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.

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).