Как работает Kubernetes?
Подберём лучших IT-специалистов
Оставьте свои контакты,
и мы обсудим детали поиска

    Ваше имя
    Номер телефона:
    English EN Русский RU
    Главная Блог Как работает Kubernetes?
    Данил Ильин Данил Ильин
    15 июня
    131 просмотров

    Как работает Kubernetes?

    Задумывались ли вы, почему Kubernetes так популярен? Рассказываем, что такое Kubernetes и как с его помощью масштабировать быстрорастущие приложения.

    Что такое Кубернетес?

    С Kubernetes вы можете развертывать облачные приложения где угодно и управлять ими без особых сложностей.  Kubernetes (также известный как K8s) — это программное обеспечение с открытым исходным кодом для развертывания, масштабирования и управления контейнерными приложениями. В качестве оркестратора Kubernetes выполняет работу по планированию контейнеров в кластере и управляет рабочими нагрузками, чтобы гарантировать, что они выполняются так, как вы задумали. Kubernetes с самого начала создавался с идеей совместной разработки программного обеспечения и эксплуатации. Поэтому операционные задачи и то, как они выполняются, — неотъемлемые компоненты архитектуры и дизайна Kubernetes.

    Почти всё в Kubernetes использует декларативные конструкции, которые описывают, как составляются приложения, как они взаимодействуют и как ими управляют. Такая схема помогает повысить работоспособность и переносимость современных программных систем. Поэтому разработчикам, использующим Kubernetes, легко внедрять рабочие процессы GitOps в свои конвейеры разработки — а это увеличивает скорость и надежность развертывания функций.

    Инфраструктуры и микросервисы на основе контейнеров открывают новые возможности для развертывания программного обеспечения: появляется потенциал для компаний, которые хотят создавать масштабируемые, гибкие и распределенные приложения. Недавно ведущие разработчики мировых компаний и вовсе начали стандартизировать Kubernetes как единую целевую архитектуру, создавая возможности для согласования методов DevOps с конкретной целью развертывания.

    Преимущества: зачем использовать Kubernetes?

    Будучи первым проектом Cloud Native Cloud Foundation (CNCF), Kubernetes является самым быстрорастущим проектом в истории программного обеспечения с открытым исходным кодом. K8 стал популярным по следующим основным причинам:

    • Портативность

    Kubernetes предлагает мобильность и более быстрое и простое развертывание. Это означает, что компании могут воспользоваться преимуществами нескольких облачных провайдеров, если это необходимо, и могут быстро расти без необходимости перепроектировать свою инфраструктуру.

    • Масштабируемость

    Возможность Kubernetes запускать контейнеры в одной или нескольких общедоступных облачных средах, на виртуальных машинах или на «голом железе» означает, что его можно развернуть практически в любом месте. А поскольку Kubernetes коренным образом изменил способ разработки и развертывания, команды тоже могут масштабироваться намного быстрее, чем в прошлом.

    • Высокая доступность

    Kubernetes обеспечивает высокую доступность как на уровне приложений, так и на уровне инфраструктуры. Добавление надежного уровня хранения в Kubernetes гарантирует высокую доступность рабочих нагрузок с отслеживанием состояния. А еще главные компоненты кластера могут быть настроены на многоузловую репликацию (multi-master), что также обеспечивает более высокую доступность.

    • Открытый исходный код

    Поскольку Kubernetes является открытым исходным кодом, можно воспользоваться обширной экосистемой других инструментов с открытым исходным кодом, разработанных специально для работы с Kubernetes без привязки к закрытой/проприетарной системе.

    • Доказано и испытано в бою

    Огромная экосистема разработчиков и инструментов с 5 608 репозиториями GitHub и их количество означает, что без помощи и консультаций вас не оставят.

    • Лидер рынка

    Kubernetes был разработан, используется и поддерживается Google. Во-первых, это повод больше доверять продукту. Во-вторых, это позволяет разработчикам Kubernetes регулярно исправлять ошибки и выпускать новые функции.

    Архитектура Kubernetes 101

    Архитектура Kubernetes делает его мощным. Kubernetes имеет базовую клиентскую и серверную архитектуру, но это далеко не все. Kubernetes может выполнять последовательные обновления, он адаптируется к дополнительным рабочим нагрузкам за счет автоматического масштабирования узлов, если это необходимо, а еще может самовосстанавливаться в случае сбоя модуля. Эти встроенные способности дают разработчикам и операционным группам огромное преимущество, заключающееся в том, что приложения практически не будут простаивать.

    Мастер Кубернетес

    Мастер Kubernetes — это основной блок управления кластером. Мастер отвечает за управление и планирование рабочих нагрузок в дополнение к сети и связи во всем кластере.

    Вот компоненты, которые работают на мастере:

    • Etcd Storage – хранилище данных типа “ключ-значение” с открытым исходным кодом, к которому могут получить доступ все узлы в кластере. Он хранит конфигурационные данные о состоянии кластера.
    • Kube-API-Server – сервер API управляет запросами от рабочих узлов, получает REST-запросы на изменения и служит интерфейсом для управления кластером.
    • Kube-scheduler — планирует модули на узлах на основе использования ресурсов, а также решает, где развертывать службы.
    • Kube-controller-manager — запускает в фоновом режиме несколько отдельных процессов контроллера, чтобы регулировать общее состояние кластера и выполнять рутинные задачи. Когда происходит изменение службы, контроллер распознает это изменение и инициирует обновление, чтобы привести кластер в желаемое состояние.

    Рабочие узлы

    Эти узлы выполняют рабочие нагрузки в соответствии с расписанием, предоставленным мастером. Взаимодействие между главным и рабочим узлами называется плоскостью управления.

    • Kubelet гарантирует, что все контейнеры в узле работают и находятся в работоспособном состоянии. Если узел выходит из строя, контроллер репликации наблюдает за этим изменением и запускает модули на другом исправном модуле. В двоичный файл kubelet встроен «cAdvisor», который автоматически обнаруживает все контейнеры и собирает статистику использования ЦП, памяти, файловой системы и сети. Еще kubelet предоставляет статистику использования компьютера путем анализа «корневого» контейнера.
    • Kube Proxy — действует как сетевой прокси и балансировщик нагрузки. Еще он перенаправляет запрос нужным модулям в изолированных сетях в кластере.
    • Поды это основной строительный блок в Kubernetes.  Он представляет рабочие нагрузки, которые развертываются. Поды обычно представляют собой наборы связанных контейнеров, но под может также иметь только один контейнер. Модуль совместно использует сеть/хранилище и спецификацию того, как запускать контейнеры.
    • Контейнеры — это самый низкий уровень микросервиса. Они размещаются внутри модулей и требуют внешних IP-адресов для просмотра любых внешних процессов.

    Где запустить Kubernetes?

    Каков первый шаг после того, как вы решили запускать свои приложения в Kubernetes? Где вы будете запускать кластер и как вы собираетесь его запускать?

    Варианты использования Kubernetes полностью зависят от ваших конкретных требований. Вот о чем следует задуматься: 

    • Бюджет

    Возможно, вам придется взглянуть на бюджет не только с точки зрения денег, но и с точки зрения времени. Сколько времени вы можете потратить на настройку кластера и, что более важно, на его обслуживание?

    • Соображения безопасности

    В компании могут быть особые требования безопасности, которые не позволят работать в общедоступном облаке. Это, очевидно, серьезно ограничит количество вариантов для запуска вашего кластера.

    • Гибридные решения

    У вас есть существующая инфраструктура? У вашей компании уже есть серверы, на которых должна работать часть вашей инфраструктуры?

    • А как насчет ваших данных?

    Есть ли у вас строгие правила, определяющие, где должны храниться ваши данные, например, в определенной стране?

    При принятии решения о том, где запустить свой кластер, необходимо учитывать все эти факторы. Конечно, использование облачного провайдера это самый удобный способ. По сути, вы позволяете кому-то другому управлять вашими кластерами, а еще можете пользоваться преимуществами различных доступных сервисов. Это позволяет вам сосредоточиться на реальном продукте и создавать ценность для бизнеса вместо энергоемкого управления инфраструктурой.

    Поставщики общедоступных облаков Kubernetes, локальные решения в сравнении с PaaS или частным облаком

    У всех основных облачных провайдеров есть либо управляемые решения Kubernetes, либо возможность создать собственный кластер с нуля. Вот краткий обзор:

    • AWS против EKS

    Запуск Kubernetes на Amazon дает вам широкий выбор сред выполнения и сервисов, которыми вы можете воспользоваться. Вы можете самостоятельно установить и запустить Kubernetes на AWS. Ручная самостоятельная установка обеспечит вам максимальную гибкость с точки зрения доступа к сервисам AWS.

    Но если вы не хотите самостоятельно устанавливать и настраивать Kubernetes, вы можете использовать их управляемую службу Kubernetes. При использовании управляемого сервиса плоскость управления управляется и обслуживается Amazon;  вам гарантирован высокодоступный кластер и доступ к самым популярным сервисам, таким как CloudWatch и RDS.

    • GCP, GKE и локальный Kubernetes

    Очевидная причина запуска Kubernetes на GCP заключается в том, что Google является создателем Kubernetes. Запуск вашего кластера на их платформе может дать вам преимущество: в отличие от ваших конкурентов вы сможете быстрее воспользоваться преимуществами любых новых функций. Но все же GCP скорее закрытая система. Это может быть преимуществом, если вам нужен автоматизированный кластер Kubernetes и вам не хочется беспокоиться о ручной подготовке серверов.

    • Интегрированные службы Google с GKE.

    GKE также интегрируется со всеми другими инструментами Google и поставляется со встроенными функциями ведения журналов, управления журналами и мониторинга как на уровне хоста, так и на уровне контейнера. Он может обеспечить автоматические: 

    — масштабирование;

    — управление оборудованием;

    — обновление версий.

    В целом GKE предоставляет вам готовый к работе кластер с более «аккумуляторным» подходом, чем если бы вы строили все с нуля.

    • Локальная версия

    Если вам нужно хранить свои данные и серверы внутри компании, вам нужно будет самостоятельно установить и обновить Kubernetes на серверах без операционной системы. Конечно, в этом есть свои плюсы и минусы. Преимущество в том, что вы контролируете свои данные и серверы. Минусы — это сложно настроить, а для обслуживания инфраструктуры потребуется много сотрудников.

    • PaaS и частные облачные решения

    Существует также огромное количество решений PaaS и вариантов частного облака, которые предлагают что-то среднее между полностью заблокированным решением и полной свободой выбора необходимых инструментов. Дальше зависит от вашего бюджета и желания применять инструменты OSS. Возможно, один из следующих вариантов — ваше оптимальное решение.

    Некоторые из этих вариантов включают в себя:

    • Tectonic
    • IBM private cloud
    • Kubermatic
    • Platform9
    • OpenShift
    • Rancher Container Manager

    CICD Pipelines 

    Еще один важный шаг на пути к Kubernetes — создание конвейеров непрерывной интеграции и непрерывной доставки (CICD). Чтобы повысить скорость работы вашей команды и воспользоваться другими преимуществами автоматизации, вам необходимо тщательно продумать, как вы будете осуществлять переход и какие инструменты при этом вы хотите использовать.

    Зачем автоматизировать конвейер?

    • Сократите время выхода на рынок с недель и месяцев до дней или часов. 

    Благодаря автоматизированному конвейеру команды разработчиков повышают как скорость выпуска релизов, так и качество кода. Новые функции и исправления, добавляемые постепенно небольшими порциями, могут привести к уменьшению багов в продукте.

    • Усилите команду разработчиков.  

    Поскольку все этапы конвейера доставки доступны для изучения, улучшения и проверки любому члену команды, создается чувство ответственности за сборку. А это способствует тесной командной работе и приносит пользу всей компании.

    • Снизите риски и затраты на разработку программного обеспечения.

    Автоматизация побуждает разработчиков проверять изменения кода поэтапно, прежде чем двигаться дальше: опять-таки меньше багов.

    • Сократите время работы.  

    Конвейер CD обеспечивает быструю петлю обратной связи, начиная с разработки и заканчивая вашими клиентами. Этот итерационный цикл не только помогает вам создать правильный продукт, но и позволяет разработчикам быстрее улучшать продукт и закрывать спринты раньше.

    Одна из сложностей при создании пайплайна — удачно склеить инструменты, которые вы хотели бы использовать (как с открытым исходным кодом, так и с закрытым исходным кодом). При разработке конвейеров развертывания возникают следующие сложности с установлением:

    • Сквозной безопасности по всему конвейеру;
    • Возможности отката с полностью воспроизводимым журналом аудита;
    • Встроенных возможностей наблюдения и оповещения.

    Нужно обратить внимание и на то, какое среднее время развертывания и  восстановления.

    Лучшие практики разработки приложений в Kubernetes

    Поскольку Kubernetes настолько гибок, есть много разных способов выполнить одну и ту же задачу. При разработке приложений в Kubernetes ваша команда должна управлять следующими областями:

    Архитектура приложения

    • Используйте диаграммы Helm для упаковки своих приложений;
    • Помните, что нижестоящие зависимости в основном ненадежны;
    • Не делайте микросервисы слишком маленькими;
    • Используйте пространства имен для разделения кластера;
    • Включите управление доступом на основе ролей в своем кластере для вашей команды разработчиков.

    Сервисы 

    • Не используйте тип LoadBalancer, когда порт узла Kubernetes может быть «достаточно хорошим»;
    • Используйте статические IP-адреса и сопоставляйте внешние службы с внутренними.

    Строительные контейнеры

    Есть несколько здравых советов по созданию контейнеров, которые следует учитывать при разработке приложений.  

    • Не доверяйте произвольным базовым изображениям;
    • Храните базовые изображения в формате, который весит мало;
    • Используйте шаблон построителя для статических языков.

    Внутренности контейнера

    Рекомендации для файлов, которые вы помещаете в контейнеры, такие:

    • Используйте пользователя без полномочий root;
    • Создайте файловую систему только для чтения;
    • Один процесс на один контейнер;
    • Не  перезапускайте в случае сбоя;
    • Записывайте все в stdout и stderr.

    Мониторинг и наблюдаемость

    Мониторинг часто оставляют напоследок.  Но это так себе идея:  о мониторинге ваша команда разработчиков должна подумать еще на этапе проектирования приложения.

    Мониторинг лежит в основе наблюдаемости. Облачные собственные системы — это распределенные системы с десятками компонентов на многих серверах в разных регионах. При такой большой сложности вам нужно заранее подумать о том, как все контролировать.

    Если какой-то контейнер выходит из строя на одном из ваших серверов, нужно ли об этом беспокоиться? Без контекста разобраться будет сложно. Здесь и пригодятся инструменты мониторинга.

    Наша рекомендация — Prometheus. Это облачный инструмент мониторинга с открытым исходным кодом, который имеет историю и обеспечивает хорошую интеграцию с Kubernetes. У сервера Prometheus есть внутренняя база данных, в которой хранятся метрики, полученные от ваших сервисов. Как только ваш код инструментирован, он подключается к сервису обнаружения Kubernetes, чтобы проанализировать все запущенные процессы. Поэтому лично вам не нужно будет модерировать Prometheus: программа сделает все сама.

    Будущее Kubernetes

    По данным CNCF, Kubernetes в настоящее время является вторым по величине проектом с открытым исходным кодом в мире после Linux. С момента появления Kubernetes можно с уверенностью сказать, что почти все другие оркестраторы либо не имеют значения, либо отошли на второй план по сравнению с Kubernetes. Как правило, каждый крупный поставщик общедоступных облачных сервисов имеет управляемый сервис Kubernetes или находится в процессе его разработки.

    Решили использовать Kubernetes, но не знаете, справятся ли ваши разработчики? Хотите разобраться во всех деталях и быть уверенными, что использование Kubernetes приведет вашу компанию к успеху? 

    Наймите разработчиков с нами — напишите в HEAAD.

    Данил Ильин
    Руководитель агентства
    Закажите консультацию Мы свяжемся с вами в ближайшее время
    Данил Ильин
    Данил Ильин
    Основатель
    Поделиться в соцсетях:
    Рекомендуем

    Чем занимается инженер по прототипированию?

    Рассказываем, чем занимается этот специалист и какие скиллы у него должны быть.

    Инженер по...

    27 июня
    120 просмотров
    Данил Ильин
    Данил Ильин
    Основатель

    Как сделать качественный мерч в IT-компании

    Мерч стал неотъемлемым атрибутом продуманного HR-бренда. Но тренды меняются и сейчас это сложно...

    24 июня
    125 просмотров
    Данил Ильин
    Данил Ильин
    Основатель

    Апскиллинг как эффективный инструмент развития разработчика

    Повышать скилы разработчику необходимо регулярно: как на входе в компанию, так и в процессе работы....

    22 июня
    142 просмотров
    Данил Ильин
    Данил Ильин
    Основатель

    Почему повышение квалификации и переподготовка важны как никогда?

    Как руководитель бизнеса или HR, вы, вероятно, заметили, что в последнее время повышение...

    20 июня
    154 просмотров
    Данил Ильин
    Данил Ильин
    Основатель

    Оффер и прием сотрудника: как сократить процесс 

    Даже если сотрудник нужен срочно, может пройти не одна неделя перед его выходом на работу. Да и...

    16 июня
    119 просмотров
    Данил Ильин
    Данил Ильин
    Основатель

    Как работает Kubernetes?

    Задумывались ли вы, почему Kubernetes так популярен? Рассказываем, что такое Kubernetes и как с его...

    15 июня
    131 просмотров
    Данил Ильин
    Данил Ильин
    Основатель

    Как IT-тренды влияют на рекрутинг

    Тренды в IT задают темп в рекрутинге. От автоматизации процесса до новых digital-инструментов —...

    14 июня
    160 просмотров
    Данил Ильин
    Данил Ильин
    Основатель

    Микроагрессия в коллективе: что с ней делать

    Климат в коллективе — структура довольно хрупка. Если появляется сотрудник, который начинает ее...

    10 июня
    149 просмотров
    Данил Ильин
    Данил Ильин
    Основатель

    Управление корпоративной культурой

    Ключом к успешной организации является культура, основанная на устойчивом и широко распространенном...

    9 июня
    183 просмотров
    Данил Ильин
    Данил Ильин
    Основатель

    Архитектура приложений

    Эффективная, ориентированная на качество веб-архитектура стала де-факто хорошим продуктом и...

    8 июня
    254 просмотров
    Данил Ильин
    Данил Ильин
    Основатель