Що таке Kubernetes?

Ця сторінка являє собою узагальнений огляд Kubernetes.

Kubernetes - це платформа з відкритим вихідним кодом для управління контейнеризованими робочими навантаженнями та супутніми службами. Її основні характеристики - кросплатформенність, розширюваність, успішне використання декларативної конфігурації та автоматизації. Вона має гігантську, швидкопрогресуючу екосистему.

Назва Kubernetes походить з грецької та означає керманич або пілот. Google відкрив доступ до вихідного коду проекту Kubernetes у 2014 році. Kubernetes побудовано на базі п'ятнадцятирічного досвіду, що Google отримав, оперуючи масштабними робочими навантаженнями у купі з найкращими у своєму класі ідеями та практиками, які може запропонувати спільнота.

Озираючись на першопричини

Давайте повернемось назад у часі та дізнаємось, завдяки чому Kubernetes став таким корисним.

Ера традиційного розгортання: На початку організації запускали застосунки на фізичних серверах. Оскільки в такий спосіб не було можливості задати обмеження використання ресурсів, це спричиняло проблеми виділення та розподілення ресурсів на фізичних серверах. Наприклад: якщо багато застосунків було запущено на фізичному сервері, могли траплятись випадки, коли один застосунок забирав собі найбільше ресурсів, внаслідок чого інші програми просто не справлялись з обов'язками. Рішенням може бути запуск кожного застосунку на окремому фізичному сервері. Але такий підхід погано масштабується, оскільки ресурси не повністю використовуються; на додачу, це дорого, оскільки організаціям потрібно опікуватись багатьма фізичними серверами.

Ера віртуалізованого розгортання: Як рішення - була представлена віртуалізація. Вона дозволяє запускати численні віртуальні машини (Virtual Machines або VMs) на одному фізичному ЦПУ сервера. Віртуалізація дозволила застосункам бути ізольованими у межах віртуальних машин та забезпечувала безпеку, оскільки інформація застосунку на одній VM не була доступна застосунку на іншій VM.

Віртуалізація забезпечує краще використання ресурсів на фізичному сервері та кращу масштабованість, оскільки дозволяє легко додавати та оновлювати застосунки, зменшує витрати на фізичне обладнання тощо. З віртуалізацією ви можете представити ресурси у вигляді одноразових віртуальних машин.

Кожна VM є повноцінною машиною з усіма компонентами, включно з власною операційною системою, що запущені поверх віртуалізованого апаратного забезпечення.

Ера розгортання контейнерів: Контейнери схожі на VM, але мають спрощений варіант ізоляції і використовують спільну операційну систему для усіх застосунків. Саме тому контейнери вважаються "легкими", в порівнянні з віртуалками. Подібно до VM, контейнер має власну файлову систему, ЦПУ, пам'ять, простір процесів тощо. Оскільки контейнери вивільнені від підпорядкованої інфраструктури, їх можна легко переміщати між хмарними провайдерами чи дистрибутивами операційних систем.

Контейнери стали популярними, бо надавали додаткові переваги, такі як:

• Створення та розгортання застосунків за методологією Agile: спрощене та більш ефективне створення образів контейнерів у порівнянні до використання образів віртуальних машин.
• Безперервна розробка, інтеграція та розгортання: забезпечення надійних та безперервних збирань образів контейнерів, їх швидке розгортання та легкі відкатування (за рахунок незмінності образів).
• Розподіл відповідальності команд розробки та експлуатації: створення образів контейнерів застосунків під час збирання/релізу на противагу часу розгортання, і як наслідок, вивільнення застосунків із інфраструктури.
• Спостереження не лише за інформацією та метриками на рівні операційної системи, але й за станом застосунку та іншими сигналами.
• Однорідність середовища для розробки, тестування та робочого навантаження: запускається так само як на робочому комп'ютері, так і у хмарного провайдера.
• ОС та хмарна кросплатформність: запускається на Ubuntu, RHEL, CoreOS, у власному дата-центрі, у Google Kubernetes Engine і взагалі будь-де.
• Керування орієнтоване на застосунки: підвищення рівня абстракції від запуску операційної системи у віртуальному апаратному забезпеченні до запуску застосунку в операційній системі, використовуючи логічні ресурси.
• Нещільно зв'язані, розподілені, еластичні, вивільнені мікросервіси: застосунки розбиваються на менші, незалежні частини для динамічного розгортання та управління, на відміну від монолітної архітектури, що працює на одній великій виділеній машині.
• Ізоляція ресурсів: передбачувана продуктивність застосунку.
• Використання ресурсів: висока ефективність та щільність.

Чому вам потрібен Kubernetes і що він може робити

Контейнери - це прекрасний спосіб упакувати та запустити ваші застосунки. У прод оточенні вам потрібно керувати контейнерами, в яких працюють застосунки, і стежити, щоб не було простою. Наприклад, якщо один контейнер припиняє роботу, інший має бути запущений йому на заміну. Чи не легше було б, якби цим керувала сама система?

Ось де Kubernetes приходить на допомогу! Kubernetes надає вам каркас для еластичного запуску розподілених систем. Він опікується масштабуванням та аварійним відновленням вашого застосунку, пропонує шаблони розгортань тощо. Наприклад, Kubernetes дозволяє легко створювати розгортання за стратегією canary у вашій системі.

Kubernetes надає вам:

• Виявлення сервісів та балансування навантаження Kubernetes може надавати доступ до контейнера, використовуючи DNS-ім'я або його власну IP-адресу. Якщо контейнер зазнає завеликого мережевого навантаження, Kubernetes здатний збалансувати та розподілити його таким чином, щоб якість обслуговування залишалась стабільною.
• Оркестрація сховища інформації Kubernetes дозволяє вам автоматично монтувати системи збереження інформації на ваш вибір: локальні сховища, рішення від хмарних провайдерів тощо.
• Автоматичне розгортання та відкатування За допомогою Kubernetes ви можете описати бажаний стан контейнерів, що розгортаються, і він регульовано простежить за виконанням цього стану. Наприклад, ви можете автоматизувати в Kubernetes процеси створення нових контейнерів для розгортання, видалення існуючих контейнерів і передачу їхніх ресурсів на новостворені контейнери.
• Автоматичне розміщення задач Ви надаєте Kubernetes кластер для запуску контейнерізованих задач і вказуєте, скільки ресурсів ЦПУ та пам'яті (RAM) необхідно для роботи кожного контейнера. Kubernetes розподіляє контейнери по вузлах кластера для максимально ефективного використання ресурсів.
• Самозцілення Kubernetes перезапускає контейнери, що відмовили; заміняє контейнери; зупиняє роботу контейнерів, що не відповідають на задану користувачем перевірку стану, і не повідомляє про них клієнтам, допоки ці контейнери не будуть у стані робочої готовності.
• Управління секретами та конфігурацією Kubernetes дозволяє вам зберігати та керувати чутливою інформацією, такою як паролі, OAuth токени та SSH ключі. Ви можете розгортати та оновлювати секрети та конфігурацію без перезбирання образів ваших контейнерів, не розкриваючи секрети в конфігурацію стека.

Чим не є Kubernetes

Kubernetes не є комплексною системою PaaS (Платформа як послуга) у традиційному розумінні. Оскільки Kubernetes оперує швидше на рівні контейнерів, аніж на рівні апаратного забезпечення, деяка загальнозастосована функціональність і справді є спільною з PaaS, як-от розгортання, масштабування, розподіл навантаження, логування і моніторинг. Водночас Kubernetes не є монолітним, а вищезазначені особливості підключаються і є опціональними. Kubernetes надає будівельні блоки для створення платформ для розробників, але залишає за користувачем право вибору у важливих питаннях.

Kubernetes:

• Не обмежує типи застосунків, що підтримуються. Kubernetes намагається підтримувати найрізноманітніші типи навантажень, включно із застосунками зі станом (stateful) та без стану (stateless), навантаження по обробці даних тощо. Якщо ваш застосунок можна контейнеризувати, він чудово запуститься під Kubernetes.
• Не розгортає застосунки з вихідного коду та не збирає ваші застосунки. Процеси безперервної інтеграції, доставки та розгортання (CI/CD) визначаються на рівні організації, та в залежності від технічних вимог.
• Не надає сервіси на рівні застосунків як вбудовані: програмне забезпечення проміжного рівня (наприклад, шина передачі повідомлень), фреймворки обробки даних (наприклад, Spark), бази даних (наприклад, MySQL), кеш, некластерні системи збереження інформації (наприклад, Ceph). Ці компоненти можуть бути запущені у Kubernetes та/або бути доступними для застосунків за допомогою спеціальних механізмів, наприклад Open Service Broker.
• Не нав'язує використання інструментів для логування, моніторингу та сповіщень, натомість надає певні інтеграційні рішення як прототипи, та механізми зі збирання та експорту метрик.
• Не надає та не змушує використовувати якусь конфігураційну мову/систему (як наприклад Jsonnet), натомість надає можливість використовувати API, що може бути використаний довільними формами декларативних специфікацій.
• Не надає і не запроваджує жодних систем машинної конфігурації, підтримки, управління або самозцілення.
• На додачу, Kubernetes - не просто система оркестрації. Власне кажучи, вона усуває потребу оркестрації як такої. Технічне визначення оркестрації - це запуск визначених процесів: спочатку A, за ним B, потім C. На противагу, Kubernetes складається з певної множини незалежних, складних процесів контролерів, що безперервно опрацьовують стан у напрямку, що заданий бажаною конфігурацією. Неважливо, як ви дістанетесь з пункту A до пункту C. Централізоване управління також не є вимогою. Все це виливається в систему, яку легко використовувати, яка є потужною, надійною, стійкою та здатною до легкого розширення.

Що далі

• Перегляньте компоненти Kubernetes
• Готові розпочати роботу?