corriendo en todo momento. Evidentemente este caso es muy sencillo y vemos rápidamente la relación entre los PODs y el ReplicaSet correspondiente, pero en entornos reales donde podemos tener cientos de PODs corriendo esto puede ser bastante más confuso, con lo que podemos comprobar como está gestionado un POD haciendo un describe del mismo:

Describe de un POD controlado por un ReplicaSet.

Como vemos en la líinea Controlled By, este POD está controlado por el objeto superior ReplicaSet/webapp.

Sabemos que los PODs controlados por un objeto de tipo ReplicaSet están dados por el selector del ReplicaSet y la etiqueta de los PODs, es decir que todos los PODs que contengan la etiqueta que coincida con el selector definido serán controlados por un ReplicaSet determinado.

Esto nos puede llevar a situaciones en las que, si por alguna razón hay PODs con etiquetas coincidentes con las del campo selector de un ReplicaSet, dichos PODs pasen a estar bajo el control de dicho ReplicaSet. Por ejemplo, partiendo de la situación anterior, si arranco manualmente un POD basado en la siguiente descripción:

Definición de un POD simple.

Al aplicar esta configuración debería existir un nuevo POD, con el nombre webserver-v1, corriendo en el cluster:

Estado del cluster.

Pero, como podemos ver, el nuevo POD no aparece en la salida del comando get all así que ¿donde está el nuevo POD? Es importante que nos fijemos en que el campo selector del ReplicaSet coincide con el campo label asignado en el POD que hemos descrito, por tanto el KCP lo ha puesto directamente bajo el control del ReplicaSet webapp. Como el número de PODs establecido del ReplicaSet ya coincide con el número de PODs corriendo en el sistema, el nuevo POD con nombre webserver-v1 se ha borrado nada más arrancar. Podemos confirmar este hecho consultando la sección de Events del ReplicaSet con el subcomando describe de kubectl:

Descripción del ReplicaSet webapp.

Podemos observar que la última línea muestra que se ha borrado el POD webserver-v1, lo que nos indica que nada más aplicar el fichero de descripción del mismo, el KCP ha puesto dicho POD bajo control del ReplicaSet webapp debido a que su etiqueta coincide con el campo selector del mismo.

Este punto debe tenerse en cuenta ya que implica que, si no identificamos correctamente las templates de PODs de diferentes objetos, podemos provocar conflictos en los cuales objetos de bajo nivel como PODs estén controlados por otros de alto nivel a los que no corresponden.

Hasta aquí lo más básico relacionado con los objetos de tipo ReplicaSet, en próximas entradas veremos como controlar este tipo de objetos con Deployments.

Kubernetes - Conceptos básicos III

Siguiendo con los conceptos básicos de Kubernetes, vamos a estudiar de forma simple la arquitectura de un cluster de Kubernetes.

Vimos en la primera entrada de esta serie de posts que podíamos distinguir entre nodos master y nodos worker, llamados anteriormente minions. En general, dentro de la terminología de Kubernetes, un nodo es directamente un worker, el cual se caracteriza porque dispone del motor de ejecución de contenedores, los procesos kubelet y kube-proxy y es gestionado por los componentes del master.
 
En general, la arquitectura de un cluster de Kubernetes estará formado por uno o más nodos master y varios nodos worker. Los administradores usarán el comando kubectl para comunicarse con un balanceador de carga, que repartirá las conexiones entre todos los nodos master, controlando así el cluster y estableciendo el estado deseado del cluster. La forma más sencilla de ver esta arquitectura es la siguiente:
 
Arquitectura básica de un cluster de Kubernetes.

Esta gestión de los nodos worker por parte del master, se realiza mediante la comunicación entre el apiserver del nodo master y el proceso kubelet de los nodos worker. Esta comunicación permite al master obtener los logs del nodo worker, la ejecución de contenedores y proporcionar la característica de reenvío de puertos de kubelet.

Esta comunicación entre el apiserver y kubelet se realiza mediante el protocolo HTTPS, pero el apiserver por defecto no comprueba el certificado ofrecido por kubelet. Para forzar la comprobación del certificado ofrecido por kubelet, es necesario usar la opción --kubelet-certificate-authority del apiserver especificando un conjunto de certificados raíz que permitan la comprobación del certificado de kubelet.

El apiserver también se conecta con los nodos y contenedores usando el protocolo HTTP y aunque, puede cambiarse a HTTPS no se realiza ningún tipo de validación de credenciales ni de comprobación de certificados en estas conexiones.

Adicionalmente, los nodos worker y servicios del propio master se comunican con el apiserver, que por defecto acepta peticiones HTTPS en el puerto 443. Para añadir más seguridad a estas comunicaciones es importante utilizar autenticación de clientes, por ejemplo mediante certificados de cliente, así como autorizaciones para dichas conexiones.

Podemos obtener el estado de un worker, en base a una serie de características del mismo, utilizando el comando siguiente:

Descripción de estado de un nodo.
 
La salida de este comando es bastante extensa y entre toda la información que proporciona, nos devolverá el rol del nodo, su hostname y dirección interna y externa, la capacidad del nodo en terminos de CPU y memoria disponible, la versión del motor de ejecución de contenedores, una lista de los últimos eventos y el estado de condiciones como falta de memoria o disco.

Dentro de los tipos de condiciones de un nodo worker, es muy importante la condición Ready. Esta condición indica al master si el nodo worker es capaz de ejecutar contenedores y puede tener tres valores diferentes, True, False o Unknown. Si la condición Ready de un nodo worker permanece en estado False o Unknown durante más de un tiempo determinado, que por defecto son 5 minutos y se denomina pod-eviction-timeout, el kube-controller-manager del master lanza un borrado de los contenedores que se estén ejecutando en el nodo worker. Si el master no puede comunicarse con el proceso kubelet del nodo worker, es posible que los contenedores sigan ejecutándose en el nodo fallido hasta que la comunicación con el kube-apiserver vuelva a establecerse.

En caso de querer realizar algún tipo de operación de mantenimiento con un nodo worker, que implique que el nodo no puede aceptar contenedores, podemos hacer el nodo worker no disponible con el comando:

Marcando un nodo como no disponible.

El proceso kube-controller-manager del master ejecuta controladores que operan sobre recursos y objetos del cluster de Kubernetes, siendo uno de estos el controlador de nodos. Este controlador de nodos es responsable, entre otras cosas, de monitorizar la salud de todos los nodos del cluster y en caso de ser necesario, de mover los contenedores de un nodo que no responde a otro cuyo estado Ready sea True.

domingo, 20 de diciembre de 2020

Kubernetes y el soporte de Docker

Tras el anuncio por parte del equipo de Kubernetes de no continuar soportando Docker como motor de ejecución de contenedores, muchos hemos pensado ¿y ahora que es lo que debemos hacer? Pues para empezar, lo mejor es leer el anuncio oficial de Kubernetes, el cual podéis encontrar en el siguiente enlace.

Otro artículo interesante, publicado por Red Hat, explica un poco más las razones detrás de este cambio y en el cual podemos ver que está muy relacionado con la complejidad del desarrollo que implica integrar Docker como motor de contenedores.

Lo importante que sacamos en claro de ambos artículos, es que podemos seguir usando todas las imágenes que hemos desarrollado hasta hora utilizando Docker con lo que, en principio, el impacto debería ser mínimo.

Sin embargo, para ir adelantándonos un poco, vamos a ver de forma rápida como podemos adaptar una instalación que tengamos de minikube para que el motor de ejecución de contenedores sea otro diferente a Docker.

En un post anterior vimos como instalar minikube usando un host con Docker. Aquella instalación utilizaba Docker como motor para la ejecución de contenedores. Ahora, lo que vamos a hacer es sencillamente volver a crear un cluster de Kubernetes mediante minikube, pero en este caso vamos a especificar que el runtime de contenedores será otro diferente, en mi caso he escogido containerd ya que se instala por defecto con Docker. El comando en cuestión es el siguiente:

Creación del "cluster" con minikube.

Es recomendable actualizar a las últimas versiones disponibles de minikube y containerd, además de especificar en el comando que la versión de Kubernetes a usar es la 1.20.0. Para el correcto funcionamiento de la red, en mi caso ha sido necesario copiar el contenido de la ruta /usr/libexec/cni a /opt/cni/bin. Esto se debe a que, por defecto, los plugins CNI se buscan en /opt/cni/bin pero el paquete containernetworking-plugins los instala en /usr/libexec/cni. Como referencia, podemos ver que el fichero de configuración de containerd (/etc/containerd/config.toml) especifica que la ruta para la búsuqeda de plugins de red es /opt/cni/bin así que podemos cambiarlo igualmente a la ruta de instalación del paquete containernetworking-plugins:

Configuración de los plugins CNI.

Una vez creado correctamente nuestro cluster, podemos comprobar que el motor de contenedores ya no es Docker con solo comprobar si hay contenedores corriendo bajo su control:

Contenedores controlados por Docker.
 
Podemos ver, sin embargo, que los PODs de los servicios de infraestructura de Kubernetes se encuentran corriendo correctamente:
 
Servicios de infraestructura de Kubernetes.

Como hemos cambiado el runtime de contenedores a containerd, podemos comprobar que estos se están ejecutando correctamente usando el comando siguiente:

Contenedores bajo el control de containerd.

Un punto importante del comando anterior, es que he tenido que especificar el namespace del cual quiero obtener información, siendo por defecto k8s.io para containerd. En este namespace veremos tanto los contenedores de infraestructura de Kubernetes, así como aquellos correspondientes a nuestros servicios.

Por tanto hemos cambiado el runtime de nuestro cluster a containerd correctamente. Ahora solo tenemos que comprobar que, cualquiera de nuestras imágenes usadas hasta ahora con Docker, siguen funcionando correctamente. Por ejemplo, creando un replicaset con la imagen de un servidor Apache simple almacenada en Docker Hub, tenemos lo siguiente:

Despliegue de un replicaset usandoo una imagen en Docker Hub.

Por tanto, nuestras imágenes pueden seguir usándose sin problemas y el impacto que podemos tener es menor de lo que podíamos pensar. De todos modos, es importante revisar el impacto que implica en clusters reales el cambio del runtime de contenedores de Docker a containerd o cri-o. Además será importante investigar un poco más como funcionan y como podemos interactuar coon estos motores de contenedores.

lunes, 7 de diciembre de 2020

ELK - Creando visualizaciones simples

Hace demasiado que no publicaba una nueva entrada sobre la pila ELK, la última entrada tiene más de un año, así que hoy vamos con un nuevo post en el que vamos a utilizar las capacidades de ingesta de Elasticsearch y, con los datos que tengamos, realizaremos una gráfica simple. 
 
En las entradas anteriores enviabamos datos a Logstash, para procesarlos y crear documentos con los campos necesarios para posteriormente almacenarlos en un índice de Elasticsearch. Además, también vimos como crear un índice y definíamos el tipo de dato específico de los campos que nos interesan.

Desde entonces ha llovido mucho y aunque continuamos con una configuración similar, vamos a introducir un pequeño cambio y usaremos un nodo de elasticsearch como nodo de ingesta, en el cual podremos definir un pipeline para procesar los datos que recibimos sin necesidad de usar Logstash. Básicamente, lo que estamos haciendo es pasar la funcionalidad de Logstash directamente al cluster de Elastic.
 
Para esto, vamos a empezar de forma sencilla analizando los mensajes que vamos a recibir desde un nodo que nos envía información mediante filebeat, la cual vamos a generar usando syslog_generator:
 
Mensajes recibidos desde filebeat.
 
Como vemos, filebeat envía una gran cantidad de campos que no nos interesan, ya que solo queremos quedarnos con el campo message que contiene el mensaje real creado por syslog_generator.
 
Vamos a empezar de forma simple creando un pipeline en Elastic que elimine todos esos campos que nos sobran. Para este tipo de tareas, como siempre, lo mejor es utilizar la consola de desarrollo de Kibana. Veamos directamente el pipeline para analizarlo posteriormente:
 
Pipeline básico de eliminación de campos.

Con este pipeline definimos que queremos eliminar una serie de campos de los mensajes recibidos, en concreto los que aparecen en el campo field dentro del procesador remove, que podemos ver en la imagen superior.

Una vez definido un pipeline, este queda almacenado en el cluster, pero para usarlo necesitamos asociarlo a un índice. Para seguir con nuestras pruebas, lo que hacemos es editar el índice que se ha creado automáticamente en el cluster en cuanto ha empezado a recibir datos de los nodos con filebeat y modificamos su atributo index.default_pipeline. Este atributo establece que pipeline hay que aplicar a los documentos recibidos antes de almacenarlos en el índice. Podemos editarlo desde la opción Edit Settings de la sección Index Management:

Modificación de las propiedades del índice.

Al especificar que debe aplicarse el pipeline a los documentos antes de almacenarlos, todos los campos que hemos indicado dentro del procesador remove del pipeline son eliminados, con lo que ahora podemos ver lo siguiente desde la sección Discover para el patrón del índice generado por filebeat:

Documentos en el índice filebeat tras pasar por el pipeline.

Como vemos, ahora cada documento se ha almacenado en el índice sin los campos que hemos eliminado anteriormente.

Para llegar a este punto hemos tenido que modificar manualmente el índice que se ha creado de forma automática pero, como esto no es muy operativo que se diga, empecemos por establecer en la configuración de filebeat que pipeline debe utilizarse estableciendo la opción pipeline en el fichero filebeat.yml de nuestro nodo filebeat origen:

Configuracion de filebeat aplicando el pipeline.

Por tanto, como vemos, podemos aplicar el pipeline a la salida configurada de filebeat en origen directamente. Al hacerlo comprobamos que todos los campos que hemos configurado en el procesador remove del pipeline remove_extra_fields, no se han almacenado en los documentos del índice filebeat.

Por tanto, ahora que tenemos claro que podemos pasar cierta funcionalidad de Logstash directamente a Elasticsearch, pasemos a hacer un pipeline que procese nuestro campo message adecuadamente, nos devuelva los campos que necesitamos, elimine el resto y para finalizar, escriba los documentos en un índice diferente, donde estableceremos los mapeos necesarios para cada campo, asegurándonos que el tipo de dato de cada uno se almacena de forma correcta.

El pìpeline que realiza toda la manipulación de campos que necesitamos es el siguiente:

Pipeline de eliminación de campos y procesado del campo message.

Como en la imagen anterior no queda muy claro, podéis encontrar el pipeline completo, junto con la creación del índice definitivo, anexado con este post.

Ya hemos comprobado que este pipeline modifica el documento, eliminando aquellos campos que no necesitamos y crea los nuevos campos a partir del procesado del campo message original. A continuación crearemos un índice especificando los campos que necesitamos en cada documento y, lo más importante, con el tipo de dato correcto. Ya sabemos que, para crear un índice, lo mejor es usar la consola de desarrollo de Kibana. Podemos crear el índice de una manera similar a la siguiente:

Creación del índice.

Una vez creado nuestro nuevo índice, creamos el index pattern necesario para que Kibana pueda obtener datos de Elasticsearch. Para esto, desde el menú Management, en la sección Index Patterns de Kibana, creamos el nuevo patrón especificando que el campo @timestamp es el que contiene la información de fecha y hora para poder hacer el filtrado por tiempo:

 

Creación del index pattern correspondiente al nuevo índice.

Seleccion del campo de fecha del index pattern.

Es importante que nos demos cuenta que el campo @timestamp de cada documento contiene la fecha y hora de recepción de la información enviada por filebeat, la cual no es la misma que aparece en el campo message. Para corregir esto, el pipeline hace una conversión del campo EVENT_TIMESTAMP que hemos construido con el procesador dissect y copia dicha información en el campo @timestamp. Esta operación de conversión la realiza el siguiente procesador:

Modificación del campo @timestamp.

A continuación cambiamos la configuración de filebeat en el nodo origen para especificar el nombre del pipeline que deseamos usar antes de almacenar los documentos en el índice:

Configuración definitiva de filebeat.

Con toda la configuración ya realizada, podemos comprobar como tenemos datos en el índice en los campos deseados y con el tipo de dato correcto:

Datos del indice temperature_sensors.

Ya con nuestros datos, podemos pasar a hacer una representación gráfica simple de los valores de temperatura recibidos desde la sección Visualize. Podemos crear una gráfica de tipo lineal para ver los valores medios de temperatura:

Valores medios de temperatura.

Esta representación nos muestra los valores medios de temperatura para cada intervalo temporal que seleccionemos. Para esto establecemos que en el eje Y queremos el valor medio del campo TEMPERATURE_VALUE de cada documento y, en el eje X establecemos un histograma basado en el campo de fecha y hora @timestamp.

El problema de esta visualización, es que estamos obteniendo el valor medio de los valores de temperatura enviados por tres sensores diferentes. Para mostrar en la misma gráfica el valor medio de temperatura, por cada uno de los sensores que estamos simulando con syslog_generator, tenemos que añadir filtros en el eje X para los identificadores de cada uno de los sensores. Esto podemos hacerlo más o menos del siguiente modo:

Filtro por cada sensor.

Al realizar esta configuración, pasamos a tener una gráfica como la siguiente:

Valor medio de temperatura por cada sensor.

Es importante tener en cuenta que cada uno de los valores que vemos en cada gráfica, se corresponden con el valor medio de todos los valores recibidos en ese intervalo de tiempo. Si aumentamos la resolución, disminuyendo el tiempo de representación de la gráfica, podemos ver algo como lo siguiente:

Valores de temperatura por segundo de cada sensor.

En esta gráfica ya tenemos una resolución de un segundo, correspondiente a la tasa de envío de información que he configurado en syslog_generator para simular la información de temperatura de cada sensor simulado.

Por tanto y en resumen, hemos visto como crear un pipeline que nos permite procesar los documentos que llegan a Elasticsearch, sin necesidad de utilizar Logstash, hacer las modificaciones necesarias para obtener los campos que nos interesan y almacenar dichos documentos en un índice diferente.

Además, basándonos en dichos datos, hemos creado una gráfica simple en la que hemos podido aplicar filtros para diferenciar entre diferentes fuentes del mismo índice.

En el siguiente enlace podéis encontrar el fichero que contiene la definición del pipeline así como la del índice utilizados a lo largo del post.