Как проектировать отказоустойчивую архитектуру в Kubernetes в облаке?

Основные принципы

Отказы устраняются на уровне доменов отказа, избыточности и автоматизации. В Kubernetes это значит — распределять компоненты по AZ/нодам, делать сервисы многокопийными, хранить состояние в реплицируемых/managed-сервисах и автоматизировать обнаружение/восстановление.

Контрольная плоскость и кластер

  • Используйте managed control plane (EKS/GKE/AKS) или разверните мастера в нескольких AZ.

  • Разделяйте кластеры по blast-radius (prod / non-prod / infra).

  • Защитите kube-system: выделенные узлы, лимит доступа (RBAC) и мониторинг API-сервера.

Ноды, зона размещения и типы воркеров

  • Развертывайте node pools в каждой AZ, минимум 2–3 AZ для высокой доступности.

  • Отдельные пуулы для stateful/compute-intensive/spot-воркеров. Spot — для некритичных задач + fallback на on-demand.

  • Используйте taints & tolerations для изоляции критичных нагрузок.

Деплоймент приложений

  • Минимум 3 реплики для критичных сервисов, распределять по AZ через pod anti-affinity.

  • Пробуйте PodDisruptionBudget чтобы избежать одновременного удаления > допустимого числа копий.

apiVersion: policy/v1
kind: PodDisruptionBudget
spec:
minAvailable: 2
selector: { matchLabels: { app: web } }
  • Используйте readiness/liveness/startup probes; корректно задавайте initialDelaySeconds, periodSeconds.

Stateful workloads и хранилище

  • Не храните критичные БД на одном PV в одной AZ. Предпочтительнее — managed RDS/Cloud SQL/Aurora/Spanner или кластерные СУБД с репликацией.

  • Для файлового хранилища используйте региональные/сетевые опции (EFS, Filestore, Azure Files) или CSI с replication.

  • Резервные копии и тест восстановления — автоматизируйте snapshot + инструмент (например, Velero).

Сеть и балансировка

  • HA Ingress (несколько реплик контроллера) + внешние LBs, распределённые по AZ.

  • externalTrafficPolicy: Local сохраняет исходный IP, но учитывайте drain/affinity.

  • Используйте NetworkPolicies и (при необходимости) сервис-меш/sidecar (mTLS, circuit-breaker, retries, rate-limit).

Масштабирование и устойчивость к пикам

  • HPA по нагрузке (CPU/пользовательские метрики) + Cluster Autoscaler для добавления нод.

  • Оставляйте буфер capacity и заранее warm-up (provisioned nodes) для быстрых пикoв.

  • VPA для корректировки requests/limits (в сочетании с HPA аккуратно).

Ресурсы и QoS

  • Всегда задавайте requests и limits — избегайте «no-request» pods (низкий QoS приводит к эвикшенам при давлении).

  • Применяйте vertical/horizontal limits и мониторьте OOM/kube-scheduler events.

Деплой и обновления

  • Rolling updates с maxUnavailable/maxSurge, canary/blue-green для критичных релизов.

  • Используйте preStop hook и connection draining; корректно дренируйте ноды перед выключением.

Наблюдаемость и автоматизация реагирования

  • Метрики (Prometheus), логи (ELK/Cloud Logging), трассировка (Jaeger/X-Ray).

  • SLO/alerting: latency, error-rate, pod restarts, node pressure, replication lag.

  • Автоматическое remediation (restart, cordon/evacuate) и runbooks для on-call.

Тестирование отказов

  • Регулярные «game days», chaos engineering (симулировать падение AZ, нод, сетевых нарушений) и проверка восстановления.

Backups и DR

  • Автоматизируйте backup PV, etcd (managed контролируемо), конфигурации (IaC). Тренируйте восстановление в другом регионе/кластере.

Security и управление

  • RBAC, PodSecurity (PSA), Admission controllers (OPA/Gatekeeper) — запрещайте risky-практики.

  • Secrets в SecretManager/Vault, не в plain k8s manifests.

Этот набор мер обеспечивает устойчивость приложения в Kubernetes в облаке: избыточность, правильное хранение состояния, корректное масштабирование, наблюдаемость и отработанные операции восстановления.