Наші курси
Огляд

Що таке кластери Kubernetes?

Кластер Kubernetes — це група вузлів, яка автоматизує управління контейнерами. Вони слідкують за запуском, оновленням, розподілом навантажень та стежать, щоб усе працювало без збоїв.

Ці вузли можуть бути як фізичними, так і віртуальними машинами.

Розвиток кластерів Kubernetes

Концепція кластеризації Kubernetes бере початок із внутрішніх рішень Google. Ще до появи інструменту, компанія використовувала систему Borg для управління контейнеризованими застосунками у великих масштабах. Borg дозволяв розподіляти робочі навантаження між серверами, підвищувати ефективність використання ресурсів і автоматично відновлювати сервіси у разі збоїв.

У 2014 році Google відкрив вихідний код Kubernetes, зробивши його доступним для спільноти. Основою Kubernetes стали ті ж принципи Borg, але з більшим акцентом на гнучкість, масштабованість і розширюваність. Одним із ключових рішень стало створення кластерної архітектури, яка забезпечує автоматизоване управління групами вузлів.

Передача проєкту під керування CNCF (Cloud Native Computing Foundation) у 2015 році стала важливим кроком у розвитку кластеризації. Це дозволило залучити такі великі компані, як Microsoft, Amazon, IBM, Red Hat, які почали інтегрувати Kubernetes у свої хмарні сервіси.

Подальша еволюція кластерів Kubernetes включала вдосконалення балансування навантаження, покращення безпеки та розширення мережевих можливостей. Згодом з’явилися керовані Kubernetes-сервіси (Amazon EKS, Google Kubernetes Engine, Azure Kubernetes Service), які спростили створення та адміністрування кластерів.

Архітектура кластерів Kubernetes

Кластер Kubernetes складається з двох частин: керівної площини та робочих вузлів. Робочі вузли запускають контейнери, а площина стежить за їхньою роботою. Щоб система була стабільною та гнучкою, кластер може містити кілька вузлів. У великих проєктах керівна площина працює на кількох комп’ютерах, а сам кластер має багато вузлів для кращої надійності.

Діаграма показує стандартну архітектуру Kubernetes. Розподіл компонентів може змінюватися залежно від налаштувань кластера.

Кожен вузол зазвичай запускає kube-proxy для забезпечення доступу до API-сервісу. Але деякі мережеві плагіни мають свою власну реалізацію проксі, тому в таких випадках kube-proxy на вузлі не потрібен. 

Основні компоненти кластера Kubernetes

Control Plane:

  • API Server — точка взаємодії з кластером, приймає запити.
  • Scheduler — відповідає за розподіл завдань на вузли.
  • Controller Manager — слідкує за станом кластера та управляє його компонентами.
  • etcd — розподілене сховище для збереження стану кластера.

Worker Nodes:

  • Kubelet — запускає та управляє контейнерами на вузлі.
  • Container Runtime — середовище для запуску контейнерів (наприклад, Docker).
  • Kube Proxy — керує мережевими запитами та забезпечує балансування навантаження.

Взаємодія між компонентами

  1. Control Plane управляє роботою Worker Nodes, розподіляючи завдання та забезпечуючи їхнє виконання.
  2. API Server отримує запити від користувачів та передає їх іншим компонентам для виконання.
  3. Kubelet на вузлах виконують завдання та слідкують за контейнерами.
  4. Kube Proxy забезпечує мережеву взаємодію між контейнерами на різних вузлах.

Основні функції 

  • Кластер Kubernetes керує життєвим циклом контейнерів: створює, розгортає, оновлює та знищує їх без втручання адміністратора.
  • Система автоматично розподіляє трафік між контейнерами, а також збільшує або зменшує їхню кількість залежно від поточного навантаження.
  • Якщо контейнер або вузол виходить з ладу, Kubernetes автоматично перезапускає його або переміщує на інший робочий вузол, забезпечуючи безперебійну роботу.
  • За допомогою механізмів Rolling Update та Canary Deployment кластер може оновлювати програми без простою, поступово замінюючи старі версії на нові.
  • Кластер інтегрується з інструментами моніторингу, що дозволяє відстежувати стан контейнерів, виявляти проблеми та аналізувати логи роботи системи.

Виклики у роботі з Kubernetes

  1. Складність налаштування
    Kubernetes має складну архітектуру з багатьма компонентами (API-сервер, контролери, Kubelet тощо). Його налаштування вимагає детального розуміння як самого Kubernetes, так і специфіки роботи з контейнерами. Правильна конфігурація може потребувати значних зусиль, а помилки в налаштуваннях можуть призвести до серйозних проблем з безпекою та роботою кластера.
  2. Ресурсомісткість
    Kubernetes, хоч і є потужним інструментом, потребує значних апаратних ресурсів для роботи. Це може призвести до додаткових витрат на апаратне забезпечення, особливо для великих кластерів з великою кількістю вузлів та контейнерів.
  3. Управління ресурсами
    Kubernetes автоматично масштабує застосунки, однак ефективне управління такими ресурсами, як пам’ять, CPU, зберігання та мережеві потоки, залишається складним завданням. Неправильне налаштування політик масштабування або хибне визначення лімітів ресурсів може призвести до їх надмірного споживання або недостатності.
  4. Оновлення та збереження сумісності
    Деякі старі версії можуть не підтримувати нові можливості або мають вразливості. Тому потрібно уважно слідкувати за новими релізами та забезпечувати плавні оновлення кластерів, щоб уникнути збоїв в роботі.

Розгортання та керування кластером

On-premise: Розгортання кластера Kubernetes на власних фізичних чи віртуальних серверах у локальному дата-центрі. Цей метод надає повний контроль над інфраструктурою, але вимагає більше ресурсів на налаштування та підтримку.

Cloud-managed: Використання керованих сервісів Kubernetes від хмарних провайдерів (наприклад, Amazon EKS, Google Kubernetes Engine, Azure Kubernetes Service). Це спрощує управління, оскільки хмарний провайдер відповідає за інфраструктуру та оновлення, але обмежує контроль над окремими аспектами.

Інструменти для управління

  • kubectl: основний інтерфейс командного рядка для взаємодії з Kubernetes. За допомогою kubectl можна керувати ресурсами кластера, запускати контейнери, перевіряти статуси та виконувати інші операції.
  • kubeadm: інструмент для автоматизованого налаштування та розгортання Kubernetes-кластера. Він допомагає швидко налаштувати кластер на різних вузлах з мінімальними зусиллями.
  • Helm: пакувальний менеджер для Kubernetes, який дозволяє автоматизувати розгортання додатків через шаблони. Helm спрощує керування конфігураціями додатків у кластері та дозволяє швидко впроваджувати зміни.
  • Rancher: платформа для управління кластерами Kubernetes, яка дозволяє керувати багатьма кластерами через єдиний інтерфейс. Rancher підтримує безпеку, моніторинг та автоматизацію операцій, що полегшує роботу з великими розподіленими середовищами.

Альтернативи Kubernetes

Docker Swarm: це вбудована в Docker технологія оркестрування, яка дозволяє легко керувати кластерами контейнерів. Swarm має просте налаштування та автоматичне балансування навантаження, що робить його зручним для невеликих проєктів. Однак у порівнянні з Kubernetes він менш потужний і має обмежені можливості масштабування.

Nomad (HashiCorp): легковаговий планувальник контейнерів, який підтримує не тільки Docker, а й інші типи застосунків, наприклад, JVM або прості виконувані файли. Його легко розгорнути, а для управління мережею та секретами можна використовувати HashiCorp Consul і Vault. Nomad ідеально підходить для тих, хто шукає просту альтернативу Kubernetes без зайвих ускладнень.

OpenShift (від Red Hat): це розширена комерційна платформа на основі Kubernetes, орієнтована на корпоративні рішення. Вона містить додаткові інструменти для безпеки, DevOps та CI/CD, що спрощує розгортання застосунків. OpenShift більш вимогливий до ресурсів, але значно полегшує керування контейнерами у великих компаніях.

Роль Kubernetes у DevOps

Kubernetes став ключовим інструментом у DevOps через свою практичність. Згідно з показниками CNCF, інструмент є другим у світі опенсорсним проєктом після Linux та найпопулярнішим інструментом оркестрування контейнерів для 71% компаній зі списку Fortune 100.

Завдяки Kubernetes DevOps-інженери можуть легко створювати надійні, гнучкі та самовідновлювані інфраструктури. Система самостійно балансує навантаження між вузлами, відновлює сервіси й масштабує застосунки залежно від навантаження.

Це спрощує CI/CD-процеси, зменшує людський фактор і підвищує ефективність розробки. 

Корисні посилання

Залишити відповідь

Схожі статті

Дякуємо, що поділились