Kubernetes

Kubernetes (от греч. κυβερνήτης — «кормчий», «рулевой»; сокращённо K8s — между «K» и «s» восемь букв) — открытая платформа для оркестрации контейнеров. Kubernetes управляет кластером из многих машин как единым ресурсом: решает, на каком узле запустить контейнер, перезапускает упавшие, распределяет трафик, масштабирует приложения под нагрузку и обновляет их без простоя. Пользователь описывает желаемое состояние — «три копии этого сервиса, доступные по такому адресу», — а Kubernetes непрерывно приводит к нему фактическое.^[1]

Kubernetes — стандарт индустрии для запуска контейнерных приложений: управляемые кластеры предлагают все крупные облака, а для небольших установок есть облегчённые дистрибутивы.

История

В Google больше десяти лет работала внутренняя система управления кластерами Borg, запускавшая практически все сервисы компании.^[4] В 2014 году инженеры Google — Джо Беда, Брендан Бёрнс и Крейг Маклаки — представили открытый проект, вобравший опыт Borg и его преемника Omega. Версия 1.0 вышла в июле 2015 года, и одновременно Google передала проект новой организации Cloud Native Computing Foundation (CNCF) при Linux Foundation; в 2018 году Kubernetes стал первым «выпускником» CNCF.^[7]

Новая минорная версия выходит примерно три раза в год, каждая поддерживается около 14 месяцев.^[3] В версии 1.24 (2022) была удалена встроенная прослойка для Docker (dockershim): кластеры работают с containerd или CRI-O через интерфейс CRI, а образы, собранные Docker, по-прежнему совместимы благодаря стандарту OCI.^[5]

Архитектура

Кластер состоит из управляющего слоя (control plane) и рабочих узлов (nodes):^[2]

Ключевая идея — цикл согласования (reconciliation loop): контроллеры постоянно сравнивают желаемое состояние, записанное в etcd, с фактическим и устраняют расхождения. Если узел выходит из строя, контроллер замечает нехватку копий и создаёт их на других узлах.

Основные объекты

Все ресурсы описываются как объекты API, обычно в YAML-манифестах:^[6]

• Pod — минимальная единица запуска: один или несколько контейнеров с общей сетью и томами.
• Deployment — поддерживает заданное число одинаковых подов и выполняет плавные обновления с возможностью отката.
• Service — стабильный адрес и балансировка для набора подов; Ingress и Gateway API — маршрутизация внешнего HTTP-трафика.
• ConfigMap и Secret — конфигурация и секреты отдельно от образа.
• PersistentVolume — постоянное хранилище для баз данных и файлов.
• Namespace — логическое разделение кластера между командами и окружениями.
• StatefulSet, DaemonSet, Job, CronJob — приложения с состоянием, агенты на каждом узле, разовые и периодические задачи.

Пример манифеста

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels: {app: web}
  template:
    metadata:
      labels: {app: web}
    spec:
      containers:
        - name: web
          image: ghcr.io/example/web:1.4.2
          ports: [{containerPort: 8000}]
          resources:
            requests: {cpu: 100m, memory: 128Mi}
            limits: {memory: 256Mi}
          readinessProbe:
            httpGet: {path: /health, port: 8000}
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web
spec:
  selector: {app: web}
  ports: [{port: 80, targetPort: 8000}]

kubectl apply -f web.yaml                 # создать или обновить объекты
kubectl get pods -l app=web               # поды приложения
kubectl rollout status deployment/web     # ход обновления
kubectl logs -f deployment/web            # логи
kubectl scale deployment/web --replicas=5

Работа с кластером ведётся утилитой kubectl; приложения из многих манифестов упаковывают в чарты Helm.

Расширяемость

Kubernetes расширяется через собственные типы ресурсов (CRD) и операторы — контроллеры, которые автоматизируют эксплуатацию сложных систем вроде PostgreSQL или Kafka. Сеть подключается через плагины CNI, хранилища — через CSI. Количество подов может меняться автоматически по нагрузке (HPA).

Когда Kubernetes не нужен

Kubernetes сложен в установке и сопровождении. Для одного сервера и нескольких сервисов обычно достаточно Docker Compose, а для простых веб-приложений — PaaS или бессерверных платформ. Кластер оправдан, когда много сервисов и команд, нужна отказоустойчивость, автоматическое масштабирование и единый способ развёртывания. Для небольших кластеров и периферийных устройств есть облегчённые дистрибутивы — k3s, k0s, MicroK8s, — а для локальной разработки — kind и minikube.

См. также

• Pod
• Deployment и ReplicaSet
• kubectl
• Helm
• Контейнеризация

Источники

1. Kubernetes Documentation — Overview
2. Kubernetes Documentation — Kubernetes Components
3. Kubernetes — Releases
4. Verma et al. — Large-scale cluster management at Google with Borg (EuroSys 2015)
5. Kubernetes Documentation — Migrating from dockershim
6. Kubernetes Documentation — Objects in Kubernetes
7. CNCF — Kubernetes project