Повелитель контейнеров — что такое Kubernetes и какие преимущества обеспечивает

Само название Kubernetes уже, в некоторой степени, отражает суть решения. Оно происходит от греческого слова κοβερνω («гиберно»), которое обозначало территориальную или военную административную единицу, под управлением начальника — «гибернета» (отсюда, в частности, «губерния» и «губернатор»). Затем термин «кибернетес» стал обозначать рулевого на корабле, а в 1834 году Анри Ампер (тот самый) стал называть «кибернетикой» науку об управлении сложными системами. Хотя, конечно, современное широкое значение термину «кибернетика», как известно, придал американский ученый Роберт Винер. 

Если говорить конкретнее, то Kubernetes (для краткости также — K8s) это программное обеспечение с открытым исходным кодом, созданное для автоматизации развёртывания, масштабирования, управления и сетевого взаимодействия (одним словом — «оркестрации») контейнеризированных приложений. Изначально решение было разработано компанией Google для собственных задач, но в 2014 году оно было передано под управление международной организации Cloud Native Computing Foundation. 

Одно из главных преимуществ Kubernetes в том, что он позволяет не только легко запускать контейнеры, следить за их состоянием и обеспечивать бесперебойную работу, но и дает возможность управлять целыми контейнерными кластерами, как единой взаимосвязанной системой. Кроме того, K8s может легко масштабироваться для поддержки приложений любого размера, обеспечивает высокую доступность приложений за счет автоматического перезапуска контейнеров и восстановления после сбоев, оптимизирует использование ресурсов серверов, поддерживает широкий спектр контейнерных технологий (что позволяет использовать различные языки программирования и среды выполнения). То, что K8s это проект с открытым исходным кодом, означает, что он, прозрачен, бесплатен и может быть адаптирован к вашим задачам. 

Кстати, о том, что такое контейнеры и каковы особенности контейнерных инфраструктур мы говорили в отдельной статье.   

Основные составляющие Kubernetes 

Основными составляющими архитектуры K8s являются такие объекты как Cluster (Кластер), Node (Узел), Pod (не имеет адекватного перевода), Label (метка), Volume (том), Service (сервис), Secret (секрет) и ряд других. Рассмотрим эти термины более подробно. 

Кластер: Группу серверов, объединенных в единый пул для совместного запуска контейнеров. 

Node: Сервер в кластере. Ноды делятся на два типа — Master Node (отвечает за управление кластером, хранит конфигурацию и распределяет задачи между рабочими нодами, таких узлов может быть несколько) и Worker Node (запускает контейнеры, хранит их образы, выполняет команды мастер-ноды, количество таких рабочих нод по сути неограниченно). 

Pod: Один или несколько логически связанных программных контейнеров, объединенных в единый блок. Pod'ы делятся на два типа – Stateless (не хранят состояние, могут быть легко воссозданы из образов контейнеров) и Stateful (хранят состояние, требуют особых механизмов для обеспечения согласованности данных). 

Volume: Способ хранения данных, доступных контейнерам. Могут быть представлены различными типами хранилищ, в том числе NFS, GlusterFS, AWS EBS и др. 

Service: Абстракция, которая обеспечивает доступ к группе Pod'ов. Service позволяет другим компонентам кластера или внешним приложениям находить и взаимодействовать с Pod'ами. 

Label: Метки, которые используются для организации и управления ресурсами кластера. Метки могут быть назначены таким объектам Kubernetes как Pod, Service, Namespace и т.д. 

Deployment: Описание желаемого состояния группы Pod'ов. K8s будет автоматически создавать, обновлять и удалять Pod'ы, чтобы привести их в соответствие с заданным состоянием. 

Namespace: Логическая группировка ресурсов, позволяющая изолировать приложения друг от друга. Особенно полезны такие объекты для разделения ресурсов между разными командами, проектами или средами (разработка, тестирование). 

Для чего нужен Kubernetes и какие проблемы он решает 

Kubernetes решает множество проблем, с которыми сталкиваются разработчики и администраторы ИТ-систем при работе с контейнеризованными приложениям. Перечислим лишь пять наиболее характерных из них. 

Проблема №1: Сложность управления контейнерными инфраструктурами. 

Решение: K8s автоматизирует рутинные задачи, такие как запуск контейнеров, балансировка нагрузки, перезапуск экземпляров и восстановление после сбоев. Также решение позволяет динамически изменять конфигурации без необходимости перезапуска контейнеров. 

Проблема №2: Трудности масштабирования приложений. 

Решение: Kubernetes позволяет легко масштабировать ресурсы для работы приложений и «по вертикали» (в рамках Pod`a) так и «по горизонтали» (наращивание кластера). Система способна автоматически увеличивать или уменьшает количество Pod`ов, в зависимости от нагрузки. 

Проблема №3: Обеспечение надежности приложений 

Решение: K8s обеспечивает высокую доступность ПО за счет автоматического перезапуска (самовосстановления) Pod`ов в случае сбоя и обеспечения балансировки нагрузки между ними. Это обеспечивает надежность работы приложений даже в случае сбоев оборудования или программного обеспечения. 

Проблема №4: Низкая эффективность использования ресурсов 

Решение: Kubernetes оптимизирует использование серверов, размещая контейнеры таким образом, чтобы максимально использовать доступные ресурсы, а также позволяет равномерно распределять нагрузку, предотвращая перегрузку отдельных Pod'ов. 

Проблема №5: Обеспечение защиты приложений 

Решение: K8s позволяет безопасно хранить конфиденциальные данные, такие как пароли, криптоключи, токены API и пр. Для этого используется такая логическая сущность, как Secret. «Секрет» - это специальный ресурс, где в защищенном виде хранится закрытая информация, доступная ограниченному числу пользователей.  

Где Kubernetes будет наилучшим решением 

Сегодня Kubernetes активно используется в самых разных сферах деятельности — от разработки приложений до инженерных задач и научных расчетов. С помощью вы K8s вы можете автоматизировать рутинные задачи, связанные с работой контейнерных инфраструктур, повышать безопасность приложений, сделав их более гибкими и масштабируемыми. Вы можете также упростить процесс развертывания и управляения приложениями в облаке, оптимизируя расходы и повышая производительность своей инфраструктуры. Kubernetes позволяет легко наращивать отдельные микросервисы, обновлять их без остановки всего приложения и обеспечивает отказоустойчивость, делая сервис очень устойчивым к сбоям. Кроме того, K8s может использоваться для автоматизации процессов CI/CD, что позволяет быстрее и надежнее доставлять приложения, сокращая время от разработки до внедрения. В последнее время, из-за своих преимуществ, Kubernetes все более активно используется для работы с большими данными, распределенной обработки информации и обеспечения работы систем Internet of Things (IoT). 

Kubernetes — это мощный инструмент, который произвел настоящую революцию в управлении контейнерными приложениями. Это функциональная, масштабируемая, надежная и эффективная платформа для запуска контейнерных рабочих нагрузок любого размера. Если вы работаете с контейнерными приложениями, K8s — обязательный инструмент в вашем арсенале. 

Отметим, что вокруг Kubernetes существует большое и активное сообщество, которое предлагает поддержку, документацию и другие возможности. Есть множество веб-ресурсов, которые помогут вам глубже понять нюансы K8s и начать работать с этим решением. Вот лишь несколько наиболее популярных из них: 

• Официальная документация Kubernetes: https://kubernetes.io/docs/home/
• Блог Kubernetes: https://kubernetes.io/blog/
• Сообщество Kubernetes на GitHub: https://github.com/kubernetes/community

В завершение напомним, что компания De Novo предлагает целый ряд сервисов на основе K8s из облака. Это, например, HCI — платформа Kubernetes по модели «как сервис» на базе частного облака и Kubernetes as a Service (KaaS) – современная платформа оркестрации кластеров Kubernetes промышленного класса в коллективном облаке. Также уже доступны услуги De Novo Tensor Cloud и Hosted Tensor Infrastructure (HTI) — Kubernetes дополненный мощными акселераторами NVIDIA GPU с тензорными ядрами для запуска рабочих нагрузок искусственного интеллекта и машинного обучения (AI/ML). При этом Tensor Cloud работает в коллективном облаке, а HTI развернут на базе частного облака De Novo Hosted Private Infrastructure (HPI).