Co to jest Kubernetes?

Kubernetes to system open source do zarządzania bardzo dużymi aplikacjami, w tym ogromną liczbą usług kontenerowych. Opracowany przez inżynierów Google w 2014 r. i wkrótce potem wydany w formule open source system Kubernetes jest obecnie dynamicznie rozwijającym się ekosystemem obsługiwanym przez prawie każdego dostawcę chmury. System ten może być używany do zarządzania zaprojektowanymi dla chmury aplikacjami zbudowanymi z mikrousług, a także tradycyjnymi aplikacjami zainstalowanymi lokalnie lub w chmurze.

Ważną zaletą Kubernetes jest automatyzacja, dzięki której można znacznie zmniejszyć nakład pracy związany z zarządzaniem aplikacjami w sieci.

Co to jest Kubernetes?

Kubernetes to system open source służący do wdrażania i skalowania aplikacji kontenerowych, w szczególności aplikacji zaprojektowanych dla chmury, napisanych za pomocą mikrousług, oraz zarządzania tymi aplikacjami. System Kubernetes, którego nazwa jest czasami skracana do K8s, umożliwia administratorom grupowanie kontenerów w klastry, aby łatwiej nimi zarządzać.

Do czego służy Kubernetes? Działanie Kubernetes zaczyna się od wdrożenia kontenerów, które zawierają kompletną aplikację lub komponent aplikacji (często nazywany usługą). Kontenery te są wdrażane na serwerach, które mogą być zainstalowane w chmurze, lokalnie, w kilku chmurach w konfiguracji wielochmurowej lub w konfiguracji hybrydowej w chmurze i lokalnie.

Po wdrożeniu kontenerów Kubernetes udostępnia funkcję wykrywania, która umożliwia danej aplikacji lub usłudze znalezienie potrzebnych usług w innych kontenerach. System Kubernetes kieruje ruch do właściwego zasobu znajdującego się pod jego kontrolą. Jeśli w systemie działa wiele kopii aplikacji lub usługi kontenerowej, wówczas system Kubernetes automatycznie równoważy obciążenie, zazwyczaj w celu obsługi wysokiego zapotrzebowania.

Ważną zaletą systemu Kubernetes jest możliwość grupowania kontenerów w sposób optymalny dla wdrożenia. Na przykład system ten może zgrupować kilka kontenerów, które dzielą tę samą pamięć masową i obszar sieć w obiekt „pod”. Pod to termin często występujący w kontekście systemu Kubernetes. Często spotykanym terminem jest też „węzeł”. Węzły to serwery fizyczne lub tradycyjne maszyny wirtualne, na których znajdują się kontenery. Zbiór węzłów działających pod kontrolą systemu Kubernetes, czyli zestaw serwerów fizycznych lub maszyn wirtualnych, nazywany jest klastrem.

Dla każdego kontenera, poda, węzła i klastra system Kubernetes będzie zarządzać zasobami pamięci masowej oraz wykrywać i ponownie uruchamiać uszkodzone kontenery (proces ten nazywa się „naprawą”), a nawet implementować protokoły zabezpieczeń w rozproszonej aplikacji. System można skonfigurować do obsługi haseł, tokenów bezpieczeństwa i kluczy szyfrowania, co ułatwia ochronę krytycznych zasobów.

Rozwój systemu Kubernetes jest nadzorowany przez fundację Cloud Native Computing Foundation (CNCF).

Kontenery a maszyny wirtualne

Kontenery często zastępują inny model wdrażania chmury, czyli maszyny wirtualne (VM). Kontenery zajmują mniej miejsca niż maszyny wirtualne, ponieważ korzystają z systemu operacyjnego i sterowników urządzeń serwera hosta. Tymczasem maszyny wirtualne zajmują więcej miejsca i wymagają większych zasobów obliczeniowych, ponieważ każda z nich ma swój własny system operacyjny. Dlatego serwer może uruchamiać więcej kontenerów niż maszyn wirtualnych, a co ważniejsze, może przeznaczyć więcej zasobów procesora i pamięci na uruchamianie aplikacji, zamiast utrzymywać wiele instancji systemu operacyjnego (po jednej dla każdej maszyny wirtualnej). Istnieją co prawda szczególne przypadki, w których wymagane są maszyny wirtualne, ale kontenery stanowią znacznie bardziej efektywniejszy model dla większości wdrożeń aplikacji w chmurze.

Kubernetes a kontenery

Chociaż system Kubernetes i kontenery są ze sobą powiązane, najlepiej traktować je jako technologie, które się jedynie uzupełniają. Kubernetes to system zarządzania kontenerami, który często jest używany do wdrożeń zakrojonych na szeroką skalę, obejmujących setki lub tysiące kontenerów. Same kontenery zawierają cały niezbędny kod i zależności potrzebne do działania danej funkcji, niezależnie od tego, czy jest to mikrousługa, czy kompletna aplikacja, w jednym wykonywalnym formacie.

Kubernetes to narzędzie służące do zarządzania wieloma kontenerami jednocześnie, zazwyczaj w chmurze. Kubernetes, nazywany czasem systemem operacyjnym dla chmury, umożliwia zarządzanie kontenerami na dużą skalę.

Kluczowe wnioski

• Kubernetes orkiestruje duże wdrożenia kontenerów, automatycznie wdrażając, skalując, a nawet naprawiając i uruchamiając ponownie kontenery w ramach zakrojonych na szeroką skalę wdrożeń chmury.
• Dzięki zmaksymalizowaniu wykorzystania zasobów w chmurze Kubernetes może obniżyć koszty wdrażania aplikacji dla przedsiębiorstw.
• Kubernetes zapewnia bogaty ekosystem, który zawiera wszystko, co jest potrzebne do tworzenia i wdrażania aplikacji kontenerowych, a następnie zarządzania kontenerami na potrzeby produkcji.

Charakterystyka Kubernetes

Kubernetes to system, który automatyzuje wdrażanie i skalowanie kontenerów oraz zarządzanie nimi. Ponadto jest zdolna do naprawiania kontenerów, czyli wykrywania i usuwania ich awarii. Podstawą działania Kubernetes jest orkiestracja. Podobnie jak dyrygent orkiestry symfonicznej, który kieruje muzykami, system ten wie, co należy zrobić, utrzymuje wszystkie kontenery na swoim miejscu i zapewnia ich prawidłowe działanie, a także odpowiednio reaguje, gdy coś idzie nie tak.

Podobnie jak dyrygent symfoniczny, który opiera się na partyturze określającej partie fortepianu, skrzypiec, kilku wiolonczel i sekcji instrumentów dętych blaszanych, Kubernetes korzysta z dokumentu opisującego pożądany stan kontenerów aplikacji. Dokument ten, zwany plikiem konfiguracyjnym, opisuje funkcje wymagane do działania aplikacji i określa, które kontenery mogą zapewnić te funkcje. Plik konfiguracyjny zawiera również listę serwerów, urządzeń pamięci masowej, sieci i serwerów fizycznych dostępnych dla kontenerów aplikacji.

Po uruchomieniu aplikacji Kubernetes ładuje niezbędne kontenery na dostępne serwery zgodnie z plikiem konfiguracyjnym, a następnie uruchamia oprogramowanie w tych kontenerach. Jednocześnie monitoruje wykorzystanie zasobów każdego serwera (czyli węzła), upewniając się, że nie pojawia przeciążenie. Jeśli takowe się pojawi, przenosi kontenery na mniej obciążony serwer, uruchamiając nowy kontener, a następnie zatrzymując stary. Jeśli sam kontener jest przeciążony, Kubernetes uruchamia identyczną kopię tego kontenera na innym serwerze i automatycznie konfiguruje urządzenie równoważenia obciążenia, aby podzielić zadanie między tymi dwoma kontenerami. W miarę wzrostu obciążenia uruchamiany jest trzeci kontener i tak dalej w razie potrzeby. Jeśli później obciążenie się zmniejszy, Kubernetes wyłącza wszystkie niepotrzebne kontenery, aby obniżyć koszty działania i zwolnić zasoby serwerowe dla innych zadań.

Jeśli kontener ulegnie awarii, Kubernetes szybko uruchamia nowy kontener na innym serwerze i przekierowuje ruch sieciowy z dala od obszaru problemu, zapewniając szybkie przejmowanie awaryjne.

Dlaczego warto używać Kubernetes?

Wyobraźmy sobie, że masz aplikację, która wymaga setek lub tysięcy kontenerów, z których każdy zapewnia potrzebne jej usługi. Administratorzy systemów mogą ręcznie wdrażać kontenery i nimi zarządzać lub ewentualnie robić to za pomocą narzędzi do automatyzacji wykonywania określonych zadań, takich jak równoważenie obciążenia lub wykrywanie awarii. I faktycznie, istnieją takie narzędzia do zarządzania kontenerami w małych wdrożeniach. Z narzędzi tych najczęściej korzystają deweloperzy oprogramowania i zespoły DevOps podczas tworzenia i testowania oprogramowania kontenerowego.

Bez bardziej kompletnego systemu orkiestracji wymagania związane z administracją całym tym systemem stają się jednak w końcu przytłaczające.

Zaletą Kubernetes jest to, że jest to pojedynczy system, który obsługuje zadania automatyzacji od wdrażania kontenerów, przez ich skalowanie, po rozwiązywanie dotyczących ich problemów. Ponadto oprogramowanie Kubernetes jest otwarte i szeroko obsługiwane, zwłaszcza przez wszystkich głównych dostawców chmury. Krótko mówiąc, jest wszechobecne. Czyni to z Kubernetes preferowany system zarządzania dużymi aplikacjami kontenerowymi dla przedsiębiorstw.

Korzyści z używania Kubernetes

Gdy organizacja decyduje się na konteneryzację swoich aplikacji, wdrożenie Kubernetes w celu ich orkiestracji jest oczywistym wyborem, zwłaszcza z uwagi na szeroki zakres płynących z tego korzyści.

• Wysoka dostępność. System Kubernetes zaprojektowano z myślą o wysokiej dostępności. Jego automatyczne funkcje naprawy nieprawidłowo działających kontenerów poprzez uruchomienie ich ponownie na tym samym lub innym serwerze to jeden z elementów zapewniających tę wysoką dostępność. System Kubernetes może również uruchamiać wiele kopii kontenera, umieszczać je na różnych serwerach lub nawet w różnych centrach przetwarzania danych, a następnie rozdzielać między nie obciążenie. Ponadto w przypadku aktualizowania aplikacji kontenerowej można skonfigurować Kubernetes tak, aby aktualizacja przebiegała stopniowo. W przypadku wykrycia błędu można powrócić do poprzedniej wersji.
• Izolacja. Każdy kontener działa w swoim odizolowanym środowisku, zapewniającym bezpieczne i chronione miejsce do wykonywania aplikacji. Izolacja ta, mająca na celu zapobieganie zewnętrznym zakłóceniom i konfliktom zasobów, przyczynia się do zapewnienia stabilności i integralności aplikacji. Podczas automatyzacji wdrażania kontenerów i rozdzielania między nimi ruchu sieciowego system Kubernetes kieruje się plikiem konfiguracyjnym, przez co zapewnia dodatkową warstwę ochrony przed potencjalnymi błędami ludzkimi, które mogłyby zagrozić ciągłości działania.
• Przenośność. Kontenery można łatwo przenosić między różnymi typami serwerów, a nawet różnymi chmurami. Jedynym istotnym ograniczeniem jest to, że kontenery muszą być tworzone dla konkretnego systemu operacyjnego. Na przykład oprogramowanie w kontenerze przeznaczonym dla systemu Linux wymaga serwera z systemem Linux, a oprogramowanie w kontenerze przeznaczonym dla systemu Windows wymaga serwera z systemem Windows. W ramach tego jednego ograniczenia można przenosić kontenery między serwerami, centrami przetwarzania danych, a nawet chmurami. W rzeczywistości Kubernetes może automatycznie zarządzać dużą aplikacją, której kontenery są rozmieszczone w wielu centrach przetwarzania danych i u różnych dostawców chmury.
• Efektywność zasobów. Kontener „nie wie” zbyt wiele o serwerze, na którym działa. Natomiast Kubernetes może określić wykorzystanie procesorów, pamięci operacyjnej, pamięci masowej i połączeń sieciowych dla każdego serwera. Ponadto może wdrażać i przenosić kontener między serwerami w celu maksymalnego wykorzystania potencjału każdego z nich, co pomaga obniżyć koszty. W dodatku Kubernetes uruchamia nowe kontenery tylko w razie potrzeby i wyłącza je, gdy nie są już potrzebne, co też może przełożyć się na spadek kosztów.
• Skalowalność. Wyobraźmy sobie kasy w sklepie spożywczym. Jeśli kolejka do jednej z nich jest zbyt długa, kierownik sklepu może otworzyć kolejną kasę. W podobny sposób, jeśli oprogramowanie w kontenerze zostanie przeciążone, Kubernetes może to wykryć i uruchomić kolejny identyczny kontener z tą samą usługą, dzieląc obciążenie między tymi kontenerami. Jeśli zajdzie taka potrzeba, może uruchomić nawet sto identycznych kontenerów. Wszystko automatycznie.

Najważniejsze składniki architektury Kubernetes

Inżynierowie Google, którzy opracowali system Kubernetes, wybrali jego nazwę na bazie starożytnego greckiego słowa oznaczającego pilota lub sternika, czyli osobę kierującą statkiem, ponieważ system ten przenosi kontenery i zarządza ich flotą. Podobnie jak prawdziwy kontenerowiec, system Kubernetes opiera się na wielu współdziałających ze sobą komponentach, aby dostarczyć ładunek danych do właściwego miejsca. Poniżej przedstawiono terminy, które często pojawiają się w kontekście kontenerów i systemu orkiestracji Kubernetes.

• Klaster — zbiór serwerów, zwanych węzłami, służących do uruchamiania aplikacji kontenerowych, którymi zarządza system Kubernetes. Klaster zazwyczaj składa się z węzła głównego (master) oraz wielu węzłów roboczych (worker).
• Węzeł — wirtualny lub fizyczny serwer stanowiący część klastra Kubernetes.
• Pod — pojedynczy kontener lub zestaw kontenerów działający w klastrze Kubernetes. Obiekty „pod” są podstawową jednostką wdrożeniową w Kubernetes. Pod składa się z co najmniej jednego kontenera, który ma gwarancję działania w tym samym węźle.
• Płaszczyzna sterowania — składa się z serwera API Kubernetes, planisty (scheduler) Kubernetes, menedżera kontrolerów Kubernetes, kontrolera aplikacji oraz menedżera kontrolerów chmury. Płaszczyzna sterowania zarządza węzłami i podami w całym klastrze, zapewniając wysoką dostępność.
• Kontener — obraz oprogramowania i jego zależności, który tworzy podstawę konteneryzacji.
• Deployment — obiekt, który zarządza replikowanymi aplikacjami (reprezentowanymi przez pody), które są wdrażane w węzłach klastra.
• Replicaset — obiekt zapewniający określoną liczbę replik kontenerów, które jednocześnie obsługują te same usługi, zapewniając nadmiarowość i wysoką dostępność wszystkich stosownych kontenerów.
• Service — obiekt, który definiuje sposób dostępu do aplikacji reprezentowanych przez zestaw podów. Obiekt ten zazwyczaj współdziała z urządzeniami równoważenia obciążenia w celu optymalizacji wewnętrznego i zewnętrznego dostępu do klastra.

Najważniejsze funkcje Kubernetes

Kubernetes to nie tylko system zarządzania kontenerami, ale także zaawansowane narzędzie koordynujące, które automatyzuje i upraszcza cały cykl życia aplikacji, od projektu, przez wdrożenie, aż po wykorzystanie produkcyjne. Dzięki rozbudowanym funkcjom umożliwia efektywne zarządzanie złożonymi, rozproszonymi aplikacjami. Poniżej przedstawiono kilka kluczowych funkcji Kubernetes:

• Orkiestracja kontenerów — Kubernetes automatyzuje wdrażanie, skalowanie i konserwację kontenerów. Inteligentnie zarządza rozmieszczeniem kontenerów, optymalizując wykorzystanie zasobów i zapewniając wydajne równoważenie obciążenia.
• Automatyczne naprawianie i skalowanie — Kubernetes może automatycznie wykrywać i reagować na awarie. Ponadto może szybko restartować, replikować lub zmieniać harmonogram uruchamiania kontenerów, zachowując stan i dostępność aplikacji.
• Wykrywanie obiektów Service i równoważenie obciążenia — Kubernetes umożliwia komunikację między kontenerami poprzez wbudowane mechanizmy wykrywania obiektów Service. Oferuje również funkcje równoważenia obciążenia, rozdzielając ruch przychodzący między wiele kontenerów, aby zapewnić wysoką dostępność i zwiększyć efektywność wykorzystywania zasobów.
• Orkiestracja pamięci masowej — Kubernetes upraszcza zarządzanie pamięcią masową, umożliwiając aplikacjom dostęp do różnych systemów pamięci masowej, zainstalowanej lokalnie lub w chmurze publicznej i prywatnej.
• Automatyczne wdrażanie i wycofywanie aplikacji — Kubernetes automatyzuje wdrażanie nowych wersji oprogramowania, stopniowo wprowadzając je do środowiska produkcyjnego. W przypadku wystąpienia problemów może również automatycznie przywrócić poprzednią stabilną wersję, minimalizując utrudnienia dla użytkowników.
• Zarządzanie konfiguracjami — Kubernetes upraszcza zarządzanie konfiguracjami, centralizując konfiguracje aplikacji i zarządzając nimi w wielu środowiskach. Upraszcza to również aktualizacje i konserwację.
• Automatyzacja i konfiguracja deklaratywna — Kubernetes używa pliku konfiguracyjnego, czasem nazywanego plikiem YAML, co oznacza „YAML Ain’t Markup Language” (YAML to nie język znaczników) lub „Yet Another Markup Language” (To kolejny język znaczników), w zależności od tego, kogo się o to zapyta. Ten plik, zrozumiały zarówno dla systemu Kubernetes, jak i dla ludzi, opisuje, jak wygląda pełna aplikacja i jak zarządzać kontenerami aplikacji za pomocą mechanizmów automatyzacji.
• Przechowywanie danych i zarządzanie nimi — Kubernetes może tworzyć trwałe woluminy na potrzeby przydzielania pamięci i zarządzania nią w klastrze, niezależnie od konkretnego poda lub kontenera. W razie potrzeby można je również przypisywać do konkretnych zadań. Trwałe woluminy ułatwiają spełnienie wymagań aplikacji w zakresie zarządzania danymi.

Typowe wyzwania związane z wdrażaniem Kubernetes

System Kubernetes jest udoskonalany od wielu lat, ale jego opanowanie wymaga dużego nakładu pracy. Niemniej jednak znacznie lepiej jest przeznaczyć czas na tę naukę niż korzystać z innych metod zarządzania dużymi, rozproszonymi aplikacjami. Poniżej przedstawiono kilka kwestii do rozważenia w związku z wdrażaniem tego systemu:

• Złożoność wdrożenia i zarządzania — w zakrojonych na szeroką skalę aplikacjach występuje wiele zmiennych elementów związanych zarówno z wymaganiami oprogramowania, jak i infrastrukturą, na której będzie ono działać. Plik konfiguracyjny Kubernetes musi uwzględniać takie kwestie, jak skalowanie klastra, naprawianie, przejmowanie awaryjne, monitorowanie i rejestrowanie w dziennikach oraz plany uaktualniania części systemu.
• Zagrożenia związane z bezpieczeństwem i luki dotyczące zgodności z przepisami — kontenery i aplikacje kontenerowe mogą być bardzo bezpieczne, ale bezpieczeństwo to nie jest automatyczne. Na przykład zasady sieciowe muszą być odpowiednio skonfigurowane w Kubernetes, aby chronić wszystkie części aplikacji przed złośliwym dostępem z wewnątrz lub spoza klastra. Jeśli stosowane są hasła i klucze szyfrowania, należy je chronić, czyli nie przechowywać ich w łatwych do odczytania dokumentach, takich jak plik konfiguracyjny YAML. Repozytorium obrazów kontenerów również musi być chronione, aby zapobiec manipulacjom. Wszystkie te środki muszą być odpowiednio udokumentowane.
• Złożoność sieci — złożoność nawet średniej wielkości aplikacji kontenerowej utrudnia zarządzanie bez stosowania automatyzacji. Tu mamy jednak do czynienia z setkami tysięcy kontenerów, z których każdy składa się z wielu podów, nie wspominając już o połączeniach z pamięcią wewnętrzną i zewnętrzną, innymi aplikacjami, użytkownikami końcowymi, Internetem itp. A co w przypadku, gdy aplikacja jest obsługiwana przez wiele centrów przetwarzania danych lub nawet kilka chmur? Kubernetes może pomóc w konfiguracji sieci, ale nadal pozostają do rozstrzygnięcia określone kwestie. W przypadku bardzo dużego wdrożenia systemu Kubernetes zdiagnozowanie i rozwiązanie problemów z konfiguracją sieci może być trudne.

Kubernetes — przykłady zastosowań

Przedsiębiorstwa używają systemu Kubernetes do obsługi wielu typów aplikacji, w tym aplikacji z dziedziny handlu elektronicznego, produkcji, badań, finansów, usług komunalnych, w zasadzie w każdej branży. Wiele dużych rozproszonych aplikacji kontenerowych może korzystać z orkiestracji i automatyzacji w systemie Kubernetes. Poniżej przedstawiono kilka typowych scenariuszy, w których system Kubernetes może naprawdę zabłysnąć.

• Architektura mikrousług na skalę internetową — często zdarza się, że setki lub tysiące mikrousług składają się na złożoną aplikację internetową, która obsługuje zadania takie jak uwierzytelnianie użytkowników, zarządzanie sesjami, wyszukiwanie, koszyki zakupowe, płatności, zarządzanie zapasami i silniki rekomendacji sterowane sztuczną inteligencją. Kubernetes pomaga izolować każdy rodzaj mikrousług w odrębnym podzie, a następnie niezależnie zarządzać tymi mikrousługami.
• Elastyczne skalowanie aplikacji o dużym natężeniu ruchu — Kubernetes może pomóc w skalowaniu usług aplikacji obsługujących duży ruch, dynamicznie przydzielając nowe kontenery i równoważąc obciążenie, tak aby szybko dostosować się do zmian w zapotrzebowaniu na zasoby. Kubernetes może opierać swoje automatyczne skalowanie na podstawie wykorzystania zasobów, na przykład gdy wykorzystanie procesora lub pamięci przez kontener przekracza określone limity lub gdy serwer zbliża się do granicy swoich możliwości technicznych. Może również skalować w dół, gdy zapotrzebowanie na zasoby maleje. Dzięki temu działanie aplikacji może mieścić się w zakładanych przedziałach (na przykład w określonym czasie reakcji) przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia zasobów w okresach niskiego natężenia ruchu.
• Bezpieczniejsze wdrożenia aktualizacji oprogramowania — system Kubernetes można zintegrować z wieloma narzędziami do tworzenia oprogramowania, które wykorzystują model ciągłej integracji / ciągłego wdrażania (CI/CD) w celu przyrostowego ulepszania oprogramowania dla przedsiębiorstw. Kubernetes może stopniowo wdrażać te aktualizacje w nowych kontenerach i w razie wystąpienia problemów szybko wycofać się do wcześniejszej wersji. Może nawet uruchomić dwie wersje tego samego oprogramowania równolegle i przedstawiać porównanie ich działania.

Kubernetes i sztuczna inteligencja

Połączenie systemu Kubernetes ze sztuczną inteligencją może mieć przełomowe znaczenie dla przedsiębiorstwa, ponieważ Kubernetes może odgrywać kluczową rolę w zarządzaniu obciążeniami AI i orkiestracji tych obciążeń w chmurze. W szczególności Kubernetes zapewnia zaawansowaną i elastyczną platformę do trenowania i wdrażania sztucznej inteligencji, oferując w tym celu różne funkcje, takie jak:

• Automatyzacja — Kubernetes może automatycznie wdrażać i aktualizować modele sztucznej inteligencji.
• Konteneryzacja — Kubernetes umożliwia pakowanie modeli sztucznej inteligencji wraz z ich zależnościami do kontenerów, co pomaga zapewnić ich spójne działanie i łatwe wdrażanie w różnych środowiskach. Przenośność ta ma kluczowe znaczenie w kontekście sztucznej inteligencji, ponieważ umożliwia trenowanie i wdrażanie modeli w różnych ustawieniach.
• Wysoka dostępność — zapewnienie wysokiej dostępności ma kluczowe znaczenie dla aplikacji korzystających ze sztuczne inteligencji, stanowiąc podstawę kluczowych procesów biznesowych. Oferowane przez Kubernetes funkcje samonaprawy zapewniają wysoką dostępność aplikacji sztucznej inteligencji dzięki automatycznemu wykrywaniu awarii i reagowaniu na nie.
• Skalowalność — aplikacje sztucznej inteligencji często wymagają znacznych zasobów obliczeniowych, zwłaszcza podczas trenowania i wnioskowania na szeroką skalę. System Kubernetes może dynamicznie skalować obciążenia AI w oparciu o zapotrzebowanie na zasoby w celu optymalnego ich wykorzystania i zapewnienia opłacalności całego procesu.

Korzystanie z ekosystemu Kubernetes

Powszechne wdrażanie systemu Kubernetes w ostatnim dziesięcioleciu doprowadziło do powstania dynamicznie rozwijanego ekosystemu narzędzi, usług i technologii wspomagających. Ekosystem ten dodatkowo rozszerza zdolności systemu Kubernetes, zapewniając organizacjom różne opcje dostosowania infrastruktury i praktyk deweloperskich. Wśród głównych kategorii tego ekosystemu można wymienić:

• Narzędzia CI/CD — narzędzia służące do ciągłej integracji i ciągłego wdrażania, które można zintegrować z systemem Kubernetes w celu automatyzacji procesów tworzenia, testowania i wdrażania. Narzędzia te tworzą efektywny cykl deweloperski.
• Rejestry kontenerów — scentralizowane repozytoria do przechowywania obrazów kontenerów i zarządzania nimi. Rejestry te można płynnie zintegrować z systemem Kubernetes, aby ułatwić wdrażanie aplikacji kontenerowych i zarządzanie nimi.
• Narzędzia monitorujące i rejestrujące — w celu zapewnienia efektywnego śledzenia i analizy system Kubernetes można zintegrować z dziesięcioma systemami monitorowania i rejestrowania, które zapewniają informacje o działaniu, zachowaniu i potencjalnych problemach aplikacji.
• Rozwiązania zabezpieczające — system Kubernetes można zintegrować z różnymi narzędziami zabezpieczającymi, w tym z natywnymi dla kontenerów zaporami i narzędziami służącymi do ochrony środowisk uruchomieniowych. Systemy te pomagają chronić aplikacje działające w środowisku Kubernetes przed potencjalnymi zagrożeniami i lukami w zabezpieczeniach.

Każda dyskusja o ekosystemie Kubernetes byłaby niekompletna bez wzmianki o KubeCon — corocznej konferencji dla deweloperów i użytkowników Kubernetes, organizowanej przez fundację Cloud Native Computing Foundation (CNCF). Od czasu pierwszej konferencji KubeCon w 2015 r., w której wzięło udział 500 osób, wydarzenie to znacznie się rozrosło. Konferencja w Salt Lake City w 2024 r. przyciągnęła ponad 9000 programistów i inżynierów.

Pięć najlepszych praktyk wdrożeniowych

Opis najlepszych praktyk dotyczących systemu Kubernetes mógłby zapełnić całą książkę i wiele takich książek zostało już napisanych. Bez wątpienia Kubernetes to złożony system. Stosowanie tych najlepszych praktyk może jednak pomóc przedsiębiorstwom w skutecznym wykorzystaniu jego możliwości.

1. Optymalizacja alokacji zasobów — nikt nie chce płacić za więcej serwerów, pamięci masowej lub innych zasobów obliczeniowych lub sieciowych niż jest to konieczne do obsługi aplikacji w danym momencie. Pomagają w tym zdolności systemu Kubernetes do automatycznego skalowania klastrów i podów w górę i w dół na podstawie uzyskiwanych w czasie rzeczywistym metryk i danych dotyczących rzeczywistego wykorzystania zasobów.
2. Obserwowalność i rejestrowanie — w przypadku aplikacji korporacyjnej działającej na dużą skalę trudno jest zdobyć pełny obraz tego działania. Do agregacji dzienników stosowane są najlepsze narzędzia monitorujące, dzięki czemu wszystkie dane dotyczące działania i błędów znajdują się w jednym miejscu. Narzędzia te generują odpowiednie raporty i tablice wskaźników oraz śledzą sytuację na podstawie danych zbiorczych.
3. Wdrożenie GitOps i infrastruktury jako kodu. GitOps to proces przydzielania, udostępniania i utrzymywania zasobów infrastruktury chmurowej, w którym projekt sieci jest przechowywany w plikach konfiguracyjnych znajdujących się w repozytorium Git. Git to popularny system zarządzania konfiguracjami oprogramowania open source. Pliki konfiguracyjne są nazywane „infrastrukturą jako kod” (Infrastructure as Code, IaC), a system Kubernetes używa ich do tworzenia sieci serwerów, pamięci masowych i zasobów łączności.
4. Większe bezpieczeństwo i lepsza zgodność z przepisami. W celu skonfigurowania sieci opartej na zasadzie „minimalnych uprawnień domyślnych”, odpornej na ataki nawet ze strony złośliwego lub zainfekowanego oprogramowania działającego w kontenerze, należy stosować kontrolę dostępu opartą na rolach (RBAC) oraz metodykę zerowego zaufania (zero trust computing). Aby dowiedzieć się, jakie dzienniki audytowe i pliki konfiguracyjne należy przechowywać w celu zapewnienia zgodności z przepisami, należy skonsultować się z działem prawnym.
5. Uproszczenie wdrożeń wielochmurowych. System Kubernetes pozwala zautomatyzować wdrażanie i orkiestrację aplikacji na dużą skalę w wielu centrach danych i więcej niż jednej chmurze. Takie wdrożenie jest z natury rzeczy złożone pod względem projektowania, zarządzania i rozwiązywania problemów. W miarę możliwości należy je upraszczać, stosując abstrakcję, scentralizowane zarządzanie tożsamością i niezależne od rodzaju chmury systemy przechowywania danych. Do tworzenia identycznych sieci w wielu centrach danych oraz w różnych chmurach można używać narzędzi GitOps i IaC.

Uproszczenie zarządzania systemem Kubernetes za pomocą rozwiązań Oracle

OCI Kubernetes Engine (OKE) to zarządzana przez Oracle usługa orkiestracji kontenerów, która może skrócić czas i obniżyć koszty projektowania aplikacji dla chmury. OKE upraszcza operacyjne zarządzanie systemem Kubernetes na skalę korporacyjną, umożliwiając łatwe wdrażanie obciążeń wymagających dużej ilości zasobów, na przykład sztucznej inteligencji, oraz zarządzanie nimi dzięki automatycznemu skalowaniu, uaktualnianiu i wprowadzaniu poprawek. OKE oferuje następujące funkcje:

• Autoskalowanie — OKE automatycznie dostosowuje zasoby obliczeniowe do zapotrzebowania, co może prowadzić do obniżenia kosztów.
• Wydajność — procesory, w tym najbardziej zaawansowane modele używane do zadań związanych ze sztuczną inteligencją, mogą być trudno dostępne, ale planowanie zadań OKE może pomóc w maksymalnym wykorzystaniu dostępnych zasobów.
• Przenośność: — OKE działa spójnie w chmurze i lokalnie, zapewniając przenośność i unikając konieczności wiązania się z konkretnym dostawcą.
• Prostote rozwiązania — OKE skraca czas i obniża koszty zarządzania złożonością infrastruktury Kubernetes.
• Niezawodność — automatyczne uaktualnienia i poprawki zabezpieczeń mogą pozytywnie wpływać na niezawodność aplikacji korporacyjnych.

Zdolność systemu Kubernetes do orkiestracji i automatyzacji wdrażania aplikacji oraz zarządzania nimi zrewolucjonizowała sposób działania aplikacji w erze rozwiązań projektowanych dla chmury. W miarę swojego rozwoju i wzrostu popularności system Kubernetes zyskuje na znaczeniu. Korzystające z niego przedsiębiorstwa mogą osiągnąć znaczną przewagę konkurencyjną, dlatego zrozumienie tej technologii ma kluczowe znaczenie zarówno dla deweloperów, jak i liderów biznesu.

Kubernetes — często zadawane pytania

Dlaczego system Kubernetes jest kluczowym elementem strategii chmurowej przedsiębiorstwa?

System Kubernetes ma kluczowe znaczenie, ponieważ umożliwia przedsiębiorstwom wdrażanie i skalowanie aplikacji rozproszonych oraz zarządzanie nimi, zwłaszcza w kontekście chmury. Oferowana przez Kubernetes automatyzacja pozytywnie wpływa na niezawodność aplikacji, jednocześnie maksymalizując wykorzystanie zasobów i ograniczając w ten sposób koszty.

Co przede wszystkim powinno rozważyć przedsiębiorstwo, rozważając wdrożenie systemu Kubernetes na dużą skalę?

Do rozważenia są dwie główne kwestie. Po pierwsze gotowość organizacyjna: czy inżynierowie i deweloperzy są gotowi na ten model rozwoju i wdrażania aplikacji? Po drugie gotowość techniczna: czy jest do dyspozycji odpowiednia architektura umożliwiająca projektowanie i wdrażanie kontenerów Kubernetes w sposób bezpieczny, stabilny i zgodny z wymogami nadzoru?

Jakie koszty ponosi przedsiębiorstwo, które korzysta z systemu Kubernetes na dużą skalę?

System Kubernetes może przyczynić się do obniżenia kosztów dzięki maksymalnemu wykorzystaniu dostępnych zasobów w chmurze oraz zwolnieniu zasobów, takich jak serwery i pamięć masowa, gdy nie są one potrzebne. Aby jednak w pełni wykorzystać dostępne zasoby, konieczne jest poniesienie kosztów związanych ze szkoleniami, narzędziami oraz optymalizacją sieci i modeli aplikacji.

W jaki sposób przedsiębiorstwo może zapewnić płynne przejście do systemu Kubernetes z tradycyjnej infrastruktury?

Wdrożenie systemu Kubernetes to bardzo duża zmiana. Warto zacząć od wprowadzenia do systemu Kubernetes małej aplikacji, która może już działać w jednym lub kilku kontenerach. Następnie można rozważyć uruchomienie chmurowej usługi Kubernetes, która jest zarządzana przez dostawcę chmury, zamiast samodzielnie poznawać, wdrażać i obsługiwać wszystkie elementy tego systemu. W dalszej kolejności można eksperymentować z uaktualnieniami, wycofywaniem zmian, monitorowaniem, obsługą celowych awarii itp., aby zdobyć doświadczenie niezbędne do realizacji większych projektów, takich jak przebudowa aplikacji monolitycznej na aplikację opartą na mikrousługach.