Для чего нужна технология Kubernetes

Один из главных трендов технической разработки — контейнеризация. Этот способ помогает IT-бизнесу создавать стабильно работающие приложения и выстраивать непрерывный процесс обновлений, который не влияет на опыт пользователей. Однако разработчики сталкиваются с проблемой управления контейнерами. Чтобы облегчить работу, была создана платформа для оркестрации — Kubernetes, или k8s. Открытый исходный код позволяет свободно пользоваться сервисами. Постепенно она обросла своей экосистемой и сообществом, собравшим в одном месте лучшие практики.

В этой статье мы разберем, что такое Kubernetes, как появилась система, чем этот подход отличается от распространенных ранее технологий. Вы узнаете о преимуществах и поймете, как начать применять её в своих проектах.

История появления и развития платформы

Долгое время приложения строились как единые системы, где все функции тесно взаимосвязаны. Изменение одного элемента влекло за собой переработку всех остальных, поскольку между ними не было четких границ. Такие программы сложно масштабировать, потому что каждый новый компонент усложнял их. Релизы при таком подходе занимают слишком много времени, что коммерчески невыгодно в эру стартапов.

Рабочий процесс выглядел так:

программисты разрабатывают систему и передают её системным администраторам;
задача сисадминов — развернуть приложение на сервере;
при переносе возникают сбои и сложности, которые нужно исправлять;
по итогу они сопротивлялись постоянным обновлениям.

Все это приводило к тому, что от покупки оборудования до релиза проходили месяцы. При этом управлять такой неповоротливой системой было сложно. Крупные компании решили эту проблему с помощью API и других сервисов для автоматизации работы с сервером. Из-за упрощения эти задачи смогли выполнять сами программисты. С этого момента начинают стираться границы между специалистами.

Контейнеры

На этом этапе появляются контейнеры, работающие на технологиях Linux. На основе этого был создан комплекс Docker, задача которого сводилась к упаковке и распределению приложений по частям. Такая контейнеризация снимала проблему переноса программы с компьютера разработчика на сервер — готовый продукт хорошо работал в реальной среде без дополнительных манипуляций.

Когда программист стал отвечать и за функционирование софта, появился DevOps — методика создания приложений, при которой и разработка (Dev), и администрирование (Ops) стали зоной ответственности одной команды. Подход сократил цикл релиза: обновления стали выходить быстрее за счет того, что пишущие код разработчики могут быстрее найти причины сбоев и исправить их в рабочей среде.

Микросервисы и создание Kubernetes

Следующий этап — разделение одной программы на микросервисы. Платформа делится на небольшие независимые части. Это позволяет вносить изменения в один набор функций, не затрагивая другие компоненты. Пример — приложение доставки еды, которое делится на подключение ресторанов или магазинов, систему приема платежей, личный кабинет пользователя, отслеживание пути курьера по картам и т.д. Если команда вносит изменения на этапе оплаты заказа, это никак не отразится на других функциях.

Это удобно с точки зрения поставки приложений и скорости обновлений, но сложно с позиции менеджмента. Для автоматического развертывания и управления контейнерами появился Kubernetes. Технология k8s возникла из внутреннего сервиса Google, созданного для работы с кластерами. Система называлась Borg. Её команда получила задачу разработать открытый софт для оркестрирования контейнеров. Название произошло от греческого слова, означающего «рулевой» или «управляющий» — это отражает главную функцию платформы.

Как работает технология

Чтобы понять, как работает Kubernetes, нужно разобраться в его главных компонентах — микросервисах и контейнерах.

Микросервис — независимая часть софта, которая расположена в блоке. За счет автономности работа с ней не затрагивает другие элементы. Несмотря на самостоятельность отдельных деталей, приложение остается единым благодаря API, HTTP или другим протоколам. Часто ПО состоит из разных функций, для разработки которых используются разные языки программирования и библиотеки. Из-за этого возникают проблемы с выстраиванием взаимосвязей, усложняется отладка системы.

Чтобы все это работало как единый механизм, используются контейнеры. Их можно представить как коробки, по которым распределяются инструменты, конфигурации, библиотеки, функции. За счет их «упаковки» при переносе части софта на сервер оно не ломается, остается стабильным, как на компьютере программиста. Обычно работает формула: 1 контейнер = 1 микросервис, но это не обязательное условие.

Принципы платформы Kubernetes

Приложения расширяются, поэтому возникает проблема с управлением. Kubernetes все автоматизирует. Как работает платформа:

Оркестрация снижает роль ручного контроля — большинство задач автоматизируется.
Не обязательно обновлять всю программу, можно вносить изменения только в одну часть.
Декларативный подход: команде нужно указывать цели, а не методы её достижения.
K8s не может работать сам — для запуска приложений должна быть подготовлена среда на Linux, например, в формате Docker.
В основе остаются виртуальные сервера, меняется их принцип устройства.
Благодаря заранее описанной инфраструктуре в системе формируются схемы: они показывают Kubernetes, как все должно работать. Платформа работает с кластером, чтобы создать конфигурацию под задачи.

Основные объекты кластера Kubernetes

Кластер состоит из нескольких ключевых объектов, которые помогают эффективно управлять контейнерами:

Pod — это базовый объект Kubernetes, который представляет группу контейнеров, работающих на одном узле и разделяющих ресурсы. Каждый pod может содержать один или несколько контейнеров, которые тесно взаимодействуют друг с другом.
Node — физический или виртуальный сервер, который выполняет контейнеры. Узлы бывают разными, в зависимости от масштабируемости и требований проекта. Kubernetes автоматически управляет нагрузкой, распределяя контейнеры по доступным узлам.
Service — объект, который помогает обеспечить стабильный доступ к приложениям, размещенным в контейнерах, несмотря на их возможную миграцию или перезапуск. Service создает виртуальный IP-адрес и DNS-имя, через которые доступны контейнеры.
ReplicaSet — объект, который управляет количеством подов в кластере, дает требуемое количество рабочих экземпляров приложения для стабильной работы.
Deployment — более высокоуровневая абстракция, которая управляет ReplicaSet, обеспечивает плавное обновление и откат версий, а также автоматическое масштабирование приложения.
Namespace — позволяет разделить ресурсы кластера на логические пространства, обеспечивая мульти-арендность и упрощение управления большими инфраструктурами.
ConfigMap и Secret — используются для управления конфигурацией и секретами (например, паролями), которые контейнеры могут использовать при запуске. ConfigMap хранит данные в открытом виде, а Secret — в зашифрованном.

Задачи Kubernetes

С технической точки зрения, у платформы три главных функции, связанные с оркестрацией контейнеров:

Создание конфигурации за счет их развертывания, перезапуска, перемещения в рамках инфраструктуры.
При необходимости масштабирования — одновременный запуск на нескольких хостах.
Логическая группировка с помощью API, чтобы сбалансировать систему и ресурсы для равномерного распределения нагрузки.

Благодаря этим функциям Kubernetes, команды могут одним кликом выгружать и откатывать релизы, организовывать A/B тесты, выгружать приложение по этапам, чтобы отслеживать новые баги. Также у разработчиков есть возможность самим корректировать размеры кластеров под нагрузки.