Розгортання та управління контейнеризованими додатками за допомогою Kubernetes

У світі сучасної розробки програмного забезпечення розгортання та управління контейнеризованими додатками стало важливим процесом для масштабування та підтримки ефективних робочих процесів. Kubernetes, платформа з відкритим кодом, робить цей процес безшовним, автоматизуючи розгортання, масштабування та управління контейнеризованими додатками. Kubernetes спрощує складнощі роботи з контейнерами та забезпечує надійне середовище для розгортання додатків.

Що таке контейнеризований додаток?

Контейнеризовані додатки — це програмне забезпечення, яке упаковане в контейнери, що об'єднують код додатка, бібліотеки, залежності та конфігурації в одному пакеті. Це означає, що додаток може працювати незалежно від базової інфраструктури. Незалежно від того, де розгорнутий контейнер, додаток працюватиме однаково, забезпечуючи консистентність і надійність у різних середовищах.

Контейнеризація: відокремлення додатків від хостової ОС

Однією з основних переваг контейнеризації є те, що вона відокремлює додатки від хостової операційної системи. На відміну від традиційних методів, де додатки залежать від хостової ОС, контейнеризовані додатки можуть працювати в будь-якому середовищі без конфліктів. Це відокремлення забезпечує більшу портативність і гнучкість, що ідеально підходить для додатків, створених для хмарних середовищ.

Модель розгортання в Kubernetes: висока гнучкість та доступність

Kubernetes вводить нову модель розгортання, яка є одночасно високо гнучкою та високодоступною. Вона абстрагує складнощі управління інфраструктурою та дозволяє додаткам автоматично масштабуватися в залежності від попиту. Ця гнучкість дозволяє безперебійно переходити між хмарними середовищами та забезпечує безперервну роботу навіть під час відмови апаратного забезпечення.

Kubernetes: оркестрація контейнеризованих навантажень

Kubernetes є платформою для оркестрації контейнеризованих навантажень. Автоматизуючи розгортання та масштабування додатків, він забезпечує їх ефективну роботу. Kubernetes виконує такі завдання, як балансування навантаження, автоскейлінг та самовідновлення, звільняючи розробників від ручного втручання та покращуючи загальну надійність системи.

Абстракція API в Kubernetes

Kubernetes надає абстракції API, що роблять взаємодію з платформою простою. З комплектом API, розробники можуть автоматизувати завдання, налаштовувати додатки та взаємодіяти з кластером без необхідності розуміти інфраструктуру, що стоїть за платформою. Ця абстракція спрощує складнощі управління контейнеризованими додатками та забезпечує більший контроль над процесом розгортання.

Архітектура кластера Kubernetes: майстер-вузли та робочі вузли

Кластер Kubernetes складається з двох основних типів вузлів: майстер-вузла та робочих вузлів. Майстер-вузол — це "мозок" кластера. Він управляє загальним станом кластера, планує завдання та забезпечує його стабільну роботу. Робочі вузли виконують самі контейнеризовані додатки та виконують завдання, призначені майстер-вузлом. Ці вузли працюють в гармонії, щоб забезпечити ефективне розгортання та управління додатками.

Роль майстер-вузла та робочих вузлів у Kubernetes

Майстер-вузол контролює та управляє всім кластером Kubernetes, приймаючи глобальні рішення, такі як планування робочих навантажень та підтримка бажаного стану кластера. У свою чергу, робочі вузли відповідають за виконання робочих навантажень додатків. Вони виконують інструкції від майстер-вузла та забезпечують реальні обчислення і мережеву взаємодію для контейнеризованих додатків.

Декларативна конфігурація в Kubernetes (K8s)

Декларативна конфігурація — це потужний підхід до управління ресурсами в кластері Kubernetes. Замість того, щоб вручну вказувати команди для створення, видалення або оновлення ресурсів, ви оголошуєте бажаний стан вашої системи за допомогою конфігураційних файлів у форматі YAML або JSON.

Розгортання та керування контейнеризованими додатками за допомогою Kubernetes

У світі сучасної розробки програмного забезпечення процес розгортання та керування контейнеризованими додатками став важливою складовою для масштабування та підтримки ефективних робочих процесів. Kubernetes, платформа з відкритим кодом, робить цей процес безперебійним, автоматизуючи розгортання, масштабування та керування контейнеризованими додатками. Kubernetes спрощує складність роботи з контейнерами і забезпечує надійне середовище для роботи додатків.

Що таке контейнеризований додаток?

Контейнеризовані додатки — це програмне забезпечення, упаковане в контейнери, які об'єднують код додатку, бібліотеки, залежності та конфігурації в єдину одиницю. Це означає, що додаток може працювати незалежно від інфраструктури, на якій він запущений. Незалежно від того, де розгортається контейнер, додаток поводитиметься однаково, що забезпечує консистентність та надійність у різних середовищах.

Контейнеризація: відокремлення додатків від операційної системи хосту

Однією з основних переваг контейнеризації є те, що вона відокремлює додатки від операційної системи хосту. На відміну від традиційних методів, коли додатки залежать від операційної системи хосту, контейнеризовані додатки можуть працювати в будь-якому середовищі без конфліктів. Це відокремлення надає більшу портативність та гнучкість, що є ідеальним для додатків, орієнтованих на хмарні технології.

Модель розгортання Kubernetes: висока гнучкість та доступність

Kubernetes представляє нову модель розгортання, яка є водночас високо гнучкою та доступною. Вона абстрагує складнощі керування інфраструктурою і дозволяє додаткам автоматично масштабуватися залежно від попиту. Ця гнучкість дозволяє безперешкодно переходити між хмарними середовищами та забезпечує безперервну роботу навіть під час збоїв апаратного забезпечення.

Kubernetes: оркестрація контейнеризованих навантажень

Kubernetes є платформою для оркестрації контейнеризованих навантажень. Автоматизуючи розгортання та масштабування додатків, вона забезпечує їх ефективну роботу. Kubernetes бере на себе такі завдання, як балансування навантаження, автоскейлінг та самовідновлення, звільняючи розробників від ручного втручання та покращуючи загальну надійність системи.

Абстракція API у Kubernetes

Kubernetes надає абстракції API, що полегшують взаємодію з платформою. Завдяки комплексному набору API, розробники можуть автоматизувати завдання, налаштовувати додатки та взаємодіяти з кластером без необхідності розуміти підґрунтя інфраструктури. Ця абстракція спрощує складнощі керування контейнеризованими додатками та дає більший контроль над процесом розгортання.

Архітектура кластера Kubernetes: майстер- та робочі вузли

Кластер Kubernetes складається з двох основних типів вузлів: майстер-вузла та робочих вузлів. Майстер-вузол є мозком кластера. Він керує загальним станом кластера, планує завдання і забезпечує безперебійну роботу. Робочі вузли виконують фактичні контейнеризовані додатки та виконують завдання, які їм призначає майстер-вузол. Ці вузли працюють гармонійно, щоб забезпечити ефективне розгортання та керування додатками.

Роль майстер- та робочих вузлів у Kubernetes

Майстер-вузол контролює та керує всім кластером Kubernetes, приймаючи глобальні рішення, такі як планування робочих навантажень та підтримка бажаного стану кластера. Водночас робочі вузли відповідають за виконання робочих навантажень додатків. Вони виконують інструкції від майстер-вузла і відповідають за фактичні обчислення та мережеві операції для контейнеризованих додатків.

Декларативна конфігурація в Kubernetes (K8s)

Декларативна конфігурація є потужним підходом до керування ресурсами в кластері Kubernetes. Замість того, щоб вручну вказувати команди для створення, видалення або оновлення ресурсів, ви оголошуєте бажаний стан вашої системи за допомогою конфігураційних файлів у форматі YAML або JSON.
Kubernetes потім забезпечує відповідність фактичного стану системи тому, що ви визначили.

Ключові концепти декларативної конфігурації

1. Бажаний стан
   У декларативному підході ви вказуєте точний стан, який ви хочете для ваших ресурсів. Наприклад, ви визначаєте кількість реплік, версію образу контейнера або будь-які налаштування конфігурації в конфігураційному файлі. Контрольна панель Kubernetes постійно моніторить і коригує фактичний стан, щоб забезпечити його відповідність бажаному стану. Якщо є відхилення або несумісність, Kubernetes автоматично їх усуває.
2. Незмінність
   Після того, як ви визначили конфігураційні файли, вони служать єдиним джерелом правди для стану вашої системи. Ці файли незмінні, тобто конфігурація не змінюється, якщо ви не модифікуєте і не повторно застосуєте файл. Зміни в системі керуються оновленням конфігураційних файлів, що забезпечує контроль версій та прозорість.
3. Ідемпотентність
   Одна з основних переваг декларативної конфігурації полягає в її ідемпотентності. Це означає, що повторне застосування того самого конфігураційного файлу кілька разів не призведе до непередбачених наслідків. Kubernetes забезпечує відповідність кластера бажаному стану, незалежно від того, скільки разів застосовувалася конфігурація. Чи це перший, чи сотий раз, результат завжди буде однаковим.

Переваги декларативної конфігурації

1. Відтворюваність
   Ви можете легко відтворити те саме середовище в кількох кластерах. Це спрощує налаштування нових середовищ, реплікацію продакшн-систем або відновлення після збоїв.
2. Легкість автоматизації
   Декларативна конфігурація природно підходить для автоматизації. Інструменти, такі як CI/CD пайплайни, можуть автоматично застосовувати конфігураційні файли, забезпечуючи безперебійні та повторювані розгортання без втручання людини.
3. Прозорість і консистентність
   Оголошення стану системи в файлах забезпечує чітку, контрольовану версію специфікації ресурсів вашого кластера. Це полегшує підтримку, розуміння та усунення неполадок систем, оскільки стан ваших ресурсів завжди визначений і видимий у конфігураційних файлах.
4. Масштабованість
   Декларативна конфігурація добре масштабується для керування великою кількістю ресурсів. Оскільки Kubernetes гарантує, що бажаний стан завжди досягнутий, керування складними середовищами з сотнями ресурсів стає менш схильним до помилок і ефективнішим.
5. Самовідновлення
   Kubernetes автоматично приводить фактичний стан системи у відповідність з бажаним станом. Якщо ресурс вийшов з ладу або був випадково видалений, Kubernetes виявляє відхилення і відновлює його до бажаного стану, забезпечуючи самовідновлювану, високо доступну систему.

apiVersion: apps/v1  
kind: Deployment  
metadata:  
 name: nginx-deployment  
spec:  
 replicas: 3  
 selector:  
 matchLabels:  
 app: nginx  
 template:  
 metadata:  
 labels:  
 app: nginx  
 spec:  
 containers:  
 - name: nginx  
 image: nginx:1.21.0  
 ports:  
 - containerPort: 80

Переваги Kubernetes

1. Зменшення ручного втручання з Kubernetes

Kubernetes автоматизує ключові операційні завдання, зменшуючи ручне втручання в управління додатками.

• Самовідновлення: Kubernetes автоматично перезапускає невдалі контейнери і переназначає поди, зменшуючи необхідність в ручних перевірках стану.
• Автоматичні оновлення: Крокові оновлення дозволяють здійснювати плавні, поетапні розгортання без простоїв.
• Автоматичне масштабування: Kubernetes динамічно регулює ресурси (поди або вузли) залежно від попиту.

Перевага: Розробники можуть зосередитися на завданнях, що мають вищу цінність, залишаючи керування інфраструктурою на Kubernetes.

2.

Kubernetes потім забезпечує відповідність фактичного стану системи тому, що ви визначили.

Ключові концепти декларативної конфігурації

1. Бажаний стан
   У декларативному підході ви вказуєте точний стан, який ви хочете для ваших ресурсів. Наприклад, ви визначаєте кількість реплік, версію образу контейнера або будь-які налаштування конфігурації в конфігураційному файлі. Контрольна панель Kubernetes постійно моніторить і коригує фактичний стан, щоб забезпечити його відповідність бажаному стану. Якщо є відхилення або несумісність, Kubernetes автоматично їх усуває.
2. Незмінність
   Після того, як ви визначили конфігураційні файли, вони служать єдиним джерелом правди для стану вашої системи. Ці файли незмінні, тобто конфігурація не змінюється, якщо ви не модифікуєте і не повторно застосуєте файл. Зміни в системі керуються оновленням конфігураційних файлів, що забезпечує контроль версій та прозорість.
3. Ідемпотентність
   Одна з основних переваг декларативної конфігурації полягає в її ідемпотентності. Це означає, що повторне застосування того самого конфігураційного файлу кілька разів не призведе до непередбачених наслідків. Kubernetes забезпечує відповідність кластера бажаному стану, незалежно від того, скільки разів застосовувалася конфігурація. Чи це перший, чи сотий раз, результат завжди буде однаковим.

Переваги декларативної конфігурації

1. Відтворюваність
   Ви можете легко відтворити те саме середовище в кількох кластерах. Це спрощує налаштування нових середовищ, реплікацію продакшн-систем або відновлення після збоїв.
2. Легкість автоматизації
   Декларативна конфігурація природно підходить для автоматизації. Інструменти, такі як CI/CD пайплайни, можуть автоматично застосовувати конфігураційні файли, забезпечуючи безперебійні та повторювані розгортання без втручання людини.
3. Прозорість і консистентність
   Оголошення стану системи в файлах забезпечує чітку, контрольовану версію специфікації ресурсів вашого кластера. Це полегшує підтримку, розуміння та усунення неполадок систем, оскільки стан ваших ресурсів завжди визначений і видимий у конфігураційних файлах.
4. Масштабованість
   Декларативна конфігурація добре масштабується для керування великою кількістю ресурсів. Оскільки Kubernetes гарантує, що бажаний стан завжди досягнутий, керування складними середовищами з сотнями ресурсів стає менш схильним до помилок і ефективнішим.
5. Самовідновлення
   Kubernetes автоматично приводить фактичний стан системи у відповідність з бажаним станом. Якщо ресурс вийшов з ладу або був випадково видалений, Kubernetes виявляє відхилення і відновлює його до бажаного стану, забезпечуючи самовідновлювану, високо доступну систему.

apiVersion: apps/v1  
kind: Deployment  
metadata:  
 name: nginx-deployment  
spec:  
 replicas: 3  
 selector:  
 matchLabels:  
 app: nginx  
 template:  
 metadata:  
 labels:  
 app: nginx  
 spec:  
 containers:  
 - name: nginx  
 image: nginx:1.21.0  
 ports:  
 - containerPort: 80

Переваги Kubernetes

1. Зменшення ручного втручання з Kubernetes

Kubernetes автоматизує ключові операційні завдання, зменшуючи ручне втручання в управління додатками.

• Самовідновлення: Kubernetes автоматично перезапускає невдалі контейнери і переназначає поди, зменшуючи необхідність в ручних перевірках стану.
• Автоматичні оновлення: Крокові оновлення дозволяють здійснювати плавні, поетапні розгортання без простоїв.
• Автоматичне масштабування: Kubernetes динамічно регулює ресурси (поди або вузли) залежно від попиту.

Перевага: Розробники можуть зосередитися на завданнях, що мають вищу цінність, залишаючи керування інфраструктурою на Kubernetes.

2.

Kubernetes забезпечує портативність додатків між різними хмарними середовищами

Kubernetes є хмаро-незалежним, що дозволяє безперешкодно переносити додатки між платформами.

• Консистентне розгортання: Працює на AWS, Azure, Google Cloud та локальних інфраструктурах.
• Уникання прив'язки до постачальника: Легко переміщувати навантаження між хмарними провайдерами.
• Стандартизація: API Kubernetes забезпечує однакову поведінку в різних середовищах.

Перевага: Організації можуть вільно змінювати хмарних провайдерів, оптимізуючи витрати та продуктивність.

3. Kubernetes дозволяє легко розгортати додатки, масштабувати їх і виконувати відкат

Kubernetes спрощує життєвий цикл розгортання, забезпечуючи плавні оновлення, масштабування та легкі відкати.

• Поетапні оновлення: Поступово замінює старі версії без переривань в роботі.
• Нульовий час простою: Розгортання нових версій без простоїв з автоматичним перенаправленням трафіку.
• Відкат: Швидко повертається до попередніх версій за необхідності.

Перевага: Мінімізація ризиків при розгортанні та безпечне оновлення додатків.

4. Масштабування кластера Kubernetes є легким і прямолінійним

Kubernetes робить масштабування додатків і інфраструктури безперешкодним.

• Автомасштабувальник подів (Horizontal Pod Autoscaler): Регулює кількість подів залежно від використання ресурсів.
• Автомасштабувальник кластера (Cluster Autoscaler): Автоматично масштабує кількість вузлів.
• Ручне масштабування: Простими командами можна вручну масштабувати ресурси.

Перевага: Легко масштабувати систему для обробки пікових навантажень і оптимізувати використання ресурсів.

5. Откати програмного забезпечення є легкими — скасувати поточне розгортання

Kubernetes спрощує відкат, дозволяючи швидко відновлюватися після невдалих розгортань.

• Функція відкату (Rollback): Відслідковує та повертається до попередніх стабільних версій.
• Декларативна конфігурація: Відновлює систему до відомого хорошого стану.
• Швидке відновлення: Відкати виконуються швидко, мінімізуючи час простою.

Перевага: Забезпечення безперервності бізнесу та безпечні експерименти з оновленнями.
Kubernetes забезпечує портативність додатків між різними хмарними середовищами

Kubernetes є хмаро-незалежним, що дозволяє безперешкодно переносити додатки між платформами.

• Консистентне розгортання: Працює на AWS, Azure, Google Cloud та локальних інфраструктурах.
• Уникання прив'язки до постачальника: Легко переміщувати навантаження між хмарними провайдерами.
• Стандартизація: API Kubernetes забезпечує однакову поведінку в різних середовищах.

Перевага: Організації можуть вільно змінювати хмарних провайдерів, оптимізуючи витрати та продуктивність.

3. Kubernetes дозволяє легко розгортати додатки, масштабувати їх і виконувати відкат

Kubernetes спрощує життєвий цикл розгортання, забезпечуючи плавні оновлення, масштабування та легкі відкати.

• Поетапні оновлення: Поступово замінює старі версії без переривань в роботі.
• Нульовий час простою: Розгортання нових версій без простоїв з автоматичним перенаправленням трафіку.
• Відкат: Швидко повертається до попередніх версій за необхідності.

Перевага: Мінімізація ризиків при розгортанні та безпечне оновлення додатків.

4. Масштабування кластера Kubernetes є легким і прямолінійним

Kubernetes робить масштабування додатків і інфраструктури безперешкодним.

• Автомасштабувальник подів (Horizontal Pod Autoscaler): Регулює кількість подів залежно від використання ресурсів.
• Автомасштабувальник кластера (Cluster Autoscaler): Автоматично масштабує кількість вузлів.
• Ручне масштабування: Простими командами можна вручну масштабувати ресурси.

Перевага: Легко масштабувати систему для обробки пікових навантажень і оптимізувати використання ресурсів.

5. Откати програмного забезпечення є легкими — скасувати поточне розгортання

Kubernetes спрощує відкат, дозволяючи швидко відновлюватися після невдалих розгортань.

• Функція відкату (Rollback): Відслідковує та повертається до попередніх стабільних версій.
• Декларативна конфігурація: Відновлює систему до відомого хорошого стану.
• Швидке відновлення: Відкати виконуються швидко, мінімізуючи час простою.

Перевага: Забезпечення безперервності бізнесу та безпечні експерименти з оновленнями.

Перекладено з: Kubernetes Overview