Wprowadzenie do Kubernetes: Platforma Konteneryzacji

Kubernetes, często nazywane „K8s,” to open-source’owa platforma do zarządzania kontenerami, która zdobyła ogromną popularność w dziedzinie rozwoju oprogramowania i zarządzania infrastrukturą. Wprowadzenie Kubernetesa zapewnia elastyczność, skalowalność i niezawodność w zarządzaniu aplikacjami w kontenerach. W tym artykule omówimy cechy Kubernetesa oraz jego architekturę.

Cechy Kubernetesa:

Orkiestracja Kontenerów: Kubernetes umożliwia zarządzanie kontenerami, takimi jak Docker, co oznacza, że możesz łatwo tworzyć, uruchamiać i zarządzać wieloma kontenerami w ramach jednej aplikacji. Orkiestracja automatyzuje procesy takie jak rozmieszczanie, skalowanie i aktualizacje.
Samoobsługowa Infrastruktura: Kubernetes pozwala zdefiniować deklaratywne konfiguracje, które określają, jak aplikacja ma działać. To umożliwia deweloperom i administratorom samodzielne dostosowanie zasobów i infrastruktury.
Skalowalność: Dzięki Kubernetes można łatwo skalować aplikacje, zarówno wertykalnie (dodając więcej zasobów na jednym węźle) jak i horyzontalnie (dodając więcej węzłów do klastra). To oznacza, że aplikacje mogą radzić sobie z dużym obciążeniem.
Bezpieczeństwo i Kontrola Dostępu: Kubernetes oferuje zaawansowane mechanizmy kontroli dostępu, takie jak role, role bindings i sieciowe zasady dostępu. To umożliwia zarządzanie bezpieczeństwem aplikacji i zabezpiecza dostęp do zasobów klastra.
Wersjonowanie i Aktualizacje: Kubernetes ułatwia wdrażanie nowych wersji aplikacji i przeprowadzanie aktualizacji bez przerywania działania aplikacji. Możesz definiować wersje aplikacji i zarządzać nimi w sposób deklaratywny.

Architektura Kubernetesa:

Węzeł (Node): Węzeł to fizyczna lub wirtualna maszyna, na której działa aplikacja w kontenerach. Każdy węzeł musi mieć zainstalowany kubelet, który komunikuje się z kontrolerem klastrowym i zarządza kontenerami.
Kontroler Klastrowy (Control Plane): Kontroler klastrowy to zbiór komponentów, które zarządzają działaniem klastra Kubernetes. Składa się z kilku podstawowych komponentów, takich jak:
- API Server: Udostępnia interfejs REST API do zarządzania klastrami.
- Kube-scheduler: Odpowiada za przydzielanie kontenerów na węzły.
- Kube-controller-manager: Zarządza kontrolerami, które monitorują stan klastra.
- Etcd: Rozproszony magazyn danych przechowujący konfiguracje klastra.
Kubelet: Kubelet działa na każdym węźle i zarządza kontenerami na danym węźle. Komunikuje się z kontrolerem klastrowym i zapewnia, że kontenery są uruchamiane i działają poprawnie.
Kontroler Replikacji: Kontroler Replikacji zarządza zapewnianiem, że określona liczba replik aplikacji działa w klastrze. Dzięki niemu możesz określić, ile replik aplikacji ma być uruchomionych.
Usługa (Service): Usługa definiuje stabilny adres IP i port, który pozwala na dostęp do aplikacji w kontenerach. To umożliwia komunikację między aplikacjami w klastrze i zewnętrznymi użytkownikami.
Przestrzenie Nazw (Namespaces): Przestrzenie nazw pozwalają na izolację zasobów klastra między różnymi projektami lub zespołami. Dzięki nim można utrzymywać porządek i kontrolować dostęp do zasobów.

Kubernetes: Komponenty Węzła Master

Wyżej przedstawiliśmy Kubernetes i omówiliśmy jego główne cechy oraz ogólną architekturę. W dalszej części artykułu zagłębimy się bardziej w komponenty kontrolnej płaszczyzny Kubernetesa, często określanej jako „Węzeł Master”.

Zrozumienie Kontrolnej Płaszczyzny

Kontrolna płaszczyzna Kubernetesa jest odpowiedzialna za zarządzanie i kontrolowanie stanu klastra jako całości. Zapewnia, że aplikacje działają płynnie i zgodnie z zamierzeniem. Kontrolna płaszczyzna składa się z kilku istotnych komponentów, z których każdy pełni określoną rolę w zarządzaniu klastrem.

Serwer API (API Server): Serwer API to centralny komponent kontrolnej płaszczyzny Kubernetesa. Działa jako interfejs do kontrolnej płaszczyzny i udostępnia interfejs API typu REST do interakcji z klastrem. Wszelkie interakcje z klastrem, takie jak tworzenie lub aktualizacja zasobów, są wykonywane poprzez Serwer API. Jest to główne miejsce interakcji dla administratorów, deweloperów i innych komponentów klastra.
etcd: etcd to rozproszony magazyn danych typu klucz-wartość, który pełni funkcję głównego magazynu danych klastra Kubernetesa. Przechowuje wszystkie dane klastra, w tym szczegóły konfiguracji, stan obiektów i wiele innych. etcd zapewnia spójność i wysoką dostępność w całym klastrze. W przypadku awarii kontrolnej płaszczyzny umożliwia odzyskanie klastra i utrzymanie pożądanego stanu systemu.
Kube-scheduler: Kube-scheduler jest odpowiedzialny za przydzielanie pracy węzłom roboczym w klastrze. Ocenia wymagania zasobów, polityki i ograniczenia, aby zdecydować, gdzie uruchomić podsy (najmniejsze jednostki deployowalne w Kubernates). Celem planisty jest zapewnienie wykorzystania zasobów, utrzymanie wysokiej dostępności i poprawa wydajności.
Kube-controller-manager: Kube-controller-manager to zbiór kontrolerów, które regulują stan systemu. Te kontrolery zapewniają, że klaster pozostaje w pożądanym stanie. Niektóre z istotnych kontrolerów to:
- Kontroler Węzła (Node Controller): Zarządza aktualizacjami i zmianami związanymi z węzłami.
- Kontroler Replikacji (Replication Controller): Utrzymuje pożądaną liczbę replik podów.
- Kontroler Endpoints (Endpoints Controller): Wypełnia obiekt Endpoints (wykorzystywany do odkrywania usług).
- Kontroler Konta Usługi i Tokenów (Service Account & Token Controller): Automatycznie tworzy konta usług i tokeny dla nowych przestrzeni nazw.
Cloud-controller-manager: Cloud-controller-manager uruchamia kontrolery, które współpracują z dostawcami chmur, takimi jak AWS, GCP lub Azure. Te kontrolery obsługują zadania związane z konkretnymi dostawcami chmur, takie jak tworzenie i zarządzanie równoważnikami obciążenia, woluminami nośnikowymi i innymi zasobami chmurowymi.
Dodatki i Wtyczki: Kubernetes można rozszerzać o dodatki i wtyczki, aby dostarczyć dodatkowe funkcje. Mogą to być wtyczki sieciowe, narzędzia monitoringu i narzędzia zabezpieczające, które zwiększają zdolności klastra i integrują się z istniejącymi systemami.

Kubernetes: Komponenty Węzła Roboczego i Ich Rola

Poprzednio przedstawiliśmy zarówno ogólną architekturę Kubernetesa, jak i główne komponenty kontrolnej płaszczyzny (Master Node). Teraz skoncentrujmy się na węzłach roboczych (Node), gdzie rzeczywiście uruchamiane są kontenery zawierające aplikacje. Poznamy komponenty węzła roboczego oraz ich znaczenie w ekosystemie Kubernetesa.

Węzeł Roboczy (Node)

Węzeł roboczy, często nazywany „Node,” to fizyczna lub wirtualna maszyna, na której uruchamiane są kontenery. Każdy węzeł roboczy musi spełniać określone wymagania, aby uczestniczyć w klastrze. Oto główne komponenty węzła roboczego:

Kubelet: Kubelet to agent działający na każdym węźle roboczym. Jego głównym zadaniem jest zarządzanie kontenerami i zapewnienie, że kontenery są uruchamiane i działają zgodnie z zamierzeniem. Kubelet komunikuje się z kontrolerem klastrowym (Master Node), dostarczając informacje o stanie kontenerów na węźle.
Container Runtime: Container Runtime to oprogramowanie odpowiedzialne za uruchamianie kontenerów na węźle roboczym. Kubeadm, containerd, rkt i Docker to przykłady kontenerów uruchamiania wspieranych przez Kubernetesa. Odpowiada on za tworzenie i zarządzanie kontenerami na węźle.
Kube Proxy: Kube Proxy to komponent, który zarządza ruchem sieciowym w klastrze. Tworzy przekierowania i reguły routingu, aby zapewnić, że kontenery na różnych węzłach mogą ze sobą komunikować się zgodnie z zasadami sieciowymi. Kube Proxy umożliwia abstrakcyjny dostęp do usług w klastrze.
Pods: Pods są najmniejszymi jednostkami w Kubernates i zawierają jedną lub więcej kontenerów. To one stanowią podstawową jednostkę, która jest tworzona, replikowana i skalowana w klastrze. Kontenery w obrębie tego samego podu mają wspólną przestrzeń adresową i składają się na jedną rodzinkę.
Kube DNS: Kube DNS to system umożliwiający rozwiązywanie nazw w klastrze. Działa na zasadzie rozpowszechniania wpisów DNS dla usług dostępnych w klastrze. Ułatwia to komunikację między różnymi częściami aplikacji i usługami.
Node IP: Node IP to adres IP przypisany do węzła roboczego w klastrze. Jest on używany, aby węzły mogły się ze sobą komunikować i działać jako punkty końcowe dla usług. Node IP umożliwia zarządzanie ruchem sieciowym i zapewnienie dostępności usług.
Rozpraszanie Aplikacji: Klaster Kubernetesa jest zdolny do równomiernego rozpraszania aplikacji na wiele węzłów roboczych. Dzięki temu, nawet w przypadku awarii węzła, aplikacje pozostają dostępne. Kontroler replikacji zarządza tym procesem, dbając o utrzymanie określonej liczby replik aplikacji.

Zastosowanie Kubernetesa

Kubernetesa można wykorzystać w różnych obszarach i przypadkach użycia, w tym:

Wdrażanie Mikrousług: Kubernetes umożliwia zarządzanie wieloma mikrousługami w klastrze, co ułatwia skalowanie i aktualizację aplikacji.
Elastyczność i Skalowalność: Dzięki Kubernetes można łatwo dostosować infrastrukturę do zmieniających się potrzeb, skalując aplikacje w górę lub w dół.
Wysoka Dostępność: Kubernetes oferuje mechanizmy, które zapewniają ciągłą dostępność aplikacji, nawet w przypadku awarii węzła.
Ułatwienie Zarządzania Aplikacjami: Dzięki Kubernetes można zautomatyzować wiele aspektów zarządzania aplikacjami, co przyspiesza proces wdrażania i aktualizacji.
Hybrydowe i Wielochmurowe Rozwiązania: Kubernetes umożliwia zarządzanie aplikacjami zarówno w chmurze publicznej, jak i prywatnej, co ułatwia wdrażanie hybrydowych rozwiązań.
Usługi Wysokiej Jakości: Dzięki Kubernetes można dostarczać usługi internetowe o wysokiej jakości, które są odporne na awarie i łatwe w zarządzaniu.

Zrozumienie komponentów kontrolnej płaszczyzny Kubernetesa jest kluczowe dla osób zarządzających i utrzymujących klastry Kubernetesa. Te komponenty współpracują, aby dostarczyć solidną i elastyczną platformę do wdrażania i zarządzania aplikacjami w kontenerach. Kubernetesa można zastosować w praktycznie każdym środowisku, które wymaga zarządzania i skalowania aplikacjami. Dzięki jego elastyczności i zaawansowanym funkcjom, jest ono wyborem wielu organizacji w dzisiejszym świecie informatycznym.