Kubernetes. Знакомство.

0
0
0

Современные приложения становятся всё сложнее в разработке и поддержке из-за постоянных обновлений языков, фреймворков и пользовательских требований. Микросервисная архитектура помогает упростить масштабирование и управление. Docker и containerd позволяют быстро разворачивать приложения в любой среде — от облачных серверов до локальных машин. Однако управление сотнями контейнеров, их масштабирование, мониторинг и обновление штатными средствами затруднительно. Для этого существуют инструменты оркестрации, и лидер среди них — Kubernetes.

Содержание

Проблема управления контейнерами

С ростом популярности контейнеризации возникла необходимость в инструментах, которые упрощают управление большим количеством контейнеров. Разные компании предложили свои решения, каждое из которых решает задачу оркестрации по-своему:

Docker Swarm — инструмент от создателей Docker, позволяющий создавать кластеры и управлять контейнерами с помощью простых команд. В сочетании с Docker Compose он удобен для планирования и развертывания приложений. Начиная с версии 1.12, Docker ввёл режим swarm mode, который поддерживает масштабирование, балансировку нагрузки, обновление контейнеров без остановки и откат изменений. Управление осуществляется через REST API, совместимый с Docker API, что делает Swarm совместимым с инструментами вроде Dokku, DockerUI и Flynn. Однако в нынешнее время используется редко из-за ограниченной функциональности по сравнению с Kubernetes.

Nomad от HashiCorp — более универсальное решение для управления кластерами и запуска приложений. Nomad поддерживает мультирегиональные конфигурации и крупные кластеры (до 5000 узлов, разворачивая до 3500 контейнеров в секунду). Он сочетает в себе менеджер ресурсов и планировщик, позволяя задавать ограничения, регионы и количество реплик для контейнеров. Nomad не требует внешних сервисов для координации, так как серверная и клиентская части реализованы в одном бинарном файле. Подходит для нишевых задач, но уступает Kubernetes в популярности и экосистеме.

Marathon — платформа, построенная на базе Apache Mesos, предназначенная для управления приложениями и контейнерами в нескольких дата-центрах. Marathon поддерживает масштабирование, восстановление работоспособности, балансировку нагрузки и интеграцию с сервисами Apache, такими как ZooKeeper, Chronos и Kafka. Однако установка и настройка Marathon может быть сложной задачей. Практически не применяется из-за сложности настройки и устаревания Mesos.

Kubernetes — доминирующая платформа, обеспечивающая автоматизацию развёртывания, масштабирования и управления. Поддерживается крупнейшим сообществом и экосистемой Cloud Native Computing Foundation (CNCF).

В отличие от конкурентов, Kubernetes предлагает гибкость, масштабируемость и богатую экосистему, что делает его стандартом для 95% новых cloud-native рабочих нагрузок.

Сравнение популярных инструментов оркестрации контейнеров: Docker Swarm, Nomad, Marathon и Kubernetes.

Что такое Kubernetes?

Kubernetes (сокращённо K8S, от греческого «κυβερνήτης» — «кормчий») — это открытая платформа для автоматизации развертывания, масштабирования и управления контейнеризированными приложениями. Проект официально стартовал в Google в 2014 году, а первая публичная версия (0.1) появилась в июле 2015 года. В основе Kubernetes лежит опыт Google с системой Borg, которая использовалась для управления кластерами внутри компании. Многие проблемы, связанные с оркестрацией, уже были решены в Borg, что позволило Kubernetes быстро развиваться.

В 2015 году Google совместно с Linux Foundation создала Cloud Native Computing Foundation (CNCF), чтобы стандартизировать технологии контейнеризации и обеспечить взаимодействие между компаниями, такими как Cisco, IBM, Docker и VMware. Сегодня Kubernetes — это один из самых популярных проектов CNCF, который является стандартом оркестрации, с последними версиями 1.30–1.33, включающими функции, такие как декларативная валидация API и улучшенная аутентификация, поддерживаемый огромным сообществом разработчиков.

Kubernetes поддерживает контейнеры через CRI (например, containerd), работает в облаке, локально или в гибридных средах и интегрируется с инструментами, такими как Helm, Prometheus и Cilium.

Этапы развития Kubernetes: от внутренней системы Google до лидера оркестрации контейнеров.

Особенности и возможности Kubernetes

Kubernetes предоставляет широкий набор функций, необходимых для управления контейнерами в высокодоступных конфигурациях:

  • Автоматическое развертывание (Deployment): упрощает запуск и обновление приложений.
  • Масштабирование: автоматическое увеличение или уменьшение количества реплик в зависимости от нагрузки.
  • Обнаружение сервисов: DNS через CoreDNS для взаимодействия контейнеров.
  • Балансировка нагрузки: распределяет трафик между контейнерами.
  • Мониторинг и логирование: Интеграция с Prometheus, Grafana, EFK (Elasticsearch, Fluentd, Kibana).
  • Самовосстановление: автоматически перезапускает или заменяет контейнеры в случае сбоев.
  • Управление конфигурацией: поддержка ConfigMaps и Secrets для хранения настроек и чувствительных данных.

Для реализации этих функций Kubernetes использует сторонние компоненты и аддоны, такие как:

  • etcd: распределённое хранилище ключ-значение для координации и хранения настроек.
  • Cilium, Calico: Сетевые плагины для безопасности и маршрутизации.
  • cAdvisor: мониторинг состояния контейнеров.
  • Prometheus: Мониторинг состояния кластера.

Эти компоненты легко интегрируются с Kubernetes и устанавливаются одной командой, что упрощает настройку под конкретные задачи.

Вызовы и безопасность

Kubernetes сложен в настройке для новичков, а документация иногда отстаёт от ежеквартальных релизов. В нынешнее время безопасность — критический аспект:

  • Уязвимости, такие как CVE-2024-9486 (Image Builder), требуют регулярных обновлений.
  • Атаки на RBAC для криптоджекинга подчёркивают важность сканирования манифестов (например, с помощью Trivy).
  • Рекомендуется использовать RBAC, Network Policies и инструменты, такие как Kyverno, для валидации конфигураций.

Тем не менее, Kubernetes уже успешно используется в продакшене многими компаниями благодаря своей стабильности и поддержке сообщества.

Архитектура Kubernetes: взаимодействие мастер- и рабочих узлов для управления контейнерами.

Основные концепции Kubernetes

Для эффективной работы с Kubernetes необходимо разобраться с его ключевыми концепциями:

Pod

Pod — минимальная единица планирования и масштабирования в Kubernetes. Это один или несколько контейнеров, работающих вместе на одном узле. Контейнеры в одном Pod могут обмениваться данными через localhost, использовать общие тома (volumes) или взаимодействовать через межпроцессное взаимодействие (IPC). Например, Pod может содержать основной контейнер приложения и вспомогательный контейнер для логирования.

Service

Service — абстракция, которая определяет набор Pod’ов и политику доступа к ним. Service обеспечивает стабильный IP-адрес (ClusterIP) и DNS-имя, через которые можно обращаться к Pod’ам, даже если их IP-адреса меняются при перезапуске. Service также поддерживает балансировку нагрузки.

Labels и Selectors

Labels — это пары ключ/значение, которые прикрепляются к объектам (Pod’ам, Service’ам и т.д.) для их идентификации и группировки. Selectors позволяют выбирать объекты по меткам, например, для привязки Service к определённым Pod’ам.

Namespace

Namespace — виртуальное пространство внутри кластера, которое изолирует ресурсы (Pod’ы, Service’ы и т.д.). По умолчанию создаются пространства default (для пользовательских ресурсов) и kube-system (для системных компонентов). Namespace полезны для разделения проектов или команд в одном кластере.

Deployment

Deployment — объект, который управляет набором Pod’ов и обеспечивает их обновление, масштабирование и откат изменений. Например, Deployment может автоматически увеличить количество реплик при высокой нагрузке.

ConfigMap и Secret

ConfigMap используется для хранения конфигурационных данных, а Secret — для чувствительной информации, например, паролей или ключей API.

Ключевые концепции Kubernetes: как Pod’ы, Service’ы и Labels работают вместе

Архитектура кластера Kubernetes

Кластер Kubernetes состоит из двух типов узлов:

  1. Мастер-узел (Control Plane):
    Отвечает за управление кластером и включает следующие компоненты:
    • kube-apiserver: точка входа для взаимодействия с кластером через API.
    • kube-controller-manager: управляет контроллерами, которые следят за состоянием кластера.
    • kube-scheduler: планирует размещение Pod’ов на рабочих узлах.
    • etcd: хранит конфигурацию и состояние кластера.
    • CoreDNS: Обнаружение сервисов.
  2. Рабочие узлы (Worker Nodes):
    Запускают пользовательские приложения и содержат:
    • kubelet: агент, который взаимодействует с мастер-узлом и управляет контейнерами.
    • kube-proxy: перенаправляет сетевой трафик.
    • Контейнеры: управляются через CRI (Container Runtime Interface), например, Docker или containerd.

Мониторинг осуществляется через Prometheus и cAdvisor, логирование — через EFK.

Установка и настройка Kubernetes

Установить Kubernetes можно несколькими способами:

  1. kubeadm: Инструмент для быстрого развертывания кластера.
  2. Minikube: Локальная среда для разработки и тестирования на одном узле.
  3. Облачные провайдеры: AWS (EKS), Google Cloud (GKE), Azure (AKS) предлагают управляемые кластеры Kubernetes.
  4. Российские решения: Managed Kubernetes от Selectel, «Штурвал» от «Лаборатории Числитель» для импортозамещения.
  5. Ручная установка: Наиболее сложный вариант, требующий настройки всех компонентов вручную.

Сетевые плагины (Cilium, Calico) и аддоны (Prometheus, EFK) настраиваются автоматически или через Helm-чарты.

Установка Kubernetes с kubeadm и современными аддонами.»

Управление кластером

Для управления Kubernetes используется утилита kubectl — консольный инструмент, позволяющий создавать, обновлять и удалять ресурсы. Пример команды для запуска Pod:

Bash
kubectl run my-app --image=nginx --port=80

Также доступен веб-интерфейс Kubernetes Dashboard, который предоставляет графический доступ к состоянию кластера.

Конфигурации задаются в YAML или Helm-чартах:

YAML
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80

Kubernetes в продакшене

Kubernetes успешно используется в продакшене многими компаниями, такими как Spotify, Airbnb и Pinterest. Он подходит для высоконагруженных систем благодаря поддержке высокой доступности, автоматического масштабирования и самовосстановления.

Для продакшена рекомендуется:

  • Мультинаправленные мастер-узлы для отказоустойчивости.
  • Мониторинг (Prometheus, Grafana) и логирование (EFK).
  • Регулярные обновления для защиты от уязвимостей (например, CVE-2024-9486).
  • RBAC и Network Policies для безопасности.

Заключение

Kubernetes — это мощная платформа для управления контейнеризированными приложениями, которая подходит как для небольших проектов, так и для крупных высоконагруженных систем. Несмотря на определённые сложности с документацией и настройкой, Kubernetes предоставляет всё необходимое для автоматизации развертывания, масштабирования и мониторинга приложений. Благодаря поддержке сообщества и экосистемы CNCF, проект продолжает активно развиваться, предлагая новые функции и улучшения.

Если вы хотите упростить управление контейнерами и обеспечить высокую доступность ваших приложений, Kubernetes — это инструмент, с которым стоит познакомиться. Начните с установки Minikube для тестирования или используйте управляемые кластеры в облаке, чтобы быстро развернуть свой первый кластер.

Дополнительный материал:

Was this helpful?

0 / 0

Добавить комментарий 0