Thịnh Văn Hạnh Trong quá trình phát triển phần mềm hiện đại, doanh nghiệp thường phải triển khai nhiều ứng dụng trên nhiều môi trường khác nhau. Khi số lượng dịch vụ tăng lên, việc quản lý thủ công trở nên phức tạp, dễ lỗi và khó mở rộng. Đây là lý do Kubernetes ngày càng được quan tâm trong lĩnh vực hạ tầng, DevOps và điện toán đám mây.
Vậy Kubernetes là gì? hoạt động ra sao và khi nào doanh nghiệp nên sử dụng Kubernetes? Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ khái niệm, thành phần chính, lợi ích, hạn chế và cách phân biệt Kubernetes với Docker, Docker Swarm.
Tóm Tắt Bài Viết
Kubernetes là gì?
Kubernetes là gì? Kubernetes, thường được viết tắt là K8s, là một nền tảng mã nguồn mở dùng để tự động triển khai, quản lý, mở rộng và vận hành các ứng dụng chạy trong container.
Hiểu đơn giản, nếu container giúp đóng gói ứng dụng cùng thư viện và môi trường chạy, thì Kubernetes giúp quản lý các container đó ở quy mô lớn. Kubernetes có thể tự động phân phối container lên các máy chủ, theo dõi trạng thái hoạt động, khởi động lại container khi lỗi và mở rộng tài nguyên khi lưu lượng tăng.
Kubernetes ban đầu được phát triển bởi Google, sau đó được chuyển giao cho Cloud Native Computing Foundation. Hiện nay, Kubernetes đã trở thành một trong những nền tảng phổ biến nhất trong hệ sinh thái cloud native.
Với doanh nghiệp, Kubernetes không chỉ là công cụ kỹ thuật. Đây còn là nền tảng giúp ứng dụng vận hành ổn định, dễ mở rộng và phù hợp với mô hình phát triển phần mềm hiện đại.
Ứng dụng của Kubernetes
Kubernetes được ứng dụng như thế nào? Để trả lời câu hỏi này, trước tiên hãy xem xét các ưu điểm chính của việc sử dụng Kubernetes. Một trong những lợi ích quan trọng của Kubernetes là nó cung cấp một nền tảng cho việc lên lịch và chạy các container trên các cluster máy vật lý hoặc máy ảo (VM). Điều này đặc biệt hữu ích khi ta cần tối ưu hóa quá trình phát triển ứng dụng cho môi trường đám mây.
Nói rộng hơn, việc sử dụng Kubernetes cho phép triển khai ứng dụng dễ dàng hơn và dựa trên cơ sở hạ tầng dựa trên container trong môi trường sản xuất. Kubernetes cũng được sử dụng chủ yếu để tự động hóa các tác vụ, cho phép thực hiện nhiều công việc tương tự một cách hiệu quả mà các nền tảng ứng dụng hoặc hệ thống quản lý khác không thể thực hiện được.
Ngoài ra, các nhà phát triển cũng có thể sử dụng Kubernetes để xây dựng các ứng dụng “cloud-native” làm nền tảng runtime, sử dụng các mẫu Kubernetes. Các mẫu này là những công cụ cần thiết cho các nhà phát triển Kubernetes để xây dựng các ứng dụng hoặc dịch vụ dựa trên container.
Ta có thể sử dụng Kubernetes
- • Sắp xếp các container trên nhiều host.
- • Sử dụng phần cứng hiệu quả hơn. Nhằm tối đa hóa tài nguyên cần thiết để chạy các ứng dụng doanh nghiệp.
- • Kiểm soát và tự động hóa việc triển khai, cập nhật ứng dụng.
- • Mount và thêm bộ nhớ để chạy ứng dụng có trạng thái.
- • Mở rộng quy mô và các ứng dụng trong container, cũng như tài nguyên của chúng.
- • Quản lý các dịch vụ một cách cụ thể, rõ ràng. Từ đó đảm bảo các ứng dụng đã deploy luôn chạy đúng theo kế hoạch.
- • Kiểm tra tình trạng và tự phục hồi ứng dụng với tính năng tự thay thế, tự restart, tự nhân bản và tự động mở rộng.
Tuy nhiên, Kubernetes dựa trên nhiều project khác để có thể cung cấp đầy đủ các dịch vụ trên. Cụ thể, ta có thể thêm một số project mã nguồn mở sau để tận dụng tối đa sức mạnh của Kubernetes:
- • Registry thông qua các dự án như Docker Registry.
- • Kết nối mạng, qua OpenvSwitch và định tuyến biên thông minh.
- • Telemetry thông qua Kibana, Hawkular hay Elastic.
- • Bảo mật, với LDAP, SELinux, RBAC, OAUTH với multitenancy layers.
- • Tự động hóa bằng cách bổng sung Ansible playbook để cài đặt và quản lý vòng đời của các cluster.
- • Dịch vụ, thông qua một catalog chứa nhiều mẫu app phổ biến.
Cách hoạt động của Kubernetes
Trong phần này, ta sẽ tìm hiểu cách hoạt động của Kubernetes là gì. Trước tiên, cần biết rằng mỗi triển khai một Kubernetes đang hoạt động được gọi là một cluster. Ta có thể hình dung Kubernetes cluster gồm hai phần: một control plane và một máy tính toán (compute machine) – node.
- • Mỗi node là một môi trường Linux của chính nó, đó có thể là một máy vật lý hay máy ảo. Mỗi node sẽ chạy các pod được tạo từ những container.
- • Control plane có nhiệm vụ duy trì trạng thái mong muốn của cluster. Chẳng hạn như ứng dụng đang chạy hay container image đang được sử dụng. Còn compute machine sẽ chạy các ứng dụng và workload.
- • Kubernetes control plane nhận các lệnh từ admin (hay DevOps team) và chuyển tiếp các lệnh đó đến compute machine. Việc này sẽ hoạt động với vô số dịch vụ để tự động quyết định node phù hợp nhất cho task. Tiếp đến, nó sẽ phân bổ tài nguyên và chỉ định các pod trong node để hoàn thành công việc được yêu cầu.
Trạng thái ước lượng của một cluster sẽ xác định các ứng dụng hoặc khối công việc nên chạy, bao gồm quyết định về các hình ảnh cần sử dụng, phân phối tài nguyên và các thiết lập cấu hình chi tiết khác.
Về mặt cơ sở hạ tầng, cách ta quản lý container hiện vẫn giữ nguyên. Quyền kiểm soát container diễn ra ở một cấp độ cao hơn, cung cấp khả năng kiểm soát toàn diện mà không yêu cầu quản lý từng container hoặc node cụ thể.
Công việc của chúng ta là liên quan đến việc cấu hình Kubernetes, định rõ các node, pod và container bên trong chúng. Trong khi đó, Kubernetes sẽ xử lý công việc sắp xếp các container này.
Một trong những ưu điểm lớn của Kubernetes là khả năng triển khai trên nhiều nền tảng khác nhau, bao gồm cả bare metal server, máy ảo, các nhà cung cấp dịch vụ đám mây công cộng, private cloud, và môi trường hybrid cloud.
Những khái niệm cơ bản trong Kubernetes
Trước khi bắt đầu việc sử dụng Kubernetes hay tìm hiểu sâu hơn về kiến trúc đằng sau cách thức hoạt động của các tool Kubernetes là gì, hãy cùng xem qua 7 thuật ngữ phổ biến nhất của Kubernetes. Hiểu rõ được những thuật ngữ này, ta có thể dễ dàng dùng Kubernetes một cách hiệu quả nhất.
Dưới
Một pod bao gồm một hoặc nhiều container khác nhau và là đơn vị cơ bản nhất tồn tại bên trong Kubernetes. Về mặt kỹ thuật, container không phải là một phần của Kubernetes. Ngay cả một container đơn lẻ cũng có thể được gọi là một pod.
Tất cả các container trong một pod chia sẻ tài nguyên và mạng chung. Họ có khả năng giao tiếp với nhau, ngay cả khi chúng chạy trên các node khác nhau.
Nút
Node, ở khía cạnh kỹ thuật, là một thành phần của cơ sở hạ tầng vật lý hoặc máy ảo. Node có thể là một máy ảo do nhà cung cấp dịch vụ đám mây quản lý hoặc một máy vật lý trong trung tâm dữ liệu. Một cách đơn giản hơn, node có thể hiểu là các tài nguyên CPU/RAM được sử dụng bởi Kubernetes cluster thay vì chỉ là các máy độc lập. Điều này đặc biệt quan trọng vì các pod không bị ràng buộc với bất kỳ node cụ thể nào và có thể tự do di chuyển trên các tài nguyên khả dụng để đáp ứng trạng thái mong muốn của ứng dụng.
Có hai loại node khác nhau là worker và master.
Cụm
Các cluster chạy các ứng dụng được đặt trong các container và được quản lý bởi Kubernetes. Một cluster là một sự kết hợp của các node được liên kết lại với nhau. Bằng cách tổng hợp tài nguyên của các node này, cluster trở nên mạnh mẽ hơn đáng kể so với việc sử dụng các máy đơn lẻ. Kubernetes có khả năng di chuyển các pod trong cluster khi các node được thêm vào hoặc xóa đi.
Một cluster có thể chứa nhiều node worker, và phải có ít nhất một node master.
Dịch vụ
Services là một đối tượng API mô tả cách truy cập vào một tập hợp các pod, điều này quan trọng cho việc quản lý lưu lượng mạng. Services có thể được truy cập từ mọi node trong cluster.
Triển khai
Deployment là một đối tượng API, về cơ bản thì chúng quản lý việc nhân bản pod.
Một deployment định nghĩa trạng thái mong muốn của cluster, ví dụ, số lượng bản sao của một pod nên chạy. Khi một deployment được thêm vào cluster, Kubernetes tự động tạo và theo dõi số lượng pod theo đúng định dạng được định nghĩa trong ‘deployment’. Nếu một pod bị lỗi, Kubernetes sẽ thay thế nó sao cho số lượng pod phù hợp vẫn được duy trì.
Kubeadm
Kubeadm là một công cụ cài đặt khởi động nhanh dành cho Kubernetes.
Nó giúp tạo một cluster khả thi tối thiểu, với một master node duy nhất. Kubeadm rất nhanh và dễ sử dụng. Thêm vào đó, nó đảm bảo các cluster tuân theo những phương pháp tốt nhất. Do đó, Kubeadm là một công cụ tuyệt vời với những người mới sử dụng Kubernetes. Ngoài ra, ta cũng có thể dùng Kubeadm trong việc kiểm thử các ứng dụng.
minikube
Minikube là một phiên bản nhẹ hơn của Kubernetes. Đồng thời nó cũng dễ sử dụng nội bộ hơn. Nó sẽ tạo một máy ảo (VM) trên máy cục bộ, tại đó ta có thể chạy một single-node cluster. Việc này cũng rất hữu ích cho việc thử nghiệm.
Lợi ích khi sử dụng Kubernetes
Kubernetes là một nền tảng mã nguồn mở giúp tự động triển khai, quản lý và mở rộng các ứng dụng chạy trong container. Trong bối cảnh doanh nghiệp ngày càng sử dụng microservices, DevOps và cloud-native, Kubernetes giúp đội kỹ thuật vận hành nhiều container trên nhiều máy chủ một cách ổn định hơn. Thay vì quản lý thủ công từng container, Kubernetes duy trì trạng thái mong muốn của hệ thống và tự điều chỉnh khi có lỗi hoặc lưu lượng tăng.
- Kubernetes giúp điều phối container ở quy mô lớn: Khi một ứng dụng có nhiều service như đăng nhập, thanh toán, tìm kiếm hoặc gửi thông báo, việc quản lý từng container riêng lẻ sẽ rất phức tạp. Kubernetes giúp phân phối các container này lên nhiều node trong cluster và đảm bảo chúng luôn chạy đúng cấu hình.
- Kubernetes hỗ trợ tự phục hồi khi hệ thống gặp lỗi: Nếu một Pod bị lỗi hoặc một node ngừng hoạt động, Kubernetes có thể tự động tạo Pod mới hoặc chuyển workload sang node khác. Cơ chế này giúp ứng dụng duy trì độ ổn định tốt hơn trong môi trường production.
- Kubernetes giúp mở rộng ứng dụng linh hoạt: Khi lượng truy cập tăng, Kubernetes có thể tăng số lượng Pod để xử lý tải. Khi lưu lượng giảm, hệ thống có thể thu hẹp tài nguyên để tránh lãng phí CPU, RAM và chi phí cloud.
- Kubernetes phù hợp với DevOps và cloud-native: Nền tảng này hỗ trợ triển khai tự động, rolling update, rollback và quản lý cấu hình bằng YAML. Vì vậy, Kubernetes thường được dùng trong các hệ thống cần phát hành phần mềm nhanh, ổn định và có khả năng mở rộng.
- Kubernetes không phải lúc nào cũng cần thiết: Với website nhỏ, ứng dụng đơn giản hoặc team chưa có kinh nghiệm DevOps, Kubernetes có thể làm tăng độ phức tạp. Trong trường hợp đó, Docker Compose, VPS hoặc PaaS có thể là lựa chọn phù hợp hơn.
So sánh giữa Kubernetes và Docker Swarm
Người dùng thường hay so sánh Kubernetes với Docker, tuy nhiên, việc này không hoàn toàn chính xác. Đúng hơn, chúng ta nên so sánh Kubernetes với Docker Swarm, vì đây là hai giải pháp quản lý container tương đương. Trong đó, Docker Swarm là giải pháp quản lý container được phát triển bởi Docker, Inc. Vậy cuộc đối chiếu giữa Docker Swarm và Kubernetes dựa trên những điểm gì?
Docker Swarm được tích hợp chặt chẽ với hệ thống Docker và đi kèm với API riêng của nó. Sự tích hợp này là một trong những ưu điểm của Swarm so với Kubernetes. Điều này có nghĩa là việc chuyển từ Docker sang Docker Swarm diễn ra một cách dễ dàng. Trong khi đó, Kubernetes có giao diện người dùng đồ họa riêng biệt, được ưa chuộng bởi những người dùng thích làm việc với giao diện đồ họa hơn là dòng lệnh.
Nói về các công cụ, Kubernetes có ưu thế với bộ công cụ phong phú hơn và có khả năng mở rộng và tùy chỉnh nhiều hơn so với Docker Swarm, đặc biệt trong việc giám sát và tự động mở rộng hệ thống.
Tổng cộng, Docker Swarm thường được xem như một giải pháp đơn giản hơn, dễ bắt đầu và phù hợp chủ yếu cho quá trình phát triển ứng dụng. Trong khi đó, Kubernetes không liên quan mật thiết với Docker, hỗ trợ các quy trình làm việc phức tạp hơn. Ngoài ra, Kubernetes cũng phổ biến hơn trong các môi trường sản xuất.
Người dùng thường hay so sánh Kubernetes với Docker, tuy nhiên việc này không hẳn là chính xác. Nói đúng hơn, ta nên so sánh Kubernetes với Docker Swarm – vì đây là hai công nghệ container tương đương nhau. Trong đó, Docker Swarm là giải pháp điều phối container của Docker, Inc. Vậy sự khác nhau giữa Docker Swarm và Kubernetes là gì?
Swarm được tích hợp chặt chẽ với hệ sinh thái Docker và có API của riêng nó. Sự tích hợp này chính là một trong những lợi thế của Swarm so với Kubernetes. Sở dĩ vì việc chuyển đổi từ Docker sang Swarm là rất đơn giản. Còn Kubernetes thì sở hữu GUI của riêng nó, được lựa chọn bởi những người dùng thích sử dụng graphical interface hơn là command line.
Nói về công cụ, Kubernetes chiếm ưu thế vì có bộ công cụ phong phú hơn. Ngoài ra còn có thể được mở rộng và tùy chỉnh nhiều hơn so với Swarm, đặc biệt khi nói đến việc giám sát hệ thống và auto-scaling.
Nhìn chung, Swarm được xem là một giải pháp đơn giản hơn, dễ bắt đầu hơn và chủ yếu phù hợp cho việc phát triển. Còn Kubernetes thì không bị ràng buộc với Docker, hỗ trợ các quy trình làm việc phức tạp hơn. Bên cạnh đó, Kubernetes cũng phổ biến hơn so với Swarm trong các môi trường sản xuất.
Khi nào không nên dùng Kubernetes?
Không nên dùng Kubernetes khi hệ thống chưa đủ lớn để cần đến điều phối container ở quy mô cao. Với website nhỏ, blog cá nhân, landing page hoặc ứng dụng nội bộ ít người dùng, Kubernetes có thể tạo thêm nhiều lớp phức tạp không cần thiết. Thay vì giúp vận hành đơn giản hơn, Kubernetes có thể làm tăng chi phí hạ tầng, thời gian cấu hình và áp lực cho đội ngũ kỹ thuật.
- Khi website nhỏ và lưu lượng truy cập thấp: Nếu website chỉ có vài trang nội dung, ít traffic và không cần mở rộng tự động, Kubernetes thường là lựa chọn quá nặng. Trong trường hợp này, VPS, shared hosting hoặc Docker Compose có thể đáp ứng tốt hơn với chi phí thấp hơn.
- Khi ứng dụng monolith vẫn chạy ổn định: Một ứng dụng monolith đơn giản có thể vận hành hiệu quả trên một máy chủ hoặc một máy ảo. Nếu hệ thống chưa có nhiều service độc lập, việc đưa Kubernetes vào có thể làm tăng số lượng cấu hình, tài nguyên cần quản lý và rủi ro vận hành.
- Khi đội ngũ chưa có kinh nghiệm DevOps: Kubernetes yêu cầu kiến thức về container, Linux, networking, storage, YAML, monitoring và security. Nếu team chưa có năng lực DevOps đủ vững, việc triển khai Kubernetes có thể khiến quá trình xử lý lỗi trở nên khó khăn hơn. Managed hosting hoặc PaaS sẽ phù hợp hơn ở giai đoạn đầu.
- Khi không có nhu cầu autoscaling: Nếu ứng dụng có lượng truy cập ổn định và không cần tự động tăng giảm tài nguyên, Kubernetes có thể không mang lại nhiều giá trị. Một máy chủ truyền thống, VM hoặc container đơn lẻ có thể đơn giản và dễ kiểm soát hơn.
- Khi ngân sách hạ tầng còn hạn chế: Kubernetes không chỉ tốn chi phí máy chủ. Doanh nghiệp còn cần chi phí cho monitoring, logging, backup, bảo mật, nhân sự vận hành và tối ưu tài nguyên. Nếu ngân sách còn hạn chế, nên triển khai kiến trúc đơn giản trước rồi mở rộng sau.
- Khi chưa có monitoring và backup cơ bản: Kubernetes không thay thế cho quy trình vận hành nền tảng. Nếu hệ thống chưa có giám sát, cảnh báo, backup và kế hoạch khôi phục sự cố, việc dùng Kubernetes có thể che giấu rủi ro thay vì giải quyết chúng. Nên hoàn thiện các lớp vận hành cơ bản trước khi triển khai cluster.
Lời kết
Trong bài viết này, chúng ta đã khám phá Kubernetes – một nền tảng quản lý container mạnh mẽ. Kubernetes không chỉ giúp tự động hóa việc triển khai và quản lý các ứng dụng chứa một cách hiệu quả mà còn cho phép mở rộng dễ dàng trên nhiều môi trường cloud. Được phát triển và thiết kế bởi Google, Kubernetes là một phần quan trọng của công nghệ container và đóng góp lớn vào việc xây dựng các ứng dụng “cloud-native” đạt hiệu suất tốt.
Nhờ vào sự linh hoạt và khả năng tự động hóa, Kubernetes đã trở thành một công cụ quan trọng cho các nhà phát triển và quản trị hệ thống trong việc triển khai và quản lý các ứng dụng dựa trên container. Với sự bùng nổ của các ứng dụng cloud-native và mô hình phân tán, hiểu về Kubernetes trở thành một lợi thế quan trọng trong ngành công nghệ thông tin.
Hy vọng bài viết trên sẽ giúp bạn biết nhiều hơn về Kubernetes là gì? Nếu có thắc mắc hay đóng góp ý kiến, mời bạn để lại bình luận phía dưới bài viết này. BKNS xin chân thành cảm ơn bạn!
Xem thêm:
