Czym jest Kubernetes? Jak działa i jakie są jego główne zalety

Czym jest Kubernetes? Kubernetes, nazywany również K8s, to platforma do orkiestracji kontenerów o otwartym kodzie źródłowym, która automatyzuje wdrażanie aplikacji kontenerowych i zarządzanie nimi. Pomaga zespołom uruchamiać aplikacje na wielu serwerach, zastępować obciążenia, które uległy awarii, oraz skalować usługi w miarę zmian zapotrzebowania.

Jeśli Twoja witryna bez problemu działa na jednym serwerze, Kubernetes może być zbędny. Gdy jednak aplikacja składa się z wielu usług, jest często aktualizowana lub musi spełniać wysokie wymagania dotyczące dostępności, może ułatwić zarządzanie jej działaniem.

Przyjrzyjmy się, jak działa Kubernetes, kiedy warto go używać i czego potrzeba do jego uruchomienia.

Jak działa Kubernetes?

Kubernetes zarządza klastrem, czyli grupą maszyn fizycznych lub wirtualnych udostępniających zasoby aplikacjom. Zamiast określać dokładnie, który kontener ma uruchomić każdy serwer, opisujesz pożądany stan, a Kubernetes dba o jego utrzymanie.

Oto główne komponenty, z którymi się zetkniesz:

• Płaszczyzna sterowania: Koordynuje działanie klastra, przetwarza żądania i decyduje, gdzie powinny być uruchamiane obciążenia.
• Węzły: Serwery udostępniające aplikacjom moc obliczeniową procesora, pamięć i inne zasoby.
• Pody: Najmniejsze jednostki, które można wdrożyć w Kubernetes. Zwykle zawierają jeden kontener, choć mogą zawierać ich kilka.
• Wdrożenia (Deployments): Określają i utrzymują pożądaną liczbę replik aplikacji oraz zarządzają aktualizacjami kroczącymi.
• Usługi (Services): Zapewniają stabilny dostęp sieciowy do zmieniającego się zestawu podów.

Wyobraź sobie, że Twój sklep internetowy potrzebuje trzech kopii backendu do obsługi żądań klientów. Konfigurujesz wdrożenie z trzema replikami, a Kubernetes przydziela pody do węzłów o wystarczającej ilości zasobów. Jeśli pod ulegnie awarii, Kubernetes podejmie próbę jego zastąpienia.

Takie podejście nazywa się zarządzaniem deklaratywnym: określasz, co powinno działać, zamiast ręcznie zarządzać każdym kontenerem.

Główne zalety Kubernetes

1. Automatyczne przywracanie działania

Kubernetes może ponownie uruchamiać kontenery, które przestały działać, zastępować nieprawidłowo działające pody i przenosić kwalifikujące się obciążenia na inne węzły w razie awarii węzła. Ogranicza to potrzebę ręcznej interwencji, choć przywrócenie działania zależy od dostępnych zasobów i poprawnej konfiguracji.

2. Elastyczne skalowanie

Możesz ręcznie zwiększać liczbę replik aplikacji lub skonfigurować Horizontal Pod Autoscaler (HPA), aby dostosowywał ją na podstawie wskaźników, takich jak wykorzystanie procesora. Automatyczne skalowanie liczby replik wymaga działającego systemu zbierania metryk i wystarczających zasobów klastra. Kubernetes sam nie tworzy dodatkowych zasobów serwerowych.

3. Sprawniejsze aktualizacje aplikacji

Wdrożenia obsługują aktualizacje kroczące, dzięki którym nowe wersje aplikacji stopniowo zastępują stare repliki. Jeśli aktualizacja spowoduje problemy, Kubernetes umożliwia również powrót do wcześniejszej wersji wdrożenia.

4. Wykrywanie usług i zarządzanie zasobami

Usługi Kubernetes zapewniają aplikacjom stabilny sposób komunikacji, nawet gdy zmieniają się pody. Określenie zapotrzebowania na moc obliczeniową procesora i pamięć pomaga też mechanizmowi planowania przydzielać obciążenia do odpowiednich węzłów.

Do czego służy Kubernetes?

Kubernetes jest szczególnie przydatny w przypadku aplikacji, które wymagają koordynacji wykraczającej poza jeden serwer. Typowe zastosowania obejmują:

• Platformy e-commerce: Utrzymywanie dostępności wielu replik witryny sklepowej lub API w okresach wzmożonego ruchu.
• Produkty SaaS: Zarządzanie wieloma usługami dla klientów i częste wdrażanie aktualizacji.
• Mikrousługi: Koordynowanie niezależnie wdrażanych usług przy użyciu spójnych zasad komunikacji sieciowej i wdrażania.
• Przetwarzanie w tle: Uruchamianie zaplanowanych zadań i zadań przetwarzania obok usług aplikacji.

Kubernetes nie jest przeznaczony wyłącznie dla dużych przedsiębiorstw, ale w przypadku mniejszych projektów warto zestawić jego zalety z nakładem pracy potrzebnym do utrzymania klastra.

Kubernetes a Docker: czym się różnią?

Docker i Kubernetes pełnią różne funkcje. Docker pomaga tworzyć i uruchamiać kontenery, a Kubernetes koordynuje pracę obciążeń kontenerowych. Możesz zbudować obraz aplikacji za pomocą Dockera, a następnie wdrożyć go w Kubernetes przy użyciu zgodnego środowiska uruchomieniowego kontenerów, takiego jak containerd.

Jeśli chcesz najpierw poznać podstawy kontenerów, zajrzyj do naszego poradnika Czym jest Docker?. Jeśli wybierasz między Docker Compose a Kubernetes, przeczytaj nasze porównanie Dockera i Kubernetes.

Czy można uruchomić Kubernetes na serwerze VPS?

Tak. Kubernetes może działać na wirtualnych serwerach prywatnych z systemem Linux, pod warunkiem że dysponujesz wystarczającymi zasobami, dostępem administracyjnym i zgodną konfiguracją sieciową. Możesz utworzyć środowisko do nauki z jednym węzłem na jednym serwerze VPS albo połączyć wiele serwerów w klaster.

Konfiguracja z jednym węzłem przydaje się do testów, ale nie chroni przed awarią serwera, na którym działa. Wdrożenia produkcyjne wymagające wysokiej dostępności zazwyczaj potrzebują wielu węzłów, odpowiedniej konfiguracji sieciowej, trwałego przechowywania danych, monitorowania i odpornej na awarie płaszczyzny sterowania.

Hosting VPS z systemem Linux od Zynoo zapewnia dostęp root do środowisk zarządzanych samodzielnie, a serwery dedykowane są opcją, gdy potrzebujesz dedykowanego sprzętu dla węzłów klastra.

Pamiętaj, że instalacja Kubernetes, konfiguracja sieci klastra i utrzymanie oprogramowania to odrębne obowiązki, niezależne od wynajmu serwerów. Nie zakładaj, że plan VPS obejmuje zarządzaną usługę Kubernetes.

Kiedy warto używać Kubernetes?

Rozważ Kubernetes, jeśli Twoja aplikacja potrzebuje kilku węzłów serwerowych, wielu replik usług lub częstych, skoordynowanych wdrożeń. Przydaje się również wtedy, gdy ręczne przywracanie działania i skalowanie stają się trudne w zarządzaniu.

Prawdopodobnie nie potrzebujesz Kubernetes do małej witryny, prywatnego projektu ani kilku usług działających niezawodnie na jednym serwerze VPS. W takich przypadkach Docker Compose może być prostszy i tańszy w utrzymaniu.

Główną wadą Kubernetes jest złożoność: trzeba zadbać o aktualizacje klastra, uprawnienia dostępu, sieć, przechowywanie danych i monitorowanie. Samo oprogramowanie ma otwarty kod źródłowy, ale infrastruktura i administracja nie są darmowe.

Jak zacząć pracę z Kubernetes

Do nauki zacznij od lokalnego klastra utworzonego za pomocą narzędzia takiego jak Minikube lub kind. Skorzystaj z oficjalnych samouczków Kubernetes, aby wdrożyć przykładową aplikację oraz poznać pody, wdrożenia i usługi.

Gdy klaster już działa, a kubectl jest skonfigurowany, możesz sprawdzić jego węzły za pomocą polecenia:

kubectl get nodes

Przed uruchomieniem środowiska produkcyjnego zaplanuj tworzenie kopii zapasowych, kontrolę dostępu, monitorowanie, konfigurację sieci oraz sposób postępowania, gdy węzeł stanie się niedostępny.

Często zadawane pytania

Podsumowanie

Kubernetes sprawia, że zarządzanie aplikacjami kontenerowymi na wielu serwerach staje się bardziej przewidywalne. Może obsługiwać przydzielanie obciążeń, przywracanie działania, skalowanie i kontrolowane aktualizacje, ale wymaga dodatkowej infrastruktury i wiąże się z dodatkowymi obowiązkami operacyjnymi.

Jeśli Twój projekt działa na jednym serwerze, zacznij od prostego rozwiązania. Gdy aplikacja rzeczywiście będzie potrzebować automatyzacji na poziomie klastra, Kubernetes stanie się praktycznym kolejnym krokiem.