Kubernetes — мощный инструмент для автоматизации управления, мониторинга, развертывания и масштабирования контейнерных приложений. Он подобен дирижеру оркестра, координирующему работу музыкантов (контейнеров) для создания гармоничной композиции (работы приложения). При пиковой нагрузке Kubernetes увеличивает число «музыкантов» (автоматическое масштабирование), а при проблемах (например, «сломанный смычок») быстро заменяет неисправный компонент (автоматическое исправление ошибок).
Контейнеры и необходимость оркестрации
Сервисы часто запускаются в контейнерах — лёгких, изолированных и переносимых пакетах программного обеспечения. Большое количество контейнеров требует эффективного управления: балансировки нагрузки, обновления, мониторинга и т.д. Название Kubernetes происходит от древнегреческого слова «κυβερνήτης» (kybernētēs), означающего рулевой или штурман — тот, кто управляет кораблем в шторм.
Kubernetes, также известный как Kube или k8s, — это open-source инструмент оркестрации контейнеров. Он обеспечивает доступность приложения, высокую производительность при больших нагрузках и быстрое восстановление из резервных копий. Хотя существуют альтернативные решения (Docker Swarm, HashiCorp Nomad, AWS Fargate, RedHat OpenShift), Kubernetes остаётся самым популярным. Он работает не только с Docker, но и с другими типами контейнеров (containerd, Mirantis Container Runtime, CRI-O).
Архитектура Kubernetes
Приложение развертывается на нескольких серверах, объединенных в кластер. Каждый сервер — это нода. Ноды делятся на два типа:
- Мастер-нода: «мозг» кластера, управляющий всеми остальными нодами (Control Plane).
- Воркер-нода: на них запускаются контейнеры с сервисами приложения (Data Plane).
Мастер-нода включает компоненты:
- API Server: точка взаимодействия с кластером. Все запросы поступают сюда.
- Controller Manager: следит за состоянием кластера, сравнивая текущее состояние (current state) с желаемым (desired state) и выполняет необходимые действия для их согласования. Существуют различные контроллеры, отвечающие за разные аспекты управления.
- Scheduler: планирует размещение контейнеров на нодах, учитывая загрузку и ресурсы.
- etcd: хранилище данных ключ-значение, содержащее информацию о состоянии кластера (конфигурационные данные, статусы нод и контейнеров). Важно для быстрого восстановления системы при сбоях. Для отказоустойчивости необходимо создавать резервную мастер-ноду.
Воркер-нода содержит:
- Kubelet: взаимодействует с мастер-нодой, получая инструкции и работая с container runtime.
- Container Runtime: отвечает за запуск, остановку и управление ресурсами контейнеров.
- Kube-proxy: обеспечивает сетевую коммуникацию и балансировку нагрузки внутри кластера.
Pods и Services
Под (Pod) — минимальный элемент Kubernetes. Обычно в одном поде запускается один контейнер, но может быть и больше. Поды распределены по воркер-нодам. Kubernetes управляет подами: увеличивает их число при росте нагрузки, останавливает ненужные и пересоздаёт при сбоях нод. Каждый под имеет собственный IP-адрес.
Service решает проблему эфемерности подов, которые могут перезапускаться и менять IP-адреса. Service:
- Логически объединяет поды, относящиеся к одному сервису.
- Предоставляет этой группе постоянный IP-адрес, обеспечивая доступность.
- Обеспечивает балансировку нагрузки между подами.
Настройка Kubernetes
Настройка Kubernetes осуществляется через API Server с помощью файлов конфигурации, обычно в формате YAML. Используется декларативный подход: описывается желаемое состояние системы, а Kubernetes автоматически выполняет необходимые действия.
Пример: файл конфигурации Deployment описывает шаблон для создания подов. Можно указать количество подов (spec:replicas:), образ контейнера (spec:template:spec:containers:image), переменные окружения, порты и лимиты ресурсов. Если под упадёт, Controller Manager восстановит желаемое состояние.
Kubernetes — мощный инструмент для управления контейнеризированными приложениями. Он автоматизирует множество задач, обеспечивая высокую доступность, масштабируемость и отказоустойчивость. Знание Kubernetes востребовано в современной IT-индустрии.