Kubernetes стал стандартом в мире оркестрации контейнеров. Этот мощный инструмент помогает управлять микросервисной архитектурой, автоматизировать развертывание, масштабирование и обновление приложений в облаке и on-premise. Благодаря Kubernetes, команды разработки и DevOps могут сосредоточиться на логике своих сервисов, а не на инфраструктурной рутине.
В статье разберемся, как работает Kubernetes и зачем он нужен бизнесу и разработчикам.
Что такое контейнеризация
Контейнеризация — это технология изоляции приложений и их зависимостей в легкие, переносимые и автономные контейнеры. Технология позволяет упаковать ПО со всем необходимым для его запуска — библиотеками, системными инструментами, настройками — в единый контейнерный образ. Контейнеры обеспечивают единообразие среды выполнения, что особенно важно при переходе между этапами разработки, тестирования и эксплуатации. В отличие от традиционного подхода, контейнеры отнимают меньше ресурсов и лучше масштабируются, за счет чего подходят для микросервисной архитектуры и CI/CD-процессов.
Способы развертывания приложений
Традиционный способ. Приложение разворачивается напрямую на хост-системе. Все зависимости устанавливаются вручную, что делает такую систему уязвимой к конфликтам и затрудняет масштабирование.
Виртуальная машина. Каждое приложение запускается внутри отдельной ВМ с собственной ОС. Такой подход обеспечивает высокий уровень изоляции, но требует значительных ресурсов и замедляет запуск приложений.
Контейнер. Изолированная среда, которая использует общее ядро хост-системы и обеспечивает выполнение приложений вместе со всеми их зависимостями. Контейнеры создают отдельное пространство процессов и файловой системы, позволяя запускать приложения независимо друг от друга на одной машине.
Преимущества контейнеризации:
- быстрый запуск и масштабирование,
- портативность между различными средами (локальная машина, сервер, облако),
- улучшенная изоляция приложений,
- упрощение CI/CD-процессов,
- рациональное использование ресурсов хоста,
- легкость в обновлении, откате и сопровождении.
Основы Kubernetes
Kubernetes — это открытая система оркестрации контейнеров, созданная для автоматизации развертывания, масштабирования и управления контейнеризованными приложениями. Kubernetes (или K8s, где «8» символизирует восемь букв между «K» и «s») позволяет управлять кластерами серверов, на которых работают контейнеры, обеспечивая устойчивость, балансировку нагрузки, автоматическое восстановление и обновление сервисов.
Kubernetes использует декларативный подход: пользователь определяет желаемое состояние кластера через YAML-манифесты, а контроллеры автоматически поддерживают это состояние, перезапуская неисправные контейнеры или масштабируя нагрузку. K8s является ключевым компонентом современных DevOps- и cloud-native-подходов.
История Kubernetes
Проект был инициирован инженерами Google, опираясь на более чем десятилетний опыт эксплуатации внутренней системы управления контейнерами — Borg. В 2014 году Kubernetes был представлен как проект с открытым исходным кодом, а впоследствии передан под управление Cloud Native Computing Foundation (CNCF). Благодаря поддержке со стороны таких компаний, как Google, Red Hat, Microsoft и IBM, K8s быстро стал стандартом в мире контейнерной оркестрации.
Что такое Managed Kubernetes
Managed Kubernetes — это управляемый сервис, который позволяет разворачивать и управлять K8s-кластерами без необходимости ручной настройки инфраструктуры. В такой модели поставщик облачных услуг берет на себя задачи по развертыванию, обновлению, мониторингу и резервному копированию компонентов кластера. Пользователю остается сосредоточиться на приложениях и рабочих нагрузках, а не на внутренних деталях самого Kubernetes.
Servercore предлагает услугу Managed Kubernetes. Сервис стоит использовать по нескольким причинам:
- Снижение сложности — нет необходимости вручную настраивать Control Plane, следить за обновлениями или управлять высокой доступностью.
- Экономия времени — автоматизированное масштабирование, обновления и восстановление.
- Надежность — провайдеры обеспечивают высокий SLA, резервное копирование и защиту от сбоев.
- Интеграции с облачными платформами — хранилища, балансировщики, IAM и мониторинг готовы к использованию.
- Безопасность — включены лучшие практики по аутентификации, шифрованию и разграничению доступа.
- Гибкая оплата — вы платите только за используемые ресурсы и не тратите деньги на обслуживание Control Plane.
Managed Kubernetes от Servercore
Развёртывание и масштабирование кластеров без ручной настройки
Узнать большеОсновные объекты кластера K8s
Контейнеры в K8s организуются и управляются с помощью определенного набора объектов. Их понимание — основа для грамотного построения и сопровождения инфраструктуры.
Nodes (ноды, узлы)
Рабочая машина в кластере Kubernetes, которая может быть физической или виртуальной. На каждом узле запущены необходимые компоненты (kubelet, контейнерный runtime и kube-proxy), позволяющие размещать и управлять контейнерами. У каждого нода есть ресурсы (CPU, память), которые Kubernetes использует для планирования подов.
Pods (поды)
Минимальная единица развертывания в Kubernetes. Каждый под может содержать один или несколько контейнеров, которые работают на одном ноде и разделяют между собой сеть и хранилище. Контейнеры внутри пода запускаются совместно и взаимодействуют как единый логический блок. Если приложение требует вспомогательных процессов (например, логгер или прокси), их можно поместить в один под.
K8s не только автоматизирует развертывание и управление контейнеризованными приложениями, но и решает задачу bin packing, оптимально распределяя поды по нодам в кластере. Для обеспечения отказоустойчивости и масштабируемости используется механизм replication, позволяющий поддерживать нужное количество экземпляров приложения в любой момент времени.
Контроллеры
Отслеживают состояние объектов кластера и стремятся поддерживать его в соответствии с желаемым описанием. Контроллеры автоматизируют процессы масштабирования, восстановления и обновления.
Виды контроллеров:
- Deployment — управляет stateless-приложениями, позволяет обновлять и масштабировать поды.
- StatefulSet — подходит для stateful-приложений, обеспечивает устойчивые имена и тома.
- DaemonSet — размещает Pod на каждом узле, часто используется для логирования или мониторинга.
- Job / CronJob — управляют одноразовыми или периодическими задачами.
Сервисы
Абстракция, которая обеспечивает стабильный сетевой доступ к набору подов. Даже если поды перезапускаются или масштабируются, сервис сохраняет их доступность под постоянным адресом (IP или DNS-именем). Существуют типы: ClusterIP, NodePort, LoadBalancer и ExternalName.
Persistent Volumes (постоянные тома)
Persistent Volume (PV) предоставляет контейнерам устойчивое хранилище, независимое от жизненного цикла подов. Вместе с Persistent Volume Claim (PVC) позволяет разделить ответственность: администратор выделяет ресурсы, а пользователь запрашивает их.
Namespaces (пространства имен)
Способ логической изоляции объектов внутри одного кластера. Полезно для разделения сред (продакшн, staging, dev), проектов или команд. Kubernetes изначально включает несколько пространств (например, default, kube-system).
Labels
Пара ключ-значение, используемая для маркировки объектов Kubernetes, позволяет группировать и фильтровать ресурсы. Например, можно применить правило: «все поды с меткой app=frontend участвуют в сервисе LoadBalancer».
Kubectl
Командная утилита для взаимодействия с кластером K8s. Она позволяет создавать, изменять, просматривать и удалять ресурсы. Это основной инструмент DevOps-инженеров при работе с Kubernetes: kubectl apply, kubectl get pods, kubectl logs — лишь малая часть доступных команд.
Главные компоненты Kubernetes
Архитектура Kubernetes разделена на два слоя: плоскость управления (Control Plane) и рабочие узлы (ноды). Каждый из них содержит набор компонентов, которые обеспечивают функционирование кластера, управление приложениями и автоматизацию процессов.
Kubernetes API Server
Центральная точка взаимодействия со всеми компонентами системы, которая принимает REST-запросы (в том числе от kubectl), проверяет их корректность, аутентификацию, авторизацию и передает в etcd для хранения или другим компонентам для обработки. API Server работает как фронтенд всего кластера K8s и обеспечивает согласованность его состояния.
Компоненты узла
Каждый нод содержит сервисы, которые позволяют запускать контейнеры и управлять ими.
kubelet — агент, запущенный на каждом узле. Он отвечает за поддержание состояния подов в соответствии с описаниями, полученными от API Server. Если под перестает работать, kubelet может инициировать его перезапуск. Также агент следит за состоянием контейнеров и сообщает о них в Control Plane.
kube-proxy — сетевой компонент, обеспечивающий маршрутизацию трафика к подам внутри и вне кластера. Он управляет правилами iptables или использует IPVS для обработки сервисов и балансировки нагрузки между подами.
Среда выполнения контейнера (Container Runtime) — ПО, которое запускает контейнеры. Kubernetes поддерживает различные среды выполнения, включая containerd, CRI-O и другие. Container Runtime работает совместно с kubelet, обеспечивая запуск и удаление контейнеров.
Компоненты плоскости управления
Эти компоненты координируют работу кластера, отслеживают состояние, принимают решения и управляют автоматизацией.
kube-apiserver — API-интерфейс всего кластера; обрабатывает внешние и внутренние запросы, обращается к etcd, валидирует манифесты и инициирует действия других компонентов.
kube-scheduler отвечает за размещение подов на доступных узлах. Он анализирует ресурсы, политику, приоритеты и ограничения (например, affinity/anti-affinity, taints/tolerations) и выбирает наиболее подходящий узел для запуска пода.
etcd — распределенное key-value хранилище, запускаемое в кластере из 3 или 5 нод. Kubernetes использует etcd для хранения всего состояния кластера: манифестов подов, данных о конфигурации и статусах. Хранилище обеспечивает надежность и отказоустойчивость, сохраняет состояние кластера.
kube-controller-manager запускает контроллеры, которые отслеживают состояние ресурсов и стремятся привести его в соответствие с желаемым. Контроллеры управляют ReplicaSet, Node, Namespace, Endpoint и другими объектами.
cloud-controller-manager — компонент, взаимодействующий с API облачного провайдера. Он отвечает за создание внешних ресурсов, таких как балансировщики нагрузки, тома хранения и IP-адреса. Благодаря этому K8s может интегрироваться с облачной инфраструктурой и управлять ей программно.
Пример настройки кластера Kubernetes
Развертывание собственного кластера Kubernetes — важный шаг для понимания внутренней архитектуры платформы и ее возможностей. В этом разделе мы рассмотрим базовый пример установки вручную на нескольких нодах.
Подготовка нод
Для начала потребуется как минимум две машины (виртуальные или физические): одна — для управляющего узла (master), вторая — для рабочей ноды (worker). Обе машины должны быть под управлением Linux (часто используют Ubuntu или CentOS), иметь стабильное интернет-соединение и быть доступны по SSH.
Рекомендуемые системные требования:
- 2+ CPU;
- 2+ ГБ RAM;
- 20+ ГБ дискового пространства;
- подключение к интернету;
- отключенный swap (swapoff -a и комментирование в /etc/fstab).
Требования для запуска
Перед установкой Kubernetes убедитесь, что:
- установлены Docker или другая совместимая среда выполнения контейнеров;
- все ноды синхронизируют время (желательно через ntpd или chrony);
- между нодами настроена сетевая видимость (без блокировки нужных портов);
- включена маршрутизация iptables и форвардинг пакетов (net.bridge.bridge-nf-call-iptables = 1).
Установка ПО на ноды
На всех нодах нужно установить:
- kubeadm — утилиту для инициализации и настройки кластера;
- kubelet — агент, запускаемый на каждой ноде;
- kubectl — CLI-инструмент для управления кластером.
Установка выполняется через пакетные менеджеры:
sudo apt update && sudo apt install -y apt-transport-https curl curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add -
Добавьте репозиторий и установите компоненты:
sudo apt-add-repository "deb http://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main" sudo apt update sudo apt install -y kubelet kubeadm kubectl sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl
Добавление SSH-ключей
Для удобной настройки и автоматизации можно настроить SSH-доступ между управляющим и рабочими узлами по ключу:
ssh-keygen -t rsa ssh-copy-id user@worker-node-ip
Установка Kubernetes
На управляющей ноде:
sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16
После инициализации вы увидите команду для присоединения нод. Скопируйте и сохраните ее — она потребуется на рабочих узлах.
Проверьте, чтобы все системные поды работали корректно:
kubectl get pods -n kube-system
Настройте kubectl:
mkdir -p $HOME/.kube sudo cp /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config
На рабочих нодах выполните команду, которую вывел kubeadm init, чтобы присоединиться к кластеру.
Настройка сети
Установите сетевой плагин, например Flannel:
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml
Без установленного плагина поды не смогут взаимодействовать друг с другом.
Установка
Проверьте статус кластера:
kubectl get nodes
Вы должны увидеть список всех подключенных нод и их статус — Ready.
Запуск тестового сервиса
Запуск вручную
kubectl run nginx-test --image=nginx --port=80 kubectl expose pod nginx-test --type=NodePort --port=80
Проверьте доступность через внешний IP рабочей ноды и выделенный порт.
Запуск с помощью конфигурационного файла
Создайте манифест nginx-deploy.yaml:
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-deploy
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx
ports:
- containerPort: 80
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: nginx-service
spec:
type: NodePort
selector:
app: nginx
ports:
- protocol: TCP
port: 80
targetPort: 80
Разверните:
kubectl apply -f nginx-deploy.yaml
Проверьте работу:
kubectl get svc
Откройте в браузере IP-адрес рабочей ноды с указанным NodePort.
Размещение объектов в Kubernetes
После настройки кластера следующим этапом становится размещение объектов — развертывание приложений и компонентов внутри кластера Kubernetes. Этот процесс начинается с описания того, какие именно ресурсы нужны приложению: сколько экземпляров должно работать, какие порты использовать, как обрабатывать трафик и где хранить данные.
Каждый объект (например, Pod, Deployment, Service) описывается в виде конфигурации — обычно это YAML-файл, где указаны характеристики ресурса. Однако сами манифесты писать необязательно — для начала важно понимать, что именно можно разместить и какие параметры влияют на поведение объектов.
Можно запустить приложение напрямую, без длительного конфигурирования. Это удобно, если нужно быстро проверить, как работает сервис в кластере, или развернуть временное окружение. Такой запуск осуществляется через командную строку и требует минимум настроек — только образ контейнера и базовые параметры запуска.
Если приложение должно работать стабильно и масштабироваться, его размещение выполняется через манифесты — заранее подготовленные конфигурации объектов. В них указывают:
- тип ресурса (например, ReplicaSet или Deployment);
- количество реплик (экземпляров приложения);
- используемый контейнерный образ;
- настройки сети и хранилищ;
- политики перезапуска и обновления, например, Rolling update или Recreate.
Размещение объектов по конфигурациям обеспечивает повторяемость, масштабируемость и простоту поддержки. Изменения можно вносить централизованно, а Kubernetes сам выполнит нужные действия — пересоздаст, перезапустит или обновит компоненты без простоя.
Решения Servercore
Managed Kubernetes — это сервис для быстрого и удобного развертывания кластеров K8s с готовыми конфигурациями под любые задачи. Вы можете создавать кластеры с нужным количеством CPU или GPU, выбирать их географическое расположение и тип нод. Такой подход подходит как для тестирования, так и для продакшн-сред ML-приложений. Управление инфраструктурой происходит через удобный интерфейс или API, а также с помощью Terraform.
Платформа обеспечивает автоматическое обновление до последних стабильных версий Kubernetes, избавляя от необходимости вручную отслеживать релизы и переносить конфигурации. Для повышения отказоустойчивости мастер-ноды Control Plane размещаются на разных хостах в рамках региона, что устраняет единую точку отказа и повышает надежность. Доступность и стабильная работа сервисов гарантированы уровнем SLA 99,98% с возможностью компенсации в случае инцидентов.
В стоимость входят автоматическое восстановление нод, защита от DDoS-атак, круглосуточная техподдержка, неограниченный трафик между сервисами Servercore и доступ к Kubernetes API. Это делает Managed Kubernetes оптимальным решением как для старта, так и для масштабирования проектов с высокой нагрузкой и требованием к бесперебойной работе.
