Kubernetes — це потужна платформа для оркестрації контейнерів, що використовується для розгортання, масштабування та керування контейнерами. Однак, щоб повністю зрозуміти Kubernetes, важливо вивчити проблему, яку він був призначений вирішити.
Уявіть собі розробку проєкту з архітектурою мікросервісів. Такий проєкт може включати десятки, а можливо, й сотні мікросервісів. Тепер уявіть, що кожен з цих сервісів ви упакували в контейнери за допомогою Docker. Результатом буде сотні контейнерів.
Однак контейнери — це не статичні сутності. Наприклад, коли потрібно зробити оновлення, вам, ймовірно, доведеться вручну видалити всі контейнери та відтворити їх один за одним. Цей процес не тільки забирає багато часу, але й є схильним до помилок і операційних неефективностей, що веде до великих витрат.
Ось тут і вступає в гру концепція Оркестрації Контейнерів. Вона надає рішення для автоматизації життєвого циклу контейнерів, роблячи їх масштабування та керування набагато простішими та ефективнішими. Kubernetes є найпопулярнішою платформою для оркестрації контейнерів сьогодні, яка вирішує ці проблеми та спрощує сучасне розгортання додатків.
Kubernetes пропонує потужні інструменти для спрощення складних структур, таких як архітектура мікросервісів, автоматичного масштабування ваших контейнерів при потребі та забезпечення безперебійної роботи під час оновлень. Тому Kubernetes — це не просто інструмент, а невід’ємна частина сучасних процесів розробки програмного забезпечення.
Оркестрація Контейнерів
Уявіть футбольну команду. Зазвичай до складу входить 20-30 гравців, кожен з яких має свою роль. На чолі команди стоїть тренер. Тож яка роль тренера? Керувати командою, правильно?
Тренер вирішує, хто буде грати в основному складі, планує тактику на гру і працює над тим, щоб гравці показували найкращі результати на полі та поза ним. Якщо гравець отримує травму чи втомлюється, тренер визначає, хто його замінить. Тобто, тренер відповідає за те, щоб команда працювала ефективно та продуктивно.
Ви можете також уявити Kubernetes як тренера. Однак замість того, щоб керувати гравцями, він керує контейнерами. Уявіть, що контейнер — це гравець. Кожен контейнер призначений для виконання конкретного завдання: деякі виконують базу даних, інші надають API, а деякі обробляють фонові задачі. Для того, щоб додаток працював безперебійно, ці контейнери повинні бути правильно організовані.
Ось тут і вступає Kubernetes. Kubernetes — це інструмент оркестрації контейнерів, розроблений для керування контейнерами. Це може звучати технічно, але насправді його задача досить проста: забезпечити, щоб контейнери, які запускають ваші додатки, були у правильному місці, у правильній кількості та працювали без збоїв.
Ключові особливості Kubernetes:
Автоматичне розгортання та оновлення
Kubernetes автоматизує розгортання та оновлення додатків. Поди (групи контейнерів, які працюють разом) створюються та керуються відповідно до попередньо визначених правил. Наприклад, коли ви оновлюєте додаток до нової версії, Kubernetes забезпечує це без простоїв.
Балансування навантаження
Kubernetes автоматично розподіляє вхідний трафік між сервісами, забезпечуючи постійну доступність вашого додатку. Наприклад, на сайті електронної комерції він розподіляє навантаження по всіх подах, щоб ефективно обробляти збільшення попиту серед клієнтів.
Масштабованість
Kubernetes динамічно масштабує поди відповідно до потреб додатка. Це масштабування може бути:
- Горизонтальне масштабування: Додає більше подів. Наприклад, ви можете збільшити кількість подів під час періодів високого трафіку.
- Вертикальне масштабування: Збільшує ресурси (CPU або пам'ять), що виділяються для подів.
Самовідновлення
Kubernetes автоматично виявляє і замінює невдачі або нефункціональні поди.
Це забезпечує безперервну роботу вашого додатку.
Розподілена архітектура
Kubernetes працює на кластері, що складається з кількох вузлів (серверів). Така архітектура забезпечує високу доступність та стійкість для ваших додатків. Наприклад, якщо один з вузлів має проблему, система продовжує працювати, не впливаючи на інші вузли.
Архітектура Kubernetes
Архітектура Kubernetes складається з вузлів, і коли вузли об'єднуються, утворюється кластер Kubernetes. Вузли Kubernetes поділяються на дві основні частини: Control Plane (Master) і Worker node. Control Plane відповідає за загальне управління та координацію кластера, а Worker nodes — це ті місця, де виконуються додатки та сервіси. Ця архітектура дозволяє Kubernetes забезпечувати такі переваги, як висока доступність, гнучкість і масштабованість.
Control Plane (Master Node)
Основна мета Master Node — управляти навантаженнями та вузлами в кластері Kubernetes. Ключові задачі, такі як правильний розподіл навантажень, ефективне використання ресурсів та підтримка бажаного стану кластера, виконуються саме Master Node.
Користувачі можуть керувати ресурсами в кластері, надсилаючи запити до API Server за допомогою таких інструментів, як kubectl. Наприклад, при розгортанні нового додатка або оновленні існуючого пода, усі команди спочатку надсилаються до Master Node. Той аналізує ці команди та вживає необхідних заходів.
У середовищі Kubernetes безперервна робота Master Node є життєво важливою, оскільки вона забезпечує загальне управління, контроль та нагляд за кластером.
Якщо пригадати аналогію з футбольною командою, Master Node можна порівняти з тренером команди. Так само, як тренер організує ролі гравців, визначає тактику на полі та здійснює заміни при необхідності, Master Node координує поди та вузли в межах кластера.
Control Plane (Master) має компоненти, що виконують різні функції.
- API Server
- Scheduler
- Controller Manager
- Etcd
Etcd
Це центральна база даних або хранилище ключів і значень в Kubernetes, що зберігає всі конфігураційні дані в кластері. Це один з основних компонентів Kubernetes, який постійно моніторить та зберігає статус і конфігурацію ресурсів (поди, сервіси, деплойменти тощо) у кластері.
Scheduler
Цей компонент визначає, на якому вузлі (сервері) будуть працювати поди в кластері Kubernetes. Тобто, коли поди створюються, Kubernetes Scheduler виконує планування, щоб ці поди могли працювати на відповідному вузлі.
API Server
Це центральний компонент у кластері Kubernetes, що забезпечує комунікацію між усіма компонентами, які взаємодіють з Kubernetes. API Server керує кластером, отримуючи всі запити та пересилаючи їх відповідним компонентам. Всі інші компоненти Kubernetes (scheduler, controller manager тощо) взаємодіють з Kubernetes API Server.
Controller Manager
Controller Manager — це компонент управління, який працює над тим, щоб ресурси та компоненти в кластері Kubernetes залишалися в бажаному стані. Kubernetes Controller Manager постійно моніторить статус у кластері і вживає конкретних дій, коли це необхідно, забезпечуючи, щоб додатки, поди, сервіси та інші ресурси досягли або залишалися в бажаному стані.
Worker Node
Worker Nodes — це основні компоненти, які виконують навантаження в кластері Kubernetes. Вони працюють під контролем Master Node і виконують завдання, які надаються користувачем.
Кожен Worker Node хостить поди, що працюють на ньому, та надає ресурси (CPU, пам'ять, сховище), необхідні для роботи цих подів.
У кластері може бути більше одного Worker Node, і ця структура дозволяє розподіляти навантаження збалансовано. Такий розподіл забезпечує високу доступність та відмовостійкість, що дозволяє вашим додаткам бути доступними в будь-який час.
Якщо згадати приклад футбольної команди, то Worker Nodes можна порівняти з гравцями команди. Поки гравці виконують свої індивідуальні завдання на полі, вони також сприяють загальному успіху команди. Так само Worker Nodes забезпечують належну роботу кластера Kubernetes, виконуючи навантаження, які їм призначені.
Worker node також має компоненти, що виконують різні функції, так само як і Control Plane.
- Kubelet
- Kube-proxy
- Container Runtime
Kubelet
Це основний компонент, який працює на Worker Node і забезпечує комунікацію з Master Node. Kubelet отримує визначення подів і дозволяє цим подам працювати на вузлі. Також він перевіряє стан здоров'я подів і повідомляє про це Master Node.
Kube-proxy
Цей компонент керує мережею Kubernetes і регулює правила доступу до сервісів, що працюють на кожному вузлі. Kube-Proxy забезпечує комунікацію між подами та виконує маршрутизацію мережі.
Container Runtime
Для виконання подів на Worker Node необхіден контейнерний рантайм (наприклад, Docker, containerd, CRI-O). Цей компонент запускає та управляє контейнерами.
У цій статті ми розглянули основні компоненти та архітектуру Kubernetes. Моя мета — дати вам краще розуміння цієї потужної платформи оркестрації контейнерів та основи її використання. Сподіваюся, це було корисно!
Не забувайте слідкувати за моїми наступними статтями, щоб дізнатися більше про Kubernetes і зануритися в практичні приклади використання. Ваша підтримка та відгуки дуже важливі для мене. Якщо у вас є пов'язані питання, ви можете поділитися ними в коментарях.
Залишайтеся з нами та давайте разом поринемо у світ Kubernetes!🚀
LinkedIn → www.linkedin.com/in/tuğrulhan-karslı-9683b7256
Перекладено з: What is Kubernetes? The Power of Container Orchestration for Modern Applications