Что такое Kubernetes и как он роботает

Пришло время познакомиться с гибкой и расширяемой платформой с открытым исходным кодом, которая предназначена для управления контейнеризованными приложениями и сервисами. Kubernetes что это и как она роботает?

Название Kubernetes происходит от греческого слова, которое означает «рулевой» или «штурман», и впервые Google представил эту платформу в 2014 году. Она основана на многолетнем опыте работы Google с масштабными рабочими нагрузками, а также включает в себя лучшие идеи и практики открытого сообщества. Ключевыми характеристиками Kubernetes являются его портативность, широкая экосистема и доступность различных сервисов и инструментов для использования.

Основы работы

• Основной строительный блок в Kubernetes — это контейнеры — изолированные окружения, содержащие все необходимое для работы приложения, такие как код, зависимости и библиотеки. Kubernetes группирует контейнеры в логические единицы, называемые «поды» (pods). Поды — это минимальные вычислительные единицы в Kubernetes, и каждый под может содержать один или несколько контейнеров.

• Когда приложение развертывается, Kubernetes создает поды и распределяет контейнеры между ними, благодаря чему последние работают вместе и обмениваюся ресурсами, такими как сетевые порты и файловые системы. Поды обеспечивают высокую степень изоляции контейнеров, но в то же время предоставляют средства для их взаимодействия.

• Контейнеры в подах могут быть запущены на любом узле в кластере Kubernetes, и платформа сама заботится о том, на каком узле запустить под. Если один из узлов перегружен или недоступен, Kubernetes автоматически переносит под на доступные, чтобы обеспечить надежность и устойчивость работы приложения.

• Одной из ключевых особенностей платформы является возможность самостоятельного восстановления. Если какой-либо из подов выходит из строя или перестает отвечать, Kubernetes автоматически перезапустит его, чтобы восстановить нормальное функционирование приложения.

Все это делает платформу незаменимым инструментом для современной разработки ПО, обеспечивая стабильность, гибкость и упрощение управления в сложных средах развертывания.

Преимущества использования

Рассмотрим основные преимущества использования подробнее:

1. Автоматическое развертывание и откат. Одной из основных сильных сторон Kubernetes является его способность автоматически разворачивать и обновлять приложения. Разработчикам больше не нужно ручным образом настраивать каждую часть приложения. Вместо этого, с помощью декларативных файлов конфигурации, платформа может развернуть и настроить контейнеры с приложением самостоятельно. Это упрощает процесс развертывания и снижает вероятность ошибок. Кроме того, если обновление приложения приводит к сбоям или ошибкам, Kubernetes может автоматически откатить обновление к предыдущей стабильной версии. Это обеспечивает безопасность и надежность при разработке и развертывании новых функций и изменений.

Start Courses

Foxminded

From Zero to Hero

See Details

2. Обнаружение сервисов и балансировка нагрузки. Платформа предоставляет встроенный механизм для обнаружения сервисов внутри кластера. Когда приложение запускается, она присваивает ему уникальное имя и IP-адрес, по которому другие приложения могут обращаться к нему. Это делает взаимодействие между сервисами простым и надежным. 

3. Масштабирование. Одним из ключевых преимуществ платформы является ее возможность масштабировать приложения горизонтально. Когда требуется обработать большой объем запросов или увеличить производительность, она может автоматически создать дополнительные экземпляры подов и распределить нагрузку между ними. Это делает приложение более масштабируемым, устойчивым и способным справляться с повышенным трафиком. Кроме того, поддерживается вертикальное масштабирование, а это — увеличивает ресурсы для каждого пода в случае необходимости. Это дает возможность управлять нагрузкой более точно и оптимизировать использование ресурсов.

4. Высокая доступность. Kubernetes обеспечивает высокую доступность приложения путем автоматического перезапуска подов в случае их выхода из строя. Если какой-либо из подов перестает отвечать на запросы, происходит автоматический перезапуск его на другом узле кластера. Это позволяет обеспечить непрерывную работу приложения даже в случае сбоев или неполадок в инфраструктуре.

Что такое контейнеры и поды

Для лучшего понимания работы Kubernetes детальнее рассмотрим два ключевых понятия:

1. Контейнеры

В контексте Kubernetes, контейнеры можно рассматривать как самодостаточные пакеты, содержащие все необходимое для запуска и работы приложения: код, среду исполнения, библиотеки, зависимости и настройки. Контейнеризация позволяет упаковывать приложения и его компоненты в изолированные среды, называемые контейнерами.

Контейнеры обладают следующими ключевыми преимуществами:

• портативность — позволяют запускать приложения на различных средах без изменений;
• изоляция, т.к. каждый контейнер работает в своей собственной изолированной среде, что обеспечивает безопасность и предотвращает взаимное влияние контейнеров друг на друга;
• легковесность, поскольку контейнеры используют общее ядро операционной системы хоста, что делает их более легкими и эффективными по сравнению с виртуальными машинами.

2. Поды (Pods)

Это — базовые строительные блоки в Kubernetes, и они образуют логическую группу контейнеров, которые всегда запускаются вместе на одном хосте и могут общаться между собой через локальный сетевой интерфейс.

Ключевые особенности подов в Kubernetes:

• изоляция — все контейнеры внутри пода работают в одном и том же сетевом пространстве, что позволяет им легко взаимодействовать друг с другом через localhost, как будто они работают на одной машине;
• использование общих ресурсов, такие как CPU и память. Это позволяет более эффективно использовать ресурсы и уменьшает накладные расходы на управление;
• служат основной единицей развертывания и масштабирования приложений. Когда приложение разворачивается, Kubernetes создает поды и размещает в них соответствующие контейнеры. Поды также обеспечивают автоматическую управляемость: в случае сбоя, Kubernetes автоматически перезапускает поды, чтобы восстановить работу приложения.

Таким образом, контейнеры и поды являются фундаментальными элементами в мире Kubernetes. Контейнеры обеспечивают изолированное окружение для приложения, а поды объединяют контейнеры и позволяют им эффективно взаимодействовать и масштабироваться. Эта архитектура делает платформу мощной и гибкой для управления контейнеризированными приложениями в современной разработке программного обеспечения.

Масштабирование 

Масштабирование является одним из ключевых преимуществ Kubernetes и делает его особенно привлекательным для управления современными приложениями, которые могут сталкиваться с изменчивой нагрузкой и растущим числом пользователей. Давайте рассмотрим, как именно это происходит:

• Горизонтальное масштабирование в данном случае означает добавление дополнительных экземпляров подов для обработки возрастающей нагрузки. Когда количество запросов к приложению растет, Kubernetes автоматически создает новые экземпляры подов и распределяет нагрузку между ними. Это обеспечивает высокую производительность и отзывчивость приложения при росте пользовательской активности. При этом, процесс горизонтального масштабирования может быть полностью автоматизирован. Kubernetes наблюдает за нагрузкой на приложение и, когда уровень нагрузки превышает определенные пороги, запускает новые экземпляры подов. Когда нагрузка снижается, лишние экземпляры подов могут быть автоматически удаляться, чтобы сэкономить ресурсы. Этот процесс называется «автомасштабирование» и делает Kubernetes идеальным для приложений с изменчивой и непредсказуемой нагрузкой.

• Вертикальное масштабирование здесь заключается в изменении ресурсов, выделенных для каждого пода, чтобы обеспечить большую производительность. Например, если приложению требуется больше процессорного времени или оперативной памяти для обработки сложных операций, Kubernetes может увеличить эти ресурсы для каждого пода. Кроме того, Kubernetes может использовать гибридный подход, комбинируя горизонтальное и вертикальное масштабирование. Когда нагрузка на приложение увеличивается, Kubernetes может сначала добавить дополнительные экземпляры подов (горизонтальное масштабирование) и, если это не обеспечивает достаточную производительность, увеличить ресурсы для каждого пода (вертикальное масштабирование).

• Kubernetes также обеспечивает балансировку нагрузки между экземплярами подов. Когда пользователи отправляют запросы к приложению, балансировщик нагрузки на платформе распределяет эти запросы между доступными подами. Происходит равномерная нагрузка и предотвращение перегрузки отдельных подов, обеспечивается стабильная и отзывчивая работа приложения.

Как видим, благодаря всем этим процессам, Kubernetes позволяет эффективно масштабировать приложения в зависимости от роста пользовательской активности и требований. Автоматическое масштабирование и управление ресурсами делают платформу мощным инструментом для разработки и развертывания высоконагруженных и гибких приложений.

Заключение

Мы разобрались, что такое kubernetes простыми словами и увидели, что его преимущества и возможности делают его неотъемлемой частью современной технологической инфраструктуры. 

Его способность автоматизировать процессы, обеспечивать масштабируемость и отказоустойчивость, а также обеспечивать гибкость и портативность делают его первоочередным выбором для многих компаний и организаций.

В результате, Kubernetes не только улучшает процессы разработки, но и открывает новые горизонты для создания масштабируемых, надежных и интеллектуальных приложений, способных удовлетворить растущие потребности современного рынка и пользователей. Он является незаменимым активом в современной разработке ПО и продолжает оставаться в центре внимания разработчиков по всему миру.