Фото Grab на Unsplash
Вступ
Kubernetes став де-факто стандартом для оркестрації контейнерів, революціонізуючи спосіб, яким додатки розгортаються та управляються в сучасних хмарних середовищах. Інші інструменти, такі як Docker Swarm, Apache Mesos, Nomad і OpenShift, також пропонують можливості для управління контейнерами, кожен зі своїми унікальними перевагами та викликами. До кінця цієї статті ви зрозумієте, коли обрати Kubernetes, а коли альтернативні інструменти можуть бути кращим варіантом.
Розуміння Kubernetes
Kubernetes, або K8s, був спочатку розроблений Google, черпаючи натхнення від їхньої внутрішньої системи під назвою Borg, яка використовувалася для управління контейнерами. Швидко ставши рішенням для запуску великих додатків, що залежать від контейнерів, Kubernetes пропонує інструменти для автоматичного розгортання, масштабування та управління цими контейнерами. Сила Kubernetes полягає в його широкому наборі функцій, таких як автоматичне масштабування кількості контейнерів залежно від навантаження, самовідновлення для виправлення проблем і управління сервісами на кількох серверах. Він використовує файли YAML для визначення того, як має працювати система, що робить його дуже гнучким, але водночас досить складним для налаштування та підтримки.
Особливості Kubernetes
Однією з головних причин, чому Kubernetes став таким популярним так швидко, є те, що він працює з майже будь-яким хмарним сервісом, будь то AWS, Azure чи навіть ваші власні сервери. Це означає, що розробники можуть зосередитись на створенні своїх додатків, не турбуючись про технічні деталі інфраструктури. Kubernetes спрощує масштабування та управління додатками, незалежно від того, де вони працюють.
Спочатку розроблений Google, Kubernetes або K8s став відкритим проєктом у 2014 році. Він має глибокі корені в Borg, внутрішній системі управління контейнерами Google, що використовувалася для контейнеризованих робочих навантажень на підприємницькому рівні протягом багатьох років. Kubernetes був призначений для того, щоб принести таку ж ефективність і масштабованість для широкої спільноти, використовуючи досвід Google в цій галузі. Він був переданий Cloud Native Computing Foundation (CNCF), де перетворився на один із найбільших відкритих проєктів. Впливаючи на поширення контейнеризації та впровадження хмарно-орієнтованих архітектур в технологічних галузях, Kubernetes швидко еволюціонував і здобув широке застосування серед основних хмарних сервіс-провайдерів, одночасно розвиваючи багатий екосистему інструментів і інтеграцій, що підтримують бурхливий ріст його спільноти.
Історія Kubernetes
Архітектура Kubernetes
Kubernetes — це безкоштовний та відкритий інструмент, який допомагає управляти і запускати додатки всередині контейнерів. Він автоматизує такі завдання, як розгортання, масштабування та обробка цих контейнеризованих додатків. Його дизайн ґрунтується на схемі майстер-робітник, що робить його надійним і здатним до росту за потреби. “Контрольна площина” є основною частиною Kubernetes і включає ключові елементи, такі як API Server, який є точкою початку для всіх завдань управління; Scheduler, який вирішує, де виконуватимуться завдання; та Controller Manager, який забезпечує виконання таких процесів, як масштабування та перевірки стану. Kubernetes також використовує etcd, систему зберігання даних, для відстеження всіх даних кластеру. Робочі вузли — це машини, які фактично виконують завдання. Вони містять компоненти, як-от Kubelet, який перевіряє, чи працюють контейнери, і Kube-Proxy, який обробляє мережеві правила для комунікації всередині кластеру. Така архітектура робить Kubernetes потужним, здатним витримувати відмови і дуже адаптивним.
Архітектура Kubernetes
Основні компоненти Kubernetes
Kubernetes виконує завдання за допомогою основних частин, таких як Pods, найменша одиниця, яку ви можете використовувати.
Pods містять один або більше контейнерів, які спільно використовують файли, мережу та середовище виконання. Deployments дозволяють оновлювати Pods крок за кроком, що допомагає додаткам рости та працювати належним чином. Services керують мережевим з'єднанням, дозволяючи Pods спілкуватися з іншими сервісами або користувачами за допомогою фіксованих IP-адрес або імен. Ingress обробляє веб-трафік, збалансовує навантаження та встановлює правила для користувачів додатків. Для одноразових або запланованих завдань Kubernetes використовує Jobs або CronJobs для їх виконання. Ці частини працюють разом з ConfigMaps, Secrets і Persistent Volumes для управління налаштуваннями, приватними даними та зберіганням. Разом вони створюють потужну, але просту систему для контейнеризованих додатків.
Тут ви можете дізнатися більше про архітектуру Kubernetes:
Дізнайтеся основи Kubernetes | Kubernetes
Огляд інших інструментів, подібних до Kubernetes
Хоча Kubernetes є найбільш популярним інструментом для оркестрації контейнерів, він не є єдиним варіантом. Існує кілька альтернатив, які спрямовані на вирішення подібних завдань, але з різними підходами. Розглянемо деякі з найбільш помітних.
Docker Swarm
Docker Swarm — це рідний інструмент для оркестрації контейнерів Docker. На відміну від Kubernetes, який був розроблений як загальний оркестратор контейнерів, Docker Swarm тісно інтегрований в екосистему Docker, що робить його зручнішим для користувачів, які вже знайомі з Docker. Swarm простий в установці та налаштуванні, і пропонує такі можливості, як автоматичне масштабування, балансування навантаження та самовідновлення. Однак Docker Swarm має менше можливостей порівняно з Kubernetes і часто обирається для менших середовищ або коли потрібне більш легке рішення для оркестрації. Це ідеальний варіант для маленьких команд або простих випадків, але може мати проблеми з великими, складними додатками, які потребують більш розвинених можливостей оркестрації.
Docker Swarm — це за замовчуванням інструмент для кластеризації та оркестрації від Docker. Його структура відносно проста порівняно з Kubernetes. В Docker Swarm є два типи вузлів: вузли-менеджери та вузли-робітники. Вузли-менеджери виконують усі завдання з оркестрації та управління кластером, такі як планування, балансування навантаження та управління станами, а вузли-робітники відповідають за виконання реальних контейнерів. Сервіси та контейнери в Docker Swarm керуються через Docker API, тому додатки можна легко масштабувати на кількох хостах для користувачів Docker. Це відрізняється від Kubernetes тим, що він тісно інтегрований з самим Docker, що робить його дуже зручним для користувачів Docker. Однак він не має деяких більш просунутих функцій Kubernetes, таких як визначення власних ресурсів, складніше мережеве налаштування і просунуті конфігурації безпеки. Він легкий і підходить для малих кластерів, але не такий гнучкий і масштабований, як Kubernetes.
Архітектура Docker Swarm.
Apache Mesos
Apache Mesos — це менеджер кластерів, який може обробляти всі види робочих навантажень (як контейнеризованих, так і не контейнеризованих) на одному кластері. Хоча спочатку він був орієнтований на розподілені додатки, програмне забезпечення також може обробляти оркестрацію контейнерів завдяки архітектурним рішенням, які призвели до створення таких фреймворків, як Marathon та DC/OS.
Підсумовуючи, Mesos підходить для сценаріїв, які не зовсім вписуються в традиційне розуміння управління віртуальними машинами або оркестрацією контейнерів. Масштабованість Mesos робить його хорошим варіантом для організацій, яким потрібно управляти сотнями або тисячами вузлів. Однак Mesos зазвичай складніше налаштувати і експлуатувати порівняно з Kubernetes, і хоча це можливо, спільнота навколо нього набагато менша за Kubernetes.
Це робить Mesos відмінним вибором для компаній, які хочуть мати універсальний менеджер кластерів, а не "лише" інструмент для контейнерів.
Apache Mesos — це система управління кластерами, яка може обробляти всі види робочих навантажень (як контейнеризованих, так і не контейнеризованих) на одному кластері. Хоча спочатку вона була орієнтована на розподілені додатки, програмне забезпечення також може обробляти оркестрацію контейнерів завдяки архітектурним рішенням, які призвели до створення таких фреймворків, як Marathon та DC/OS.
Підсумовуючи, Mesos відмінно підходить для сценаріїв, які не зовсім вписуються в традиційну модель управління віртуальними машинами або оркестрацією контейнерів. Масштабованість Mesos робить його гарним варіантом для організацій, яким потрібно керувати сотнями або тисячами вузлів. Однак, Mesos зазвичай складніше налаштувати і експлуатувати порівняно з Kubernetes, і хоча це можливо, спільнота навколо нього набагато менша, ніж у Kubernetes.
Архітектура Apache Mesos.
HashiCorp Nomad
HashiCorp Nomad — це інструмент оркестрації, який варто зазначити, що крім оркестрації контейнерів, він також надає можливості для планування інших робочих навантажень, таких як віртуальні машини та пакувальні завдання. На відміну від універсального інструментарію Kubernetes, Nomad має мінімалістичний дизайн, щоб спростити розуміння користувачем. Він інтегрується з іншими продуктами HashiCorp, такими як Consul для виявлення сервісів і Vault для безпеки. Оцінивши можливості Kubernetes і простоту Nomad, можна зрозуміти, що Nomad особливо підходить для менших груп, які не отримають особливої вигоди від складності, яку надає Kubernetes, але все ж потребують можливостей для оркестрації.
HashiCorp Nomad в підсумку є потужним інструментом оркестрації, значно менш складним і легким, ніж Kubernetes. Nomad має дуже пряму архітектуру, оскільки складається з двох основних компонентів: клієнтів Nomad і серверів Nomad. Сервери Nomad відповідають за підтримку стану кластера, в той час як клієнти Nomad виконують заплановані робочі навантаження. Крім того, Nomad призначений для підтримки як контейнеризованих, так і не контейнеризованих робочих навантажень та для безшовної інтеграції з іншими інструментами HashiCorp, такими як Consul для виявлення сервісів і Vault для управління секретами. Чесно кажучи, Nomad набагато простіше налаштувати порівняно з Kubernetes. Він не має всієї цієї абстракції та складності, але забезпечує гнучкість завдяки можливості роботи з різними робочими навантаженнями. Kubernetes є безсумнівно повним рішенням для оркестрації контейнерів з розвиненими можливостями мережевих і безпекових функцій, в той час як Nomad, ймовірно, є кращим варіантом для простих середовищ або для тих, хто потребує багатофункціонального підходу до робочих навантажень.
Архітектура HashiCorp Nomad.
OpenShift
Один з відомих продуктів компанії Red Hat — це OpenShift; він побудований на базі Kubernetes, але має додаткові функції, що роблять його готовим для використання на підприємствах. Він включає додаткові переваги, такі як більш розширена CI/CD конвеєр, інтегровані механізми доступу до безпеки, вбудований реєстр і простий веб-консольний інтерфейс користувача, серед інших. Крім того, OpenShift також включає інструменти для управління життєвим циклом додатків, що робить його ідеальним для більшості організацій, які шукають повністю керовану платформу для контейнерів.
Єдиний недолік цієї платформи полягає в тому, що вона стає трохи важчою та має деякі обмеження, такі як необхідність підтримки від самого Red Hat. Це хороша опція, особливо для великих компаній, які потребують відповідності іншим функціям, таким як політики безпеки, моніторинг та інтеграція з іншими продуктами Red Hat.
OpenShift — це корпоративна версія Kubernetes від Red Hat. Він зберігає структуру оригінальної архітектури Kubernetes, додаючи додаткові функції та механізми безпеки. Архітектура OpenShift складається з головних вузлів, які керують кластером, і робочих вузлів, що запускають контейнери додатків. OpenShift розширює Kubernetes, додаючи вбудований реєстр контейнерних зображень, CI/CD конвеєри та надійну веб-консоль, що значно спрощує адміністрування та моніторинг. OpenShift також забезпечує багатокористувацьку підтримку, накладає більш жорсткі вимоги до безпеки за допомогою обмежень контексту безпеки (SCC), і багато іншого. Найбільша відмінність OpenShift від Kubernetes полягає в спрощенні, оскільки OpenShift, крім досвіду роботи з Kubernetes, також приносить складність і витрати. Kubernetes, таким чином, є більш гнучким і відкритим, в той час як OpenShift більше орієнтований на підприємства і надає більше функцій для побудови на базі Kubernetes.
Архітектура OpenShift Red-Hat.
Порівняння функцій: Kubernetes vs. альтернативи
Простота використання
Kubernetes — це надзвичайно потужне програмне забезпечення, але воно славиться своєю складністю у налаштуванні та управлінні. На противагу цьому, Docker Swarm досяг успіху саме в цьому аспекті. Оскільки він є частиною екосистеми Docker, налаштування та використання його набагато простіше порівняно з іншими інструментами для оркестрації контейнерів, що не є частиною Docker, для тих, хто вже знайомий з компонентами Docker. Насправді, це так просто, що часто приваблює індивідуальних розробників або невеликі команди, які тільки починають працювати з оркестрацією контейнерів. Mesos і Nomad потребують значних налаштувань і конфігурацій, але пропонують можливість зробити набагато більше. OpenShift побудований на Kubernetes, але знімає труднощі завдяки зручному веб-інтерфейсу та додатковим інструментам. Проте він не обов'язково буде простим для команд без великого досвіду роботи з Kubernetes.
Масштабованість
Що стосується масштабованості, Kubernetes безперечно є найсильнішим. Його структура дозволяє легко управляти навіть найбільшими та найскладнішими додатками в підприємствах, де потрібно швидко масштабувати. Подібно до Kubernetes, Mesos також чудово підходить для масштабованості, але його керувати складніше. Docker Swarm і Nomad набагато менш масштабовані, і Docker Swarm найкраще підходить для малих кластерів. Оскільки OpenShift побудований на Kubernetes, масштабованість Kubernetes переходить і в OpenShift, але з додатковими функціями для підприємств, що підтримують великі середовища.
Безпека
Безпека — важливий аспект, навіть при виборі інструмента оркестрації. Kubernetes надає багатий набір заходів безпеки, таких як керування доступом на основі ролей (RBAC), мережеві політики та управління секретами. OpenShift йде ще далі, надаючи додаткові потужні політики безпеки, такі як безпечна багатокористувацька підтримка та інтеграція з OAuth-аутентифікацією. Docker Swarm є безпечним, але йому не вистачає деяких дрібніших налаштувань безпеки порівняно з Kubernetes або OpenShift. Mesos і Nomad мають функції безпеки, але вони набагато більше вручну налаштовуються і менш інтегровані, що ускладнює їх управління в масштабах.
Спільнота та екосистема
Kubernetes — ймовірно, найбільша і найактивніша спільнота з відкритим кодом, з величезною кількістю контрибуторів та розвинутою екосистемою додаткових інструментів і інтеграцій.
Підтримка, документація та сторонні інструменти легко доступні. Docker Swarm і Nomad мають менші спільноти, але тісно інтегровані з більшими екосистемами Docker та HashiCorp відповідно. Це не означає, що вони менш актуальні. Mesos дуже популярний в середовищах значного масштабу, але має більш нішеву спільноту. Екосистема OpenShift тісно пов'язана з Red Hat, що забезпечує відмінну підтримку, але не така гнучка в порівнянні з екосистемою інструментів, орієнтованих на спільноту, як у Kubernetes.
Ось ми підсумовуємо попереднє порівняння.
Статистика та прийняття
Статистика прийняття Kubernetes
Kubernetes широко поширився по всьому світу з того часу. До 2024 року ці цифри дійсно вражають. Статистика показує, що більше 60% організацій зараз використовують Kubernetes; Cloud Native Computing Foundation (CNCF) підтвердила щорічне зростання прийняття протягом останніх 3 років, повідомивши, що рівень прийняття зріс до 96%. Дивіться це посилання.
Ця платформа отримала загальну оцінку ринку близько 1,46 мільярда доларів США в 2019 році, з прогнозами зростання з певним темпом щорічного зростання (CAGR) на рівні 23,4% до 2031 року. Дивіться це посилання.
Кажуть, що США надають більше половини користувачів Kubernetes у світі, що саме по собі вказує на великий масштаб цього континенту. Дивіться це посилання.
Kubernetes у реальних проектах
Ці організації є деякими з тих, що зробили великий крок у трансформації своєї інфраструктури та операцій, використовуючи Kubernetes:
IBM Cloud: IBM інтегрувала Kubernetes у свої хмарні пропозиції, щоб забезпечити платформу для автоматизованого розгортання, масштабування та операцій контейнерів додатків на кластерах хостів. Дивіться це посилання.
Google Cloud Platform (GCP): Google пропонує сертифікований Kubernetes і Google Kubernetes Engine (GKE) для надання керованих послуг Kubernetes, що полегшує оркестрацію контейнерів для розробників. Дивіться це посилання.
LSST Science Platform: Великий синоптичний телескоп (LSST) прийняв Kubernetes для розгортання та експлуатації своєї наукової платформи, що дозволяє обробляти дуже складні астрономічні дані більш ефективно. Дивіться це посилання.
Прийняття альтернатив Kubernetes
Kubernetes домінує у світі оркестрації контейнерів, але його альтернативи, такі як Docker Swarm, Apache Mesos, HashiCorp Nomad і OpenShift, також мають свою частку уваги:
Docker Swarm: Побудований у Docker, Swarm вибирають за його простоту та зручність для користувачів. Він добре підходить для менших проектів та груп.
Apache Mesos: Відомий вже довгий час за кілька переваг, які він пропонує для створення масштабованого середовища для контейнеризованих та не контейнеризованих навантажень.
HashiCorp Nomad: Відомий своєю простотою та гнучкістю, Nomad застосовується в багатьох галузях для управління контейнерами та навантаженнями поза контейнерами.
OpenShift: OpenShift є дистрибуцією Kubernetes від Red Hat, яку приймають організації, що потребують додаткових функцій безпеки та вбудованих CI/CD конвеєрів.
Дивіться це посилання.
Підсумовуючи, хоча Kubernetes зберігає свою перевагу над іншими платформами в плані прийняття та використання, домінуючи в США, інші платформи, такі як Docker Swarm, Apache Mesos, HashiCorp Nomad та OpenShift, все одно мають значення у своїх конкретних випадках і галузях.
Ключові відмінності між Kubernetes та альтернативами
Docker Swarm проти Kubernetes
Kubernetes є кращим у плані масштабованості. Хоча Docker Swarm є простим для налаштування та експлуатації на малих масштабах, він не зрівняється з Kubernetes за можливістю масштабування, розвиненою мережею та гнучкістю. Складність установки та управління робить Kubernetes вибором, коли потрібно обробляти великі розподілені додатки або архітектури мікросервісів, де Swarm більше підходить для спрощених і менших середовищ.
Apache Mesos проти Kubernetes
Mesos є кластерним менеджером загального призначення; він не обмежується лише контейнерами. Він ідеально підходить для середовищ, що потребують змішаних навантажень, таких як поєднання контейнерів з віртуальними машинами. Kubernetes, навпаки, орієнтований на контейнерами і має розвинуті можливості оркестрації, які призначені для ефективного управління великою кількістю контейнерів.
Nomad проти Kubernetes
Nomad є легшим і простішим у використанні порівняно з Kubernetes. Він ідеально підходить для організацій, які потребують простого та гнучкого оркестратора для управління контейнеризованими та не контейнеризованими навантаженнями. Хоча Kubernetes підтримує більш розвинені функції, специфічні для контейнерів, такі як мережеві налаштування, авто-масштабування та більш широку екосистему інструментів і інтеграцій, Nomad підходить для випадків, де ці функції не є так важливими.
OpenShift проти Kubernetes
OpenShift — це насправді Kubernetes з додатковими корпоративними функціями, такими як поліпшена безпека, інтегровані CI/CD пайплайни та більш зручний інтерфейс. Якщо OpenShift може бути трохи сильнішим у плані налаштувань і більш орієнтованим на великі підприємства з необхідністю підтримки та безпеки, то Kubernetes є більш органічним і відкритим джерелом, дозволяючи використовувати власну кастомізацію та конфігурацію.
Порівняння функцій: Kubernetes проти альтернатив
Легкість використання
Kubernetes є надзвичайно хорошим програмним забезпеченням, але його налаштування та управління відомі своєю складністю. З іншого боку, саме тут Docker Swarm досягає успіху. Оскільки він є частиною екосистеми Docker, його налаштування та використання є значно простішим порівняно з іншими не-Docker інструментами для тих, хто вже використовує різні компоненти екосистеми Docker. Насправді це настільки просто, що це часто приваблює індивідуальних розробників або невеликі групи, які тільки починають працювати з оркестрацією контейнерів. Mesos та Nomad вимагають досить великої налаштування та конфігурації, але пропонують можливість виконувати набагато більше. OpenShift базується на Kubernetes, але спрощує процес за допомогою зручного веб-інтерфейсу та інших вбудованих інструментів. Однак для команд без великого досвіду роботи з Kubernetes це не обов'язково буде легко.
Масштабованість
Щодо масштабованості, Kubernetes безсумнівно є найсильнішим. Його структура дозволяє навіть найскладніші та найбільші додатки легко керувати в організаціях, де потрібно швидко масштабувати. Подібно до Kubernetes, Mesos також дуже потужний щодо масштабованості, але складніше в управлінні. В порівнянні з ними Docker Swarm та Nomad є значно менш масштабованими, з тим, що Docker Swarm найкраще підходить для малих кластерів. Оскільки OpenShift побудований на Kubernetes, масштабованість в Kubernetes також наявна в OpenShift, але з додатковими функціями для підтримки великих середовищ.
Безпека
Безпека є важливим аспектом при виборі інструменту оркестрації. Kubernetes надає багатий набір заходів безпеки, таких як контроль доступу на основі ролей (RBAC), мережеві політики та управління секретами. OpenShift розширює це, надаючи додаткові потужні політики безпеки, такі як безпечна багатокористувацькість та інтегрована аутентифікація OAuth. Docker Swarm є безпечним, але не має такого рівня деталізації налаштувань безпеки, як Kubernetes або OpenShift. Mesos та Nomad мають функції безпеки, але вони значно менш інтегровані, ніж у Kubernetes чи OpenShift, що ускладнює управління на великому масштабі.
Спільнота та екосистема
Kubernetes є, мабуть, найбільшою та найактивнішою спільнотою з відкритим кодом, з величезною кількістю учасників та процвітаючою екосистемою доповнюючих інструментів та інтеграцій.
Перекладено з: Kubernetes and the Alternatives: Understanding Container Orchestration Tools for Modern DevOps