ПРИМЕНЕНИЕ KUBERNETES ДЛЯ ОРКЕСТРАЦИИ КОНТЕЙНЕРОВ

ПРИМЕНЕНИЕ KUBERNETES ДЛЯ ОРКЕСТРАЦИИ КОНТЕЙНЕРОВ

Конов Илья Александрович

магистрант, кафедра информационных технологий, ФГБОУ ВО "Московский государственный технический университет "СТАНКИН",

РФ, г. Москва

Лакунина Ольга Николаевна

старший преподаватель кафедры информационных технологий, ФГБОУ ВО "Московский государственный технический университет "СТАНКИН",

РФ, г. Москва

USING KUBERNETES TO ORCHESTRATE CONTAINERS

Ilya Konov

Master's student, Department of Information Technology, Moscow State Technical University "STANKIN",

Russia, Moscow

Olga Lakunina

Senior Lecturer of the Department of Information Technology, Moscow State Technical University "STANKIN",

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются основные аспекты использования Kubernetes в качестве инструмента для оркестрации контейнеров. Подробно описаны основные компоненты и архитектура Kubernetes. Проанализированы преимущества и особенности использования Kubernetes в различных сферах IT-индустрии. Отмечена важность Kubernetes для обеспечения эффективности, масштабируемости и устойчивости современных распределенных систем.

ABSTRACT

This article examines the key aspects of using Kubernetes as a tool for container orchestration. The main components and architecture of Kubernetes are described in detail. The advantages and features of using Kubernetes in various spheres of the IT industry are analyzed. The importance of Kubernetes in ensuring the efficiency, scalability, and resilience of modern distributed systems is noted.

Ключевые слова: Kubernetes, оркестрация, контейнер, масштабируемость, устойчивость.

Keywords: Kubernetes, orchestration, container, scalability, resilience.

Введение

Kubernetes, известный также как K8s, представляет собой мощную и всеобъемлющую систему для управления контейнерами. Разработанный Google^[1] и сейчас поддерживаемый Cloud Native Computing Foundation, Kubernetes стал стандартом де-факто в области оркестрации контейнеров.

Суть Kubernetes сводится к предоставлению абстракции, упрощающей управление сложными, распределенными системами. Вместо того чтобы требовать от разработчиков и системных администраторов контролировать конкретные экземпляры приложений, запущенные на конкретных машинах, Kubernetes позволяет оперировать более высокоуровневыми понятиями, такими как сервисы, поды и тома. Таким образом, пользователи могут сфокусироваться на архитектуре и функциональности своих приложений, а не на деталях их развертывания и управления.

Архитектура Kubernetes

Архитектура Kubernetes построена на принципах, выведенных из десятилетий опыта управления масштабируемыми и надежными системами. Она обеспечивает управление кластерами, состоящими из двух основных типов узлов: управляющие узлы и рабочие узлы.

1. Управляющие узлы (Master Nodes): Управляющий узел, также известный как мастер-узел, служит для управления и контроля всего кластера Kubernetes. Он содержит следующие ключевые компоненты:

• API сервер (kube-apiserver): это фронтальный интерфейс для API Kubernetes. Он обрабатывает и обслуживает REST-запросы, обеспечивая соответствующую функциональность.
• Контроллеры (Controller Manager): Контроллеры следят за состоянием кластера и принимают решения для достижения желаемого состояния. Основные контроллеры включают в себя контроллер подов, контроллер сервисов и контроллер репликации.
• Планировщик (Scheduler): Планировщик наблюдает за нераспределенными подами и назначает их на рабочие узлы.
• etcd: etcd - это высоконадежное распределенное хранилище ключей и значений, которое используется Kubernetes для сохранения всех данных кластера.

2. Рабочие узлы (Worker Nodes): Рабочие узлы, также известные как миньоны, представляют собой машины, на которых фактически запускаются и работают контейнеры. Они содержат следующие ключевые компоненты:

• Kubelet: Kubelet - это агент, запущенный на каждом рабочем узле, который общается с мастер-узлом и обеспечивает управление подами и контейнерами на узле.
• Контейнерная среда выполнения (Docker, containerd и т.д.): Это программное обеспечение отвечает за запуск контейнеров.
• Kube-proxy: Kube-proxy - это сетевой прокси, который работает на каждом узле и помогает в обеспечении сетевых сервисов Kubernetes.

Важно отметить, что, хотя в типичной установке обычно есть один управляющий узел и множество рабочих узлов, в более крупных или более критичных для бизнеса системах может быть несколько управляющих узлов для обеспечения высокой доступности.

Ключевые компоненты Kubernetes

Kubernetes использует ряд компонентов и абстракций, которые вместе предоставляют мощную платформу для оркестрации контейнеров. Вот некоторые из ключевых компонентов, которые помогают пользователям в развертывании и управлении их приложениями.

1. Поды (Pods): Под - это базовый блок в Kubernetes. Это группа одного или нескольких контейнеров, которые разделяют хранилище и сетевые ресурсы, и которые можно запланировать на одну и ту же машину. Каждый под имеет уникальный IP-адрес внутри кластера, что позволяет приложениям внутри пода общаться друг с другом по локальной сети.
2. Сервисы (Services): Сервис - это абстракция, которая определяет логический набор подов и политику доступа к ним. Как правило, сервисы используются для обеспечения сетевого доступа к набору подов, и они могут обеспечивать балансировку нагрузки между подами.
3. Тома (Volumes): В Kubernetes том служит для сохранения данных, что позволяет данным "пережить" срок жизни пода. Kubernetes поддерживает множество типов томов, включая томы на локальном диске, сетевые файловые системы и облачные хранилища.
4. Пространства имен (Namespaces): Пространства имен в Kubernetes обеспечивают разделение между различными группами ресурсов в кластере. Они позволяют изолировать приложения, узлы и ресурсы для различных проектов, команд или клиентов.
5. Контроллеры (Controllers): Контроллеры в Kubernetes используются для автоматизации управления различными аспектами кластера. Они следят за текущим состоянием кластера и принимают действия, чтобы достичь желаемого состояния. Контроллеры включают в себя контроллер репликации (ReplicaSet), контроллеры наборов подов (DaemonSets) и многие другие.

Эти компоненты в совокупности обеспечивают гибкость и мощь, которые делают Kubernetes отличным выбором для развертывания и управления контейнеризованными приложениями на любой масштаб.

Оркестрация контейнеров в Kubernetes

Одной из основных причин, по которым разработчики и системные администраторы выбирают Kubernetes, является его возможность эффективной оркестрации контейнеров. Ниже приведено несколько ключевых областей, где Kubernetes особенно полезен.

• Управление контейнерами: Kubernetes предлагает унифицированный интерфейс для управления контейнерами, независимо от того, где они размещены: на локальных серверах, в публичных облаках или в смешанной среде. С помощью Kubernetes можно управлять жизненным циклом контейнеров, включая их развертывание, обновление, масштабирование и устранение неполадок.
• Масштабирование: Kubernetes автоматически масштабирует количество подов в зависимости от нагрузки, обеспечивая баланс между производительностью и использованием ресурсов. Кроме того, Kubernetes поддерживает как вертикальное, так и горизонтальное масштабирование.
• Самоисцеление: Kubernetes обеспечивает отказоустойчивость приложений, автоматически перезапуская контейнеры, которые вышли из строя, заменяя поды, и перераспределяя ресурсы при выходе из строя узлов.
• Управление сервисами и балансировка нагрузки: Kubernetes автоматически распределяет трафик между подами в сервисе, обеспечивая балансировку нагрузки и обеспечивая бесперебойное обслуживание запросов даже при выходе из строя отдельных подов.
• Управление конфигурацией и секретами: Kubernetes предоставляет централизованный механизм для управления конфигурационными данными и секретами, позволяя использовать одни и те же данные в нескольких подах и обновлять их без перезапуска подов.
• Безопасность и изоляция ресурсов: Kubernetes поддерживает политики безопасности на уровне пространств имен и подов, обеспечивая изоляцию ресурсов и предотвращая взаимное влияние различных процессов и пользователей на работу кластера.

Заключение

Оркестрация контейнеров стала критически важной задачей в современном мире разработки программного обеспечения, где микросервисная архитектура и контейнеризация стали общепринятой практикой. Kubernetes, как платформа оркестрации контейнеров с открытым исходным кодом, оказывает значительное влияние на эту область, предоставляя универсальный и гибкий инструмент для управления жизненным циклом контейнеризированных приложений.

Архитектура Kubernetes, его ключевые компоненты и функциональные возможности делают его особенно подходящим для больших и сложных систем, где необходимы высокая доступность, масштабируемость и надежность. Его применение позволяет автоматизировать процесс развертывания, масштабирования и управления контейнерами, что значительно снижает сложность и упрощает процессы, связанные с управлением и поддержкой приложений.

В заключение, Kubernetes открыл новые горизонты для оркестрации контейнеров, предложив средства и механизмы, которые позволили разработчикам и системным администраторам более эффективно управлять жизненным циклом контейнеризированных приложений. Несмотря на свою сложность и требования к навыкам, Kubernetes остается ведущей платформой в области управления контейнерами, и его использование продолжит расти по мере того, как все больше организаций переходят к микросервисной архитектуре и контейнеризации своих приложений.

Список литературы:

1. Официальная документация Kubernetes [Электронный ресурс] // Kubernetes Documentation. - Режим доступа: https://kubernetes.io/docs/home (дата обращения: 23.04.2023).
2. Материалы Kubernetes Community [Электронный ресурс] // GitHub. - Режим доступа: https://github.com/kubernetes/community (дата обращения: 20.04.2023).