HỆ THỐNG ĐĂNG KÝ KHÁM BỆNH PHÂN HỆ: QUẢN TRỊ HẠ TẦNG CƠ SỞ BẰNG KUBERNETES

Abstract

Kiến trúc monolithic truyền thống - nơi toàn bộ ứng dụng được gộp chung thành một khối duy nhất ngày càng bộc lộ nhược điểm khi hệ thống mở rộng quy mô. Việc sửa đổi một module nhỏ có thể buộc phải dừng toàn bộ dịch vụ, gây downtime dài và rủi ro lan tỏa nếu lỗi xảy ra ở bất kỳ phần nào. Thay vào đó, microservices phân chia ứng dụng thành các dịch vụ độc lập, cho phép từng phần được phát triển, deploy và scale riêng lẻ với công nghệ tối ưu, mang lại sự linh hoạt vượt trội cho các hệ thống web hiện đại. Container hóa, điển hình qua Docker, đã trở thành "ngôn ngữ chung" cho xu hướng này bằng cách đóng gói code cùng toàn bộ dependencies vào các đơn vị nhẹ, dễ dàng di chuyển giữa dev, test và production mà không lo xung đột môi trường. Thế nhưng, khi môi trường microservices sinh ra hàng trăm container chạy song song, quản lý thủ công nhanh chóng trở nên hỗn loạn: theo dõi tài nguyên, cân bằng tải, phát hiện lỗi và cập nhật phiên bản trở thành ác mộng vận hành. Chính lúc này, nhu cầu về một hệ thống orchestration thông minh trở nên cấp thiết, tự động hóa mọi quy trình để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy. Kubernetes (K8s) chính là giải pháp đột phá cho bài toán trên. K8s không chỉ quản lý container mà còn kiến tạo nền tảng cloud-native thực thụ: từ self-healing tự động thay thế pod hỏng đến autoscaling dựa trên tải thực tế, giúp hệ thống chịu được lưu lượng đột biến mà không sụp đổ. Trước khi có K8s, các đội DevOps phải vật lộn với việc thủ công replicate instance hay cấu hình load balancer - những công việc giờ đây được abstraction qua Deployment, Service và HPA, tiết kiệm thời gian và giảm lỗi con người đáng kể. Áp dụng xu hướng này vào thực tế, website đăng ký khám bệnh – một hệ thống microservices phục vụ quản lý phòng khám thông minh - đã và đang đối mặt với nguy cơ quá tải khi lượng người dùng tăng đột biến, chẳng hạn trong các đợt cao điểm đặt lịch khám hoặc tra cứu kết quả y tế. Một ứng dụng monolithic đơn giản có thể sập toàn bộ nếu một dịch vụ phụ tải cao, còn với microservices, hàng loạt container cần được scale để duy trì dịch vụ liên tục; thiếu orchestration chuyên biệt, đội ngũ vận hành dễ rơi vào tình trạng can thiệp thủ công liên tục, dẫn đến downtime kéo dài và mất lòng tin từ bệnh nhân. Chính vì vậy, đề tài “Hệ thống đăng ký khám bệnh – phân hệ quản trị hạ tầng cơ sở bằng Kubernetes” ra đời như một giải pháp nội bộ được thiết kế chuyên biệt, nhằm biến cụm K8s thành nền tảng hosting đáng tin cậy cho một hệ thống đăng ký khám bệnh. Hệ thống tập trung xây dựng dashboard trực quan, cho phép người dùng không chuyên như kỹ thuật viên dễ dàng tạo và quản lý các abstraction cốt lõi của K8s chỉ với vài cú nhấp chuột: Deployment để rollout ứng dụng, Service/Ingress cho routing traffic, Horizontal Pod Autoscaler tự động scale pod dựa trên CPU/load, ConfigMap/Secret để inject cấu hình an toàn, và PersistentVolume cho dữ liệu y tế bền vững. Dashboard này không chỉ rút ngắn thời gian triển khai mà còn gửi thông báo ngay lập tức nếu pod lỗi, node down giúp đội ngũ phản ứng trước khi người dùng cuối nhận thấy vấn đề. Trong khuôn khổ luận văn, hệ thống được thiết kế trên môi trường on-premise cho phép: - Cài đặt cụm Kubernetes bằng Ansible: thiết lập containerd, kubeadm, kubelet; khởi tạo Control Plane; tự động join Worker Node; cài đặt Calico CNI, Metrics Server, MetalLB và StorageClass, thêm – xóa Node khỏi cụm. - Theo dõi, triển khai tài nguyên Kubernetes như Pod, Deployment, Service, ConfigMap, Ingress, PV/PVC. Xem log, mức tiêu thụ node. - Triển khai toàn bộ hệ sinh thái đăng khám bệnh (identity service, appointment service, medical service,...) lên cụm K8s sống. Traditional monolithic architecture - where the entire application is bundled into a single block - increasingly reveals its weaknesses as systems scale. Modifying a small module can force the entire service to stop, causing long downtime and cascading risks if an error occurs in any part. In contrast, microservices divide the application into independent services, allowing each part to be developed, deployed, and scaled individually with optimal technologies, delivering superior flexibility for modern web systems. Containerization, exemplified by Docker, has become the "common language" for this trend by packaging code along with all dependencies into lightweight, portable units that move seamlessly between dev, test, and production environments without conflicts. However, when microservices environments spawn hundreds of parallel containers, manual management quickly turns chaotic: tracking resources, load balancing, fault detection, and version updates become operational nightmares. This is when the need for an intelligent orchestration system becomes critical, automating every process to ensure performance and reliability. Kubernetes (K8s) is the breakthrough solution to this challenge. K8s not only manages containers but also builds a true cloud-native platform: from self-healing that automatically replaces failed pods to autoscaling based on real-time load, enabling systems to handle traffic spikes without collapsing. Before K8s, DevOps teams struggled with manual instance replication or load balancer configuration - tasks now abstracted through Deployment, Service, and HPA, saving time and significantly reducing human error. Applying this trend in practice, the healthcare appointment registration website - a microservices system for intelligent clinic management - faces overload risks as user numbers surge, such as during peak appointment booking or medical result lookup periods. A simple monolithic application might crash entirely if a subsystem is overloaded, while with microservices, numerous containers need scaling to maintain continuous service; without specialized orchestration, operations teams risk constant manual interventions, leading to prolonged downtime and loss of patient trust. Thus, the topic “Healthcare Appointment Registration System - Infrastructure Management Subsystem Using Kubernetes” emerges as a tailored internal solution, transforming a K8s cluster into a reliable hosting platform for a healthcare appointment system. The system focuses on building an intuitive dashboard, Hệ thống đăng ký khám bệnh phân hệ quản trị hạ tầng cơ sở bằng Kubernetes 4 enabling non-expert users like technicians to create and manage core K8s abstractions with just a few clicks: Deployment for application rollouts, Service/Ingress for traffic routing, Horizontal Pod Autoscaler for automatic pod scaling based on CPU/load, ConfigMap/Secret for secure configuration injection, and PersistentVolume for durable medical data. This dashboard not only shortens deployment time but also sends immediate alerts if pods fail or nodes go down, allowing teams to respond before end-users notice issues. Within the thesis scope, the system is designed for an on-premise environment, enabling: • Kubernetes cluster installation via Ansible: setting up containerd, kubeadm, kubelet; initializing the Control Plane; automatically joining Worker Nodes; installing Calico CNI, Metrics Server, MetalLB, and StorageClass; adding/removing nodes from the cluster. • Monitoring and deploying Kubernetes resources like Pod, Deployment, Service, ConfigMap, Ingress, PV/PVC. Viewing logs and node consumption levels. • Deploying the entire Healthcare Appointment Registration System (identity service, appointment service, medical service, etc.) onto a live K8s cluster.