Kubernetes là gì? Tìm hiểu về cách hoạt động của Kubernetes

Kubernetes là một nền tảng điều phối giúp quản lý hiệu quả các ứng dụng trong container. Vậy cụ thể hơn thì Kubernetes là gì? Vì sao chúng ta nên sử dụng Kubernetes? Cùng BKNS tìm hiểu dưới bài viết này nhé!

Kubernetes là gì?

Kubernetes là gì? Kubernetes (thường được viết tắt là k8s hoặc “kube”) là một nền tảng mã nguồn mở dùng để điều phối container. Với Kubernetes, ta có khả năng tự động hóa một loạt các quy trình liên quan đến việc triển khai, quản lý, và mở rộng các ứng dụng chứa. Tóm lại, Kubernetes cho phép ta tổ chức các nhóm máy chủ chạy container Linux một cách hiệu quả. Điều này giúp quản lý các nhóm này trở nên dễ dàng và hiệu quả.

Ngoài ra, Kubernetes cho phép mở rộng các máy chủ trong các môi trường cloud khác nhau, bao gồm các môi trường cloud public, private, và hybrid. Điều này biến Kubernetes thành một nền tảng lý tưởng cho việc host các ứng dụng “cloud-native” đòi hỏi khả năng mở rộng nhanh chóng, ví dụ như việc truyền dữ liệu theo thời gian thực thông qua Apache Kafka.

Kubernetes ban đầu được phát triển và thiết kế bởi các kỹ sư tại Google. Điều này có nghĩa rằng Google đóng góp lớn vào công nghệ container của Linux và đằng sau các dịch vụ đám mây của họ. Hiện tại, Google triển khai hơn 2 tỷ lần container mỗi tuần, tất cả được quản lý thông qua nền tảng Borg – một phiên bản tiền thân của Kubernetes.

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.

Tại sao nên sử dụng Kubernetes?

Với những ưu điểm đã được nêu trên, không khó để thấy tại sao Kubernetes lại được sử dụng rộng rãi. Kubernetes đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối và quản lý ứng dụng chứa container, đặc biệt là các ứng dụng được xây dựng theo hướng cloud-native hoặc sử dụng kiến trúc microservices.

Khi đội ngũ phát triển cần xây dựng và triển khai các ứng dụng và dịch vụ mới một cách nhanh chóng để đáp ứng nhu cầu kinh doanh, việc sử dụng Kubernetes và container trở nên hết sức quan trọng. Container giúp tăng tốc quá trình phát triển, chuyển đổi linh hoạt giữa các môi trường và tối ưu hóa ứng dụng hiện có.

Với số lượng lớn container trong các ứng dụng sản xuất, Kubernetes giúp quản lý và phân phối chúng trên nhiều máy chủ. Kubernetes cung cấp khả năng điều phối container, lên lịch cho chúng trên một cluster, cân bằng tải, và quản lý tình trạng của chúng theo thời gian. Hơn nữa, nó cũng cải thiện bảo mật của hệ thống.

Kubernetes cũng được tích hợp với nhiều dịch vụ khác như mạng, lưu trữ, bảo mật và ghi chú dữ liệu để cung cấp một giải pháp toàn diện cho việc quản lý các container.

Trong môi trường sản xuất phức tạp, việc sử dụng nhiều container làm việc cùng nhau để cung cấp các dịch vụ riêng biệt trở thành điều cần thiết. Kubernetes, với khả năng quản lý pods và các phần khác của hệ thống, giúp đáp ứng được nhu cầu này và đảm bảo tính ổn định và hiệu suất của ứng dụng.

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.

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:

Plesk onyx là gì? Tính năng của Plesk onyx là như thế nào?

Blockchain là gì? Chi tiết về công nghệ Blockchain