הפתרון למעבר מ-VM לקונטיינר: Kubevirt

(הערה: לפני כשנתיים כתבתי את הפוסט הזה על Kubevirt. מאז דברים רבים השתנו ופוסט זה הוא פוסט עדכון לכלי).

כל מי שהתחיל ומשתמש בקונטיינרים, Kubernetes וכו' – מבין בוודאי שקונטיינרים אינם מכונות וירטואליות. בניגוד ל-VM, קונטיינר מקבל שרותי OS ממערכת ההפעלה המותקנת על ה-VM (או על הברזל) שמריץ את הקונטיינר, ולפיכך קונטיינרים ברוב המקרים הם דברים די קטנים בהשוואה למערכת הפעלה מלאה שמותקנת ב-VM, גם כשהיא מותקנת כ-Minimal.

בניגוד לסטארטאפים שברוב הזמן מתחילים להקים את רוב התשתית שלהם בקונטיינרים, בחברות בינוניות וגדולות, המצב שונה לחלוטין – אצלן הכל רץ או בתוך מכונות VM או על ברזלים. המרת VM לקונטיינר יכולה להיות דבר קטן ופשוט ולפעמים זו יכולה להיות עבודה מייגעת וארוכה, במיוחד אם ב-VM רצים מספר אפליקציות וצריך להפריד כל אפליקציה לקונטיינר (לא מומלץ להריץ מספר אפליקציות בקונטיינר) ולדאוג שהן "ידברו" אחת עם השניה.

ישנם גם מקרים שאי אפשר להמיר מכונת VM לקונטיינרים חדשים. מקרים כמו:

  • האפליקציה רצה ומבוססת על Windows
  • האפליקציה רצה על גירסת לינוקס מאוד ישנה
  • האפליקציה רצה על מערכת הפעלה שאינה מבוססת לינוקס
  • ה-VM נבנה ע"י מומחה חיצוני ולאף אחד אין מושג ירוק איך הדברים מוגדרים ב-VM (לדוגמא: Cobol ישן)

במקרים כאלו, קשה מאוד או בלתי אפשרי להמיר ידנית את המכונות הללו לקונטיינרים, וכך פרויקטים לקונטיינריזציה מתעכבים או שממשיכים להריץ את מכונת ה-VM בתוך פתרון וירטואליזציה (vSphere לדוגמא) – אבל אז מפסידים את כל היתרונות של Kubernetes או Openshift.

וכאן נכנסת לתמונה אפליקציית Kubevirt.

אפליקציית Kubevirt מרחיבה בעצם את Kubernetes/OpenShift ומוסיפה למערכת תמיכה בקונטיינרים מסוג נוסף: קונטיינר שמריץ VM. כך בעצם אפשר לקחת VM מהדוגמאות לעיל ו"להכניס" אותו לתוך קונטיינר, כך שנוכל להריץ אותו כמו שאנחנו מפעילים קונטיינרים נוספים, ובכך נוכל להשתמש באפליקציה שרצה ב-VM, נוכל לשכפל את הקונטיינר לפי פרמטרים שנרצה, נוכל לשדרג את הקונטיינר ועוד ועוד.

מאחורי הקלעים, מה ש-Kubevirt עושה, הוא להשתמש ב-KVM (הוירטואליזציה המצויה בכל לינוקס) ובספריית Libvirt וספריות נוספות בכדי ליצור POD ובתוך ה-POD להריץ VM. את אותו VM אנחנו נגדיר בעזרת קבצי YAML, כמו שמגדירים כל דבר ב-Kubernetes, וכך נוכל להגדיר כמות זכרון, היכן הדיסק הוירטואלי יושב, האם ה-VM יהיה בעצם Immutable (כלומר שכל שינוי ל-VM ימחק ברגע שה-VM "כובה"), ועוד פונקציות נוספות. הגישה ל-VM תוכל להתבצע בכלים הרגילים (SSH, RDP) או VNC וחיבור סריאלי וירטואלי (במקרה שמדובר בלינוקס או כל מערכת תואמת UNIX אחרת).

מכיוון שב-Kubernetes אפשר להשתמש בכל מיני "דרייברים" (Storage Classes, Volumes), נצטרך להמיר בשלב ראשון את הדיסקים הוירטואליים של ה-VM מהפורמט הנוכחי (VMDK ב-vSphere) לפורמט ש-KVM ו-libvirt יכולים להבין ולהשתמש. סוג הדיסק שאנחנו נצטרך יהיה RAW וכלי ההמרה (שצריך לרוץ תחת לינוקס) הוא virt-v2v (זה קצת יותר מורכב ממה שהקישור מראה). מהרגע שביצענו זאת, אנחנו "מנתקים" בעצם את ה-VM מהוירטואליזציה הנוכחית (נניח vSphere), אבל ה-VM עדיין נשאר ב-vSphere. ברגע שיש לנו את הקובץ בפורמט RAW, נוכל להשתמש בכלי כמו CDI כדי לבצע Import של ה-Image לתוך Volume שנגדיר. אחרי שהצלחנו (שוב, לא דבר כל כך קל, אלא אם אתם משתמשים ב-Openshift דרך ה-WEB UI), אנחנו נגדיר POD עם ה-VM ושם אנחנו נבחר דברים כמו כמות זכרון, מערכת הפעלה, וכו'. בזמן ההגדרות נוכל להוסיף דיסקים וירטואליים חדשים ל-VM ועוד. לאחר שהתהליך מסתיים ונפעיל את ה-VM, תופיע כתובת IP שדרכה נוכל להתחבר אל ה-VM.

לפני שרצים לקחת את הרעיון ולממש אותו, חשוב לזכור את הדברים הבאים:

  • Kubevirt עובד על כל גירסת Kubernetes מ-1.10 ומעלה, ו-OpenShift 3.11 ומעלה.
  • בשביל לקבל ביצועים טובים עם ה-VM, יש צורך בתמיכת Nested Virtualization (אם ה-Kubernetes שלכם רץ כמכונה וירטואלית).
  • עננים ציבוריים: אם אתם רוצים להריץ Kubevirt על ענן ציבורי, תצטרכו לבחור Instances שכוללים תמיכת Nested Virtualization. גם לאז'ור וגם לגוגל יש מכונות כאלו, ב-AWS אין ולפיכך ב-AWS מכונות VM כאלו ירוצו יותר לאט מאחר ומדובר באמולציית X86-64 בתוכנה.
  • דיסקים וירטואליים: מכיוון שאין Thin Provisioning בשיטה כזו, הווליומים יהיו גדולים (כמה שהגדרתם ב-VM בהתחלה תחת vSphere), לכן אם הגדרתם את ה-VM עם דיסק של 100 ג'יגה אבל השתמשתם רק ב-15 ג'יגה, הקטינו את הדיסק (הוראות נמצאות כאן אם מדובר ב-vSphere).
    נקודה נוספת חשובה לגבי דיסקים וירטואליים: אפשר לצרף אותם ישירות ל-Image של הקונטיינר אך הדבר אינו מומלץ (אלא אם אתם רוצים להפיץ את ה-Image החוצה).
  • קישוריות ל-VM ותקשורת: במקור כברירת מחדל יש ל-VM חיבור רשת יחיד. יחד עם זאת ניתן להשתמש ב-Multus או Genie כדי להוסיף דברים רבים הקשורים לרשת: VLAN, Bridges, אפילו PXE Boot – תשתוללו חופשי.
  • ניתן לשכפל את ה-VM לפי כל פרמטר שתרצו כדי לעמוד בעומסים. לשם כך תצטרכו להגדיר בקובץ YAML את ה-AccessModes לפי הצרכים שלכם.
  • KVM – מכיוון שה-VM שלכם ירוץ תחת KVM, כדאי להכיר את KVM. תרימו מכונת לינוקס, תפעילו Nested Virtualization ותריצו את Virt Manager (נקרא גם VMM). יש המון פונקציות והגדרות וכדאי להכיר אותם לפני כן, אחרת תקבלו הפתעות (במיוחד אם מכונת ה-VM שלכם משתמשת ב-UEFI. יש תמיכה ל-UEFI אבל תצטרכו להגדיר כמה דברים לשם כך).

רוצים לשחק עם זה פה ועכשיו מבלי להקים Kubernetes שלם? בשמחה! כנסו ללינק הזה ואתם מוזמנים לאחר מכן להיכנס ללינק הזה כדי להכיר את לשדרג מכונות VM בתוך קונטיינרים.

אם אתם רוצים עוד הסברים על Kubevirt כולל הדגמה של לינוקס ו-Windows Server 2012, אתם מוזמנים לצפות בקליפ (הארוך – שעה) הבא.

לסיכום: אם אתם רוצים לעבור לקונטיינרים והדבר היחיד שמפריע זה מכונה אחת (או מספר מכונות) שבעייתי להמיר אותן ידנית לקבצי Docker Images ושירוצו כקונטיינרים טבעיים, Kubevirt יכול לסייע בכך. חברות כמו SAP, nVidia, Cloudflare כבר משתמשות ב-Kubevirt. חשוב לציין: Kubevirt עדיין לא מוגדר כגירסה סופית (מצד שני, גם Kubernetes לא מוגדר כך). אם אתם משתמשים ב-OpenShift מגירסה 3.10 ומעלה (גם בגירסת OKD – גירסת הקוד הפתוח) – קל מאוד לשלב את Kubevirt והחל מגירסה 4.2 – ה-Kubevirt יהיה חלק אינטגרלי (בגירסה הנ"ל תוכלו להתחבר ישירות ל-vCenter ולהמיר את ה-VM בכמה קליקים).
מיקרוסופט וגוגל כבר מזמן הבינו שאם רוצים למשוך את הלקוחות אליהם כדי שישתמשו בשרותי ה-Kubernetes שלהם, צריך לעזור ללקוחות בכך שיציעו המרה של מכונות VM להרצה בתוך קונטיינרים, וזה יהיה כנראה ה"גל" הבא.

קונטיינרים ומכונות וירטואליות – השילוב הנחוץ

בפוסט הקודם שכתבתי על קונטיינרים ומכונות VM, דיברתי על עניין אבטחת מידע, וכיצד כלי כמו CRI-O יכול להחליף את Docker ובאותו זמן גם מאפשר לנו להריץ קונטיינרים שאיננו בוטחים בהם (Untrusted) בתוך QEMU – מכונה וירטואלית קטנה שמעלה לינוקס קטן ובתוך אותו VM "מולבש" הקונטיינר שלנו, וכך אנחנו נהנים מ-2 העולמות: לא צריכים לבנות את הקונטיינרים מחדש, ומצד שני האבטחה הרבה יותר רצינית.

הפעם נדבר על דבר הפוך וחדש.

סיפור קטן: לפני מס' חודשים ישבתי בישיבה אצל חברה פיננסית גדולה מאוד שכולם מכירים. מטרת הישיבה – שיחה על מעבר עתידי לתצורת עבודה של Devops, שימוש ב-CI/CD, קונטיינרים, מתודות וכו'. בדרך כלל בישיבה כזו אני מבקש לדעת מה הכלים שהם משתמשים כרגע, כמו שרתי אפליקציות, קומפיילרים, מערכות הפעלה וכלים אחרים, ולפי זה ניתן להעריך בהערכה גסה מה יהיה קל להעביר לקונטיינרים ול-Micro Services. במקרה של אותה חברה, מבלי לפרט דברים, היו כמה דברים שלהעביר אותם לקונטיינרים יהיה סיפור סופר-מורכב, ובחלק מהמקרים כנראה שלא אפשרי מכל מיני סיבות שלא אכנס אליהם כדי לא לחשוף פרטים. אלו הדברים שבדרך כלל אני רושם לעצמי בצד לבדוק מה ניתן לעשות עבור הלקוח.

אצל חברות רבות (במיוחד אצל הגדולות) יש אלפי מכונות וירטואליות שמריצים דברים שונים, שלא קל להעביר או שאין תקציב/כח אדם להעביר לקונטיינרים, או שלא ממש אפשרי: מה עושים שהאפליקציה רצה כמכונת Windows וירטואלית עם 1001 תלויות לדוגמא? מה אם מדובר ב-VM שאין לאף אחד קוד להעביר לקונטיינר? אלו אינן בעיות תיאורתיות, אלו בעיות אמיתיות שמקשות מאוד על מעבר לקונטיינרים. אחרי הכל, אף חברה גדולה לא הולכת לזרוק את תשתית הוירטואליזציה ועוברת לקונטיינרים.

כאן נכנס לתמונה כלי חדש של רד-האט שנקרא Kubevirt.

Kubevirt בעקרון עושה משהו הפוך ממה ש-CRI-O עם Kata containers עושה: עם CRI-O אנחנו מריצים קונטיינרים בתוך VM מינימלי, ואילו Kubevirt מריץ מכונה וירטואלית בתוך POD, וכן, אני מדבר על המכונה הוירטואלית המלאה – עם OS ואפליקציות משלה, שמתורגמת ישירות מ-VMWare או מ-OVA.

במילים אחרות – אנחנו נריץ VM כ-קונטיינר! (וכן, נקבל את האבטחה המלאה של ה-VM).

כך ניתן בעצם עם Kubevirt לקחת את אותן מכונות וירטואליות שלא ניתן להמיר לקונטיינרים ולהריץ אותן ישירות בתוך Kubernetes או OpenShift ובדרך להנות מדברים כמו Scaling ועוד תופינים שמערכת Kubernetes/OpenShift נותנת, מבלי שנהיה תקועים עם דברים שאי אפשר להמיר לקונטיינרים. כך לדוגמא אצל אותה חברה פיננסית גדולה, כל מה שאצטרך בעצם לעשות, זה להמיר את ה-VM (ליתר דיוק את הדיסק) ל-Persistent Volume ובקובץ ה-YAML להשתמש ב-PVC על מנת "לחבר" את ה"דיסק") לאותו VM.

יש גם מגבלות נכון לגירסה הנוכחית כמו:

  • אפשר להשתמש רק בדיסק קשיח יחיד
  • יש רק כרטיס רשת אחד, וגם איתו אי אפשר לשחק הרבה הואיל והמערכת מבצעת Proxy בין ה-VM לתקשורת של ה-POD.

רד-האט, מפתחת Kubevirt, פרסמה לאחרונה פוסט בנושא.

לפניכם וידאו (קצת ארוך) על הטכנולוגיה, מה קורה "מבפנים" והדגמה של הדברים.

מה דעתך להיות מנוי לערוץ הוידאו? לחץ על האייקון משמאל

למעוניינים, באתר Kubevirt יש מספר דוגמאות איך ניתן להשתמש בכלי הן עם Minikube, הן בתוך Cluster של Kubernetes, הן בתוך AWS, והן בתוך GCP.

לסיכום: Kubevirt נותן סוף סוף את האפשרות לחברות לקחת מכונות וירטואליות ולהעביר אותן לעבוד יחד עם Kubernetes או OpenShift. אינני מדבר על ההעברה של כל תשתית הוירטואליזציה ל-Kubernetes (אני לא מוצא יתרון בהעברת מכונת SAP), אלא לדברים שאנחנו צריכים כחלק מעבודות מתודת Devops, CI/CD וכו'. במקרים שקשה או לא ניתן להעביר מכונות וירטואליות לפורמט קונטיינרים, הרבה יותר קל להעביר מכונה וירטואלית מפורמט VMware לפורמט KVM ולהריץ את אותה מכונה וירטואלית כמו שהיא – כקונטיינר.

הערה: הכלי נמצא במצב Preview והוא עדיין בפיתוח.