ReplicaSet Kubernetes là gì? Tổng quan về ReplicaSet trong Kubernetes

ReplicaSet trong Kubernetes là một controller dùng để duy trì số lượng Pod giống nhau luôn hoạt động ổn định trên cluster tại bất kỳ thời điểm nào. ReplicaSet tự động giám sát, tạo mới hoặc xóa các Pod sao cho tổng số Pod luôn đúng với cấu hình mong muốn. Trong bài viết này mình sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về ReplicaSet Kubernetes, từ cách hoạt động, cấu trúc đến trường hợp sử dụng, so sánh với các controller khác và cách thao tác chi tiết.

Những điểm chính

• Khái niệm: Hiểu rõ ReplicaSet là một đối tượng Kubernetes đảm bảo số lượng Pod ổn định, giúp bạn nhận biết vai trò của nó trong việc tăng tính sẵn sàng và khả năng mở rộng cho ứng dụng.
• Lợi ích chính: Nắm được các lợi ích cốt lõi như cân bằng tải, tính sẵn sàng cao, độ tin cậy và khả năng mở rộng, giúp bạn hiểu rõ giá trị mà ReplicaSet mang lại cho ứng dụng.
• Vai trò trong thực tế: Hiểu rõ tại sao trong thực tế Deployment lại được ưu tiên sử dụng để quản lý ReplicaSet, giúp bạn nắm bắt được phương pháp triển khai hiện đại và hiệu quả nhất.
• Cấu hình cơ bản: Nắm vững các thành phần cấu hình chính, giúp bạn có thể tự mình khai báo và đọc hiểu một file manifest của ReplicaSet một cách chính xác.
• Cách thức hoạt động: Nắm vững cơ chế hoạt động dựa trên vòng lặp điều khiển, giúp bạn hiểu rõ cách ReplicaSet tự động giám sát và duy trì số lượng Pod mong muốn.
• Trường hợp sử dụng: Nhận biết các trường hợp nên sử dụng ReplicaSet trực tiếp, giúp bạn đưa ra quyết định kỹ thuật đúng đắn, đặc biệt khi cần kiểm soát Pod mà không muốn có các tính năng cập nhật tự động.
• So sánh với các controller khác: Phân biệt rõ sự khác biệt giữa ReplicaSet với Deployment, StatefulSet và DaemonSet, giúp bạn lựa chọn đúng công cụ cho từng loại workload.
• Cách quản lý và thao tác: Nắm vững các lệnh kubectl cơ bản, giúp bạn tự tin thực hiện các tác vụ quản trị hàng ngày như tạo, kiểm tra, mở rộng quy mô và xóa ReplicaSet.
• Lưu ý quan trọng: Nắm được những điểm cần chú ý như quản lý selector và việc nên sử dụng gián tiếp qua Deployment, giúp bạn tránh các lỗi phổ biến và triển khai một cách an toàn, hiệu quả.
• Biết thêm Vietnix là nhà cung cấp S3 Object Storage mạnh mẽ, giúp bạn có một nền tảng hạ tầng tối ưu để nâng cao hiệu suất và tính sẵn sàng cho các ứng dụng Kubernetes.
• Mọi người cũng xem: Giải đáp các thắc mắc liên quan đến ReplicaSet Kubernetes.

ReplicaSet Kubernetes là gì?

ReplicaSet là một đối tượng trong Kubernetes được sử dụng để đảm bảo số lượng Pod replica luôn duy trì ổn định tại mọi thời điểm trong cụm. Mục tiêu chính của ReplicaSet là duy trì hoạt động của một nhóm các Pod giống nhau, giúp tăng tính sẵn sàng và đảm bảo ứng dụng có số lượng Pod như mong muốn.

Khi một Pod bị lỗi hoặc ngừng hoạt động, ReplicaSet Controller sẽ tự động tạo mới hoặc xóa các Pod để duy trì đúng số lượng định sẵn.

ReplicaSet gồm hai thành phần chính là cấu hình template Pod và tham số replicas quy định số lượng Pod cần duy trì. Việc khai báo ReplicaSet thường được thực hiện thông qua file cấu hình YAML với đầy đủ thông tin selector, template Pod và số lượng replicas.

ReplicaSet có thể được tạo thủ công, nhưng thông thường nó được tạo tự động bởi một tài nguyên cấp cao hơn là Deployment. Nhờ vậy, người quản trị Kubernetes có thể đảm bảo ứng dụng luôn hoạt động ổn định và liên tục trên hệ thống.

Lợi ích của ReplicaSet Kubernetes

ReplicaSet mang lại nhiều lợi ích giúp tăng cường hiệu quả và độ ổn định cho ứng dụng khi triển khai trên nền tảng Kubernetes:

• Cân bằng tải: ReplicaSet cho phép triển khai nhiều phiên bản của một Pod, từ đó phân phối đều lưu lượng giữa các Pod để tránh tình trạng một Pod bị quá tải trong khi các Pod khác chưa hoạt động hết công suất.
• Tính khả dụng cao: Việc duy trì đồng thời nhiều bản sao của Pod giúp đảm bảo ứng dụng luôn hoạt động ổn định, giảm nguy cơ gián đoạn khi có sự cố xảy ra với một hoặc nhiều Pod.
• Độ tin cậy: Nhờ khả năng sao chép, các ứng dụng hoặc dịch vụ trên Kubernetes sẽ không bị dừng hoạt động khi một vùng chứa gặp lỗi, từ đó tăng độ tin cậy cho hệ thống tổng thể.
• Khả năng mở rộng: Người dùng có thể tăng hoặc giảm số lượng Pod trong ReplicaSet một cách dễ dàng, tối ưu hóa tài nguyên và đáp ứng nhanh các nhu cầu về tải của ứng dụng tại từng thời điểm cụ thể.​

Vai trò của ReplicaSet trong thực tế hiện nay

Mặc dù ReplicaSet cung cấp đầy đủ các lợi ích kể trên nhưng trong thực tế bạn hiếm khi tạo trực tiếp một ReplicaSet mà sẽ sử dụng đối tượng cấp cao hơn là Deployment để quản lý vòng đời ứng dụng.

• Deployment quản lý ReplicaSet: Khi bạn tạo một Deployment, Kubernetes sẽ tự động tạo và quản lý một ReplicaSet tương ứng dựa trên cấu hình mà bạn khai báo, bao gồm số replica, Pod template và các tham số liên quan.
• Lợi ích bổ sung của Deployment: Bên cạnh toàn bộ lợi ích do ReplicaSet mang lại, Deployment còn hỗ trợ các chiến lược cập nhật nâng cao như:
  • Cập nhật cuốn chiếu (Rolling Update): Triển khai phiên bản ứng dụng mới theo từng bước, dần thay thế Pod cũ bằng Pod mới để hạn chế rủi ro gián đoạn dịch vụ.
  • Quay lại phiên bản cũ (Rollback): Cho phép quay trở lại phiên bản trước đó một cách nhanh chóng nếu phiên bản mới phát sinh lỗi hoặc hoạt động không ổn định.

Vì vậy, người dùng thường tận dụng các lợi ích của ReplicaSet như tính sẵn sàng cao và khả năng mở rộng thông qua việc sử dụng Deployment như lớp điều phối chính thay vì thao tác trực tiếp với ReplicaSet.

Cấu hình cơ bản của ReplicaSet

Cấu hình cơ bản của ReplicaSet gồm nhiều trường quan trọng giúp xác định cách ReplicaSet vận hành trong Kubernetes cluster:

• apiVersion: Khai báo phiên bản API được sử dụng cho tài nguyên, thường là apps/v1 đối với ReplicaSet hiện tại.
• kind: Định danh kiểu tài nguyên (“ReplicaSet”) để Kubernetes nhận biết và xử lý đúng nhóm đối tượng.
• metadata: Bao gồm tên (name) của ReplicaSet và các nhãn (labels) dùng để nhận diện hoặc quản lý nhóm đối tượng.
• spec.replicas: Xác định số lượng Pod mà ReplicaSet cần duy trì thường xuyên trong cluster.
• spec.selector: Định nghĩa điều kiện selector để ReplicaSet nhận diện và quản lý các Pod theo nhãn chỉ định.
• spec.template: Khai báo khuôn mẫu Pod sẽ được tạo ra, bao gồm metadata (labels) và cấu hình container như tên, image cùng thông số khác.

Trường selector và template cần đảm bảo trùng nhãn để ReplicaSet quản lý đúng các Pod của mình. Thay đổi giá trị replicas trong file cấu hình và áp dụng lại sẽ giúp linh hoạt điều chỉnh số lượng Pod mà ReplicaSet duy trì trong quá trình vận hành.​

Cách hoạt động của ReplicaSet

Nhiệm vụ của ReplicaSet là tự động duy trì một tập hợp Pod ổn định, đảm bảo số lượng bản sao đang chạy luôn đúng với cấu hình mong muốn trong Kubernetes cluster. Khi được triển khai từ một manifest, controller của ReplicaSet sử dụng selector để nhận diện và quản lý các Pod. Nó liên tục so sánh số Pod thực tế với giá trị replicas. Nếu thiếu, nó sẽ tạo Pod mới; nếu thừa, nó sẽ xóa bớt để đạt được trạng thái ổn định.

Toàn bộ quá trình này hoạt động dựa trên một vòng lặp điều khiển, liên tục đối chiếu trạng thái mong muốn (desired state) với trạng thái thực tế (actual state). Khi có sự kiện như một Pod gặp lỗi hoặc bị chấm dứt, ReplicaSet sẽ phát hiện sự thiếu hụt và tự động tạo ra một Pod mới để thay thế. Cơ chế tự phục hồi này đảm bảo số lượng bản sao luôn được duy trì, giúp ứng dụng đạt được tính sẵn sàng và ổn định cao.

Trong thực tế, các nhà phát triển hiếm khi làm việc trực tiếp với ReplicaSet. Thay vào đó, họ sử dụng đối tượng cấp cao hơn là Deployment. Một Deployment sẽ quản lý việc tạo và cập nhật các ReplicaSet, giúp cho quá trình triển khai và cập nhật ứng dụng, ví dụ: rolling update trở nên dễ dàng và an toàn hơn. ReplicaSet đóng vai trò là “công cụ” nền tảng cho Deployment.

Trường hợp nên sử dụng ReplicaSet

ReplicaSet phù hợp trong các trường hợp cần duy trì đồng thời nhiều bản sao của một Pod để đảm bảo tính khả dụng và liên tục cho ứng dụng trên Kubernetes cluster.

• Khi yêu cầu hệ thống phải có nhiều phiên bản Pod hoạt động đồng thời để tránh gián đoạn dịch vụ, ngay cả khi một Pod gặp lỗi hoặc node trong cluster bị sự cố, ReplicaSet sẽ tự động tạo mới bản sao bị thiếu để đảm bảo số lượng Pod đúng cấu hình.
• Đối với trường hợp cần kiểm soát trực tiếp việc triển khai nhiều Pod giống nhau mà không bị ảnh hưởng bởi các cập nhật tự động như của Deployment, ReplicaSet giúp thực hiện nhiệm vụ đơn giản là duy trì số lượng Pod ổn định tại mọi thời điểm.
• ReplicaSet được lựa chọn khi ứng dụng không cần các tính năng nâng cao như tự động cập nhật phiên bản Pod, rollback hay blue-green deployment. Trường hợp thông thường, quản trị viên sẽ ưu tiên sử dụng Deployment để quản lý ReplicaSet, nhưng có thể dùng trực tiếp ReplicaSet trong các kịch bản kiểm thử, điều phối cập nhật pod thủ công hoặc vận hành ứng dụng đặc thù.​

ReplicaSet và ReplicationController

ReplicationController là phiên bản cũ hơn với chức năng duy trì số lượng Pod như mong muốn nhưng chỉ sử dụng selector dựa trên tiêu chí equality-based. ReplicaSet được bổ sung tính năng selector set-based, cho phép linh hoạt hơn trong việc quản lý các nhóm Pod. Mặc dù cùng mục đích duy trì số bản sao Pod, ReplicaSet đã thay thế ReplicationController và trở thành lựa chọn phổ biến hơn trong triển khai Kubernetes hiện đại.

ReplicaSet và Deployment

Deployment là controller cấp cao quản lý các ReplicaSet, cung cấp thêm các tính năng như cập nhật ứng dụng có kiểm soát, rollback và tự động triển khai phiên bản mới của Pod khi cần nâng cấp. Thay vì tạo trực tiếp ReplicaSet, người dùng thường khai báo Deployment để vận hành đồng bộ, tối ưu hóa quá trình triển khai, mở rộng hoặc thay đổi ứng dụng mà vẫn giữ được số lượng Pod ổn định.

ReplicaSet và StatefulSet

StatefulSet dùng cho các ứng dụng lưu trữ trạng thái, giúp đảm bảo mỗi Pod có danh tính cố định và volume lưu trữ riêng biệt với persistent identity. Mỗi Pod được tạo bởi StatefulSet có tên duy nhất, volume riêng và đảm bảo trình tự khởi tạo. ReplicaSet chỉ quản lý Pod giống nhau, không lưu danh tính hoặc bảo đảm lưu trữ riêng lẻ cho từng Pod, phù hợp với dịch vụ stateless.

ReplicaSet và DaemonSet

DaemonSet đảm bảo mỗi node trong cluster luôn có một bản sao Pod cho các nhiệm vụ hệ thống như giám sát, lưu trữ hoặc log. Khi node mới được thêm vào cluster, DaemonSet tự động tạo Pod mới trên node đó, không xác định số lượng bản sao cụ thể. ReplicaSet tập trung duy trì số lượng Pod nhất định trong toàn cluster, không ràng buộc Pod với từng node nhất định như DaemonSet.

Quản lý và thao tác với ReplicaSet

• Tạo mới ReplicaSet:

Để triển khai một ReplicaSet, bạn cần tạo một file YAML khai báo các trường như apiVersion, kind, metadata, spec, selector và template. Sau khi hoàn thiện file cấu hình, sử dụng câu lệnh:

kubectl apply -f <tên-file>.yaml

Ví dụ:

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: my-replicaset
  labels:
    app: my-app
    tier: frontend
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
    spec:
      containers:
      - name: app-container
        image: nginx:stable
        ports:
        - containerPort: 80

• List/kiểm tra trạng thái các ReplicaSet và Pod:

Để liệt kê các ReplicaSet đang chạy trong namespace hiện tại, bạn sử dụng:

kubectl get replicaset

Để kiểm tra chi tiết trạng thái, xem thêm:

kubectl describe replicaset <tên-replicaset>
kubectl get pods -l <selector-label>

Lệnh này giúp xác định các Pod do ReplicaSet quản lý và trạng thái hiện tại của chúng.

• Scale up/down ReplicaSet:

Để tăng hoặc giảm số lượng Pod được quản lý bởi một ReplicaSet, có thể chỉnh sửa trực tiếp trường replicas trong file YAML rồi apply hoặc sử dụng lệnh:

kubectl scale replicaset <tên-replicaset> --replicas=<số-lượng-mới>

• Xóa ReplicaSet và Pod liên quan:

Khi muốn xóa ReplicaSet và đồng thời xóa toàn bộ các Pod mà nó quản lý, bạn sử dụng:

kubectl delete replicaset <tên-replicaset>

Lệnh này sẽ xóa ReplicaSet và toàn bộ Pod do ReplicaSet đó quản lý.

• Xóa ReplicaSet nhưng giữ lại Pod:

Nếu muốn xóa đối tượng ReplicaSet mà giữ nguyên các Pod đang chạy:

kubectl delete replicaset <tên-replicaset> --cascade=orphan

Tùy chọn --cascade=orphan giúp giữ lại các Pod sau khi ReplicaSet bị xóa, phục vụ một số tình huống quản trị đặc biệt.

Một số lưu ý khi sử dụng ReplicaSet

Khi triển khai và vận hành ReplicaSet trên Kubernetes, bạn cần lưu ý một số điều sau để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả quản trị hệ thống:

• Quản lý selector trùng lặp: Trường hợp có nhiều ReplicaSet sử dụng selector hoặc label giống nhau, các Pod phát sinh có thể bị nhiều ReplicaSet quản lý đồng thời dẫn tới xung đột và khó kiểm soát số lượng Pod thực tế.
• Pod tự động acquire: ReplicaSet sẽ nhận quản lý bất kỳ Pod nào phù hợp selector, kể cả Pod không được sinh ra từ template của ReplicaSet, bạn cần chú ý để tránh trường hợp Pod ngoài ý muốn bị đưa vào vận hành chung.
• Kiểm tra định nghĩa selector và template: Selector trong ReplicaSet phải trùng khớp với label của template Pod để đảm bảo controller nhận đúng các đối tượng cần quản lý. Tránh chọn các selector không liên quan đến template pod.
• Sử dụng với Deployment: Nên sử dụng ReplicaSet gián tiếp thông qua Deployment để tận dụng các tính năng nâng cao như tự động cập nhật, rollback hay kiểm soát quá trình triển khai ứng dụng.
• Thu hồi tài nguyên khi ReplicaSet bị xóa: Xóa ReplicaSet sẽ đi kèm xóa toàn bộ các Pod nó đang quản lý, nếu không dùng tùy chọn orphan. Cần cân nhắc khi thao tác để tránh mất tài nguyên không mong muốn.​

Tối ưu hóa hạ tầng cho ReplicaSet với nNền tảng Enterprise từ Vietnix

Về lý thuyết, ReplicaSet đảm bảo số lượng Pod luôn ổn định theo cấu hình mong muốn. Tuy nhiên, trong thực tế, hiệu suất hoạt động của ReplicaSet phụ thuộc trực tiếp vào năng lực hạ tầng. ReplicaSet sẽ liên tục tạo lại Pod khi xảy ra lỗi, nhưng nếu tài nguyên không đủ, Pod mới có thể rơi vào trạng thái lặp lỗi như CrashLoopBackOff.

Do đó, việc vận hành trên một nền tảng có CPU hiệu năng cao và ổ cứng NVMe tốc độ truy xuất nhanh sẽ đem lại môi trường ổn định hơn, giảm đáng kể các sự cố xuất phát từ giới hạn tài nguyên.

Ngoài ra, thời gian phục hồi còn phụ thuộc vào tốc độ kéo image container. Khi sử dụng dịch vụ lưu trữ đối tượng như S3 Object Storage để lưu Docker image, quá trình kéo image được rút ngắn, giúp Pod thay thế sẵn sàng trong thời gian ngắn hơn và góp phần duy trì tính sẵn sàng cao cho ứng dụng.

Thông tin liên hệ:

• Website: https://vietnix.vn/
• Hotline: 1800 1093
• Email: sales@vietnix.com.vn
• Địa chỉ: 265 Hồng Lạc, Phường Bảy Hiền, Thành Phố Hồ Chí Minh

ReplicaSet là một thành phần cơ bản và quan trọng trong Kubernetes, đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo tính sẵn sàng và khả năng mở rộng cho các ứng dụng container. Mặc dù trong thực tế, ReplicaSet thường được quản lý gián tiếp thông qua Deployment để tận dụng các tính năng nâng cao, việc hiểu rõ cách thức hoạt động và các trường hợp sử dụng của ReplicaSet là kiến thức nền tảng, giúp quản trị viên và nhà phát triển làm chủ Kubernetes và xây dựng các ứng dụng Cloud Native đáng tin cậy.