Володар контейнерів: Що таке Kubernetes і які переваги він надає?

Сама назва Kubernetes вже певною мірою відображає суть рішення. Вона походить від грецького слова κοβερνω («гіберно»), яке позначало територіальну або військово-адміністративну одиницю під контролем начальника —«гібернета» (звідси, зокрема, «губернія» та «губернатор»). Потім «кібернетес» стали називати керманича на кораблі, а в 1834 році Анрі Ампер (той самий) став називати «кібернетикою» науку про управління складними системами. Але сучасне значення терміну «кібернетика», як відомо, дав американський вчений Роберт Вінер.    

Якщо говорити більш конкретно, Kubernetes (скорочено — K8s) це програмне забезпечення з відкритим вихідним кодом, призначене для автоматизації розгортання, масштабування, управління та об'єднання в мережу (одним словом, «оркестрування») контейнеризованих додатків. Спочатку рішення було розроблено компанією Google для власних цілей, але у 2014 році воно було передано в управління Cloud Native Computing Foundation.  

Однією з головних переваг Kubernetes є те, що він не тільки дозволяє легко запускати контейнери, стежити за їх справністю та забезпечувати безперебійну роботу, але й дозволяє керувати цілими контейнерними кластерами як єдиною взаємопов'язаною системою. Крім того, K8s можна легко масштабувати для підтримки застосунків будь-якого обсягу. Також Kubernetes забезпечує високу доступність застосунків шляхом автоматичного перезапуску контейнерів й відновлення після збоїв,  оптимізує використання ресурсів сервера, підтримує широкий спектр контейнерних технологій (що дозволяє використовувати різноманітні мови програмування та середовища виконання). Той факт, що K8s це проєкт з відкритим вихідним кодом, означає, що він прозорий, безплатний та може бути адаптований майже до будь-яких потреб.  

До речі, про те, що таке контейнери й в чому особливості контейнерних інфраструктур, ми розповідали в окремій статті.    

Основні компоненти Kubernetes  

Основними компонентами архітектури K8s є такі об'єкти, як Cluster, Node, Pod, Label, Volume, Service, Secret й низка інших. Розглянемо ці терміни докладніше.  

Кластер: група серверів, які об'єднуються разом для запуску контейнерів.  

Node (вузол): сервер у кластері. Вузли поділяються на два типи: Master Node (відповідає за управління кластером, зберігання конфігурації та розподіл завдань між робочими вузлами, таких вузлів може бути декілька) та Worker Node (запуск контейнерів, зберігання їх зображень, виконання команд майстер-вузла, кількість таких робочих вузлів практично необмежена).  

Pod: Один або кілька логічно пов'язаних програмних контейнерів, об'єднаних в єдиний блок. Поди поділяються на два типи – Stateless (без стану, можна легко відтворити з образів контейнерів) та Stateful (зі збереженням стану, вимагають спеціальних механізмів для забезпечення узгодженості даних).  

Volume: спосіб зберігання даних, доступних контейнерам. Вони можуть бути представлені різними типами сховищ, включаючи NFS, GlusterFS, AWS EBS та інші.  

Service: Абстракція, що забезпечує доступ до групи подів. Сервіс дозволяє іншим компонентам кластера або зовнішнім додаткам знаходити Pods і взаємодіяти з ними.  

Label: Мітки, які використовуються для організації та керування ресурсами кластера. Мітки можуть бути призначені об'єктам Kubernetes, таким як Pod, Service, Namespace тощо.  

Deployment: Опис бажаного стану групи Pod. K8s автоматично створить, оновить і видалить Pods, щоб увідповіднювати їх до заданого стану.  

Namespace: логічне групування ресурсів, яке дозволяє ізолювати програми один від одного. Такі об'єкти особливо корисні для розподілу ресурсів між різними командами, проєктами або середовищами (розробка, тестування).    

Для чого потрібен Kubernetes і які проблеми він вирішує?  

Kubernetes вирішує багато завдань, з якими стикаються IT-розробники та адміністратори під час роботи з контейнеризованими застосунками. Перерахуємо лише п'ять найбільш характерних з них.  

Проблема №1: Складність управління контейнерними інфраструктурами.  

Рішення: K8s автоматизує рутинні задачі, такі як запуск контейнера, балансування навантаження, перезапуск екземпляра та аварійне відновлення. Він також дозволяє динамічно змінювати конфігурації без необхідності перезапускати контейнери. 

Проблема №2: Складнощі при масштабуванні застосунків.  

Рішення: Kubernetes дозволяє легко масштабувати ресурси для додатків як по вертикалі (в межах Pod), так й по горизонталі (зростання кластера). Система здатна автоматично збільшувати або зменшувати кількість Pod, залежно від навантаження.  

Проблема №3: Забезпечення надійності застосунків 

Рішення: K8s забезпечує високу доступність програмного забезпечення шляхом автоматичного перезапуску (самовідновлення) подів у разі збою та забезпечення балансування навантаження між ними. Це забезпечує надійність застосунків навіть у разі апаратних або програмних збоїв.   

Проблема №4: Низька ефективність використання ресурсів  

Рішення: Kubernetes оптимізує завантаження сервера, розміщуючи контейнери таким чином, щоб максимізувати використання доступних ресурсів, а також дозволяє рівномірно розподілити навантаження, запобігаючи перевантаженню окремих подів.  

Проблема №5: Захист застосунків 

Рішення: K8s дозволяє надійно зберігати конфіденційні дані, такі як паролі, криптоключі, токени API тощо, використовуючи таку логічну сутність, як Secret. «Секрет» — це спеціальний ресурс, де конфіденційна інформація, доступна обмеженому колу користувачів, зберігається в захищеному вигляді.   

Де Kubernetes – буде найкращим рішенням  

Сьогодні Kubernetes широко використовується в різних галузях, від розробки застосунків до інженерних проблем і наукових розрахунків. За допомогою K8s можна автоматизувати рутинні завдання, пов'язані з роботою контейнерних інфраструктур, покращуючи безпеку застосунків, роблячи їх більш гнучкими та масштабованими. Ви також можете спростити процес розгортання та управління ПЗ у хмарі, оптимізувавши витрати та покращивши продуктивність вашої інфраструктури. Kubernetes дозволяє легко нарощувати окремі мікросервіси, оновлювати їх без зупинки всього застосунку, а також забезпечує відмовостійкість, роблячи сервіс дуже стійким до збоїв. Крім того, K8s можна використовувати для автоматизації процесів CI/CD, що дозволяє здійснювати більш швидку та надійну доставку заявок, скорочуючи час від розробки до впровадження. Останнім часом, завдяки своїм перевагам, Kubernetes все частіше використовується для роботи з великими даними,  розподілена обробка інформації та забезпечення функціонування систем Інтернету речей (IoT).  

Kubernetes — це потужний інструмент, який революціонізував спосіб керування контейнерними додатками. Це потужна, масштабована, надійна та ефективна платформа для запуску контейнерних робочих навантажень будь-якого обсягу. Якщо ви працюєте з контейнеризованими застосунками, K8s це обов'язковим інструментом у вашому арсеналі.  

Зверніть увагу, що навколо Kubernetes існує велика та активна спільнота, яка пропонує підтримку, документацію та інші функції. Існує безліч вебресурсів, які допоможуть вам розібратися в нюансах K8s й почати роботу з цим рішенням. Ось лише деякі з найпопулярніших з них:

• Офіційна документація Kubernetes: https://kubernetes.io/docs/home/
• Блог Kubernetes: https://kubernetes.io/blog/
• Спільнота Kubernetes на GitHub: https://github.com/kubernetes/community

На завершення нагадаємо, що De Novo пропонує великий спектр хмарних послуг на базі K8s. Це, наприклад, HCI,  приватна хмарна платформа классу “Kubernetes як послуга”, та Kubernetes as a Service (KaaS) - сучасна платформа для оркестрування кластерів Kubernetes промислового класу в колективній хмарі. Також у нас доступні послуги De Novo Tensor Cloud та Hosted Tensor Infrastructure (HTI) - Kubernetes, доповнений потужними прискорювачами NVIDIA GPU з тензорними ядрами для виконання робочих навантажень штучного інтелекту та машинного навчання (AI/ML). При цьому Tensor Cloud працює в колективній хмарі, а HTI розгортається на базі приватної хмари De Novo Hosted Private Infrastructure (HPI).