Kubernetes.

Kubernetes (K8s) — это программная платформа для автоматического управления контейнеризованными приложениями. Она предлагает базовые механизмы для их развертывания, масштабирования и поддержки. Система имеет открытый исходный код и быстро растущую экосистему.

Что представляет собой контейнеризация.

Контейнеризация приложений — одно из ключевых понятий в работе Kubernetes. Для его понимания кратко рассмотрим подходы к развертыванию приложений на серверах.

Традиционный способ.

На первых этапах развития компьютерной техники несколько приложений, установленных на одном сервере, отбирали ресурсы друг у друга, снижая эффективность работы. Решением стал запуск одной программы на одном физическом сервере. Но иметь несколько серверов было невыгодно.

Виртуальная машина.

Это программная или аппаратная эмуляция работы одной или нескольких гостевых платформ (quest) на платформе-хозяине (host). Виртуальная машина имитирует компоненты аппаратного обеспечения или целый ПК с отдельной ОС. Это позволило эффективнее разграничить ресурсы физического сервера между ВМ и масштабировать их работу.

Контейнер.

По сути, это усовершенствованный вариант виртуальной машины с максимальной изоляцией в рамках одной операционной системы. В отличие от обычной ВМ, он не связан с базовой аппаратной инфраструктурой и может легко переноситься между облаками и несколькими ОС.

Преимущества контейнеризации.

Простота и гибкость развертывания приложений по сравнению с ВМ.
Непрерывность создания, интеграции и развертывания контейнера с возможностью быстро откатить изменения.
Создание контейнеров приложений в процессе сборки / релиза и отделение приложения от аппаратной инфраструктуры.
Идентичность среды разработки и тестирования на сервере и терминалах разработчика (ноутбуках, ПК).
Возможность переносить приложения между облаками и ОС — Ubuntu, RHEL, CoreOS, on-prem, Google Kubernetes Engine и т.д.
Разделение приложений на изолированные, распределенные, гибкие микросервисы с динамическим развертыванием и управлением.

Как работает Kubernetes.

Сами по себе контейнеры — это способ развертывания и запуска приложений на сервере. Если контейнеров несколько, важно настроить их совместную работу так, чтобы они не отбирали друг у друга ресурсы аппаратной платформы и эффективно их расходовали. Кроме развертывания и запуска контейнеров, разработчику нужно периодически исправлять ошибки. Делать это вручную очень сложно. Kubernetes позволяет автоматизировать большинство процессов.

Это называется «оркестрация контейнеров». Платформа может масштабировать приложения и обрабатывать возникающие ошибки, распределять ресурсы, поддерживать баланс между контейнерами и т.д. Но K8s работает не один. Чтобы он мог запустить приложения и службы в контейнерах, каждый должен быть оснащен средой выполнения. Это может быть Docker, rkt или runc.

Kubernetes действует на уровне логики, а не аппаратного обеспечения, по принципу «ведущий — ведомый».

Управление системой основано на двух подходах:

Декларативном — разработчик задает цели, а не пути их достижения, которые система автоматически выбирает сама;
Императивном — разработчик может распоряжаться ресурсами с помощью команд «Создать», «Изменить», «Удалить».

Возможности Kubernetes.

Наблюдение за работой сервисов. Платформа позволяет следить как за отдельными приложениями, так и за всем кластером сразу.

K8s имеет веб-интерфейс. Все данные о работе сервисов система предоставляет разработчику в интуитивно понятном виде.

Распределение нагрузки.

Трафик, который потребляют контейнеры, может различаться. Это негативно влияет на развертывание приложений. Kubernetes автоматически отслеживает нагрузку в контейнерах, и если в каком-то из них обнаруживается высокий трафик, то платформа распределяет его между другими контейнерами. Это может сделать и сам разработчик, указав платформе имеющиеся ресурсы, а также их количество, необходимое для работы приложений.

Оркестрация хранилища.

С помощью Kubernetes разработчик может выбрать систему хранения: локальное хранилище, облако и т.д. Платформа автоматически создаст ее и настроит под потребности проекта.

Развертывание и откаты.

Платформа позволяет развертывать приложения в автоматическом и ручном режимах. Есть вариант канареечного развертывания, когда изменения, внесенные разработчиком, применяются только на некоторой части контейнеров. Такое решение позволяет осторожно тестировать обновления.
Изменения можно автоматически откатить.

Самоконтроль.

Если контейнер отказывает или сбоит, Kubernetes автоматически перезапускает или останавливает его. Освободившиеся ресурсы она распределяет на другие приложения. Система контролирует их работу в соответствии с критериями, заданными разработчиком. Если контейнер не соответствует им, платформа отключает его или заменяет на другой, а также скрывает от клиента, пока он не будет готов к обслуживанию.

Безопасность и конфиденциальность.

Kubernetes может сохранять и контролировать конфиденциальные данные (пароли, ключи SSH, OAuth-токены), распределять права доступа к системе. Обновление и развертывание приложений не затрагивает образы контейнеров и не раскрывает секретные сведения в конфигурации стека.

Хотя Kubernetes предоставляет широкие возможности по автоматизированной оркестровке контейнеризованных приложений, она не является полностью автоматической. Разработчику нужно выполнять предварительную подготовку и настройку.