Kubernetes (K8s) là gì? Các thuật ngữ cơ bản và chức năng của K8s

Kubernetes là gì?

Kubernetes (K8s) là một hệ thống tự động hóa việc triển khai, mở rộng quy mô và quản lý các ứng dụng container hóa. Kubernetes giúp lập trình viên, nhà phát triển phần mềm dễ dàng quản lý và điều phối các ứng dụng trên nhiều máy chủ, đảm bảo chúng luôn hoạt động ổn định và hiệu quả.

Kubernetes được phát triển bởi các kỹ sư Google. Và Google cũng là một trong những cái tên tiên phong đóng góp cho công cuộc phát triển công nghệ Linux container. 

Một số thuật ngữ liên quan đến Kubernetes

1. Container

Kubernetes hoạt động dựa trên container, là một đơn vị đóng gói phần mềm bao gồm tất cả những gì cần thiết để chạy một ứng dụng: mã, thư viện hệ thống, công cụ, cài đặt và dữ liệu. Việc sử dụng container giúp tăng tốc độ triển khai, tiết kiệm tài nguyên và cải thiện khả năng di chuyển của ứng dụng.

2. Cluster Kubernetes

Một Cluster Kubernetes là một tập hợp các máy ảo hoặc máy vật lý được sử dụng để chạy ứng dụng. Các máy này được gọi là Node, bao gồm Node Master và Node Worker. Trong đó Node Master điều khiển Cluster và quản lý Node Worker. Còn Node Worker chạy ứng dụng trong các container.

3. Master Node

Master Node là server điều khiển các máy Worker chạy ứng dụng. Master Node trong K8s được chia thành 4 phần chính gồm:

- Kubernetes API Server có nhiệm vụ giúp các thành phần khác liên lạc, giao tiếp với nhau.

- Scheduler là thành phần đóng vai trò xây dựng lịch trình triển khai cho các ứng dụng.

- Controller Manager có nhiệm vụ quản lý, kiểm tra các Worker còn khả dụng nữa hay không, đồng thời thực hiện chức năng nhân bản ứng dụng.

- Etcd là cơ sở dữ liệu của Kubernetes, tất cả thông tin của K8s đều sẽ được lưu trữ cố định trong Etcd.

4. Worker Node

Worker Node là server chạy ứng dụng trên đó, gồm các thành phần quan trọng như sau:

- Container Runtime là công cụ giúp các ứng dụng trong Kubernetes chạy dưới dạng container. Docker là một trong những Container Runtime phổ biến nhất.

- Kubelet có nhiệm vụ quản lý các Container và giao tiếp với Kubernetes API Server.

- Kubernetes Service Proxy chịu trách nhiệm phân tải giữa các ứng dụng.

5. Pod

Khi một ứng dụng được đóng gói thì ứng dụng đó sẽ có thể chạy trên một container độc lập, Kubernetes sử dụng khái niệm pod để nhóm các container lại với nhau. Một pod là một nhóm các container, các container này sẽ dùng chung tài nguyên và network, các container trong một pod có thể duy trì giao tiếp với nhau như trên một máy chủ nhưng vẫn giữ được sự độc lập cần thiết.

Với Kubernetes, các pods thường là nhóm các containers có cùng mục đích sử dụng, ví dụ như một pod tập hợp 4 container chạy nginx + backend, và một pod tập hợp 2 container chạy frontend + nginx... Vì vậy bài toán scale ứng dụng sẽ trở nên rất đơn giản vì chỉ cần scale các pods.

6. Deployment

Deployment là một đối tượng Kubernetes cho phép người dùng triển khai và quản lý các bản cập nhật cho ứng dụng của mình. Deployment cho phép xác định số lượng Pod mong muốn cho ứng dụng của mình. Nền tảng sẽ tự động tạo và xóa các Pod để đảm bảo rằng số lượng Pod mong muốn được duy trì.

7. Service

Service là một đối tượng Kubernetes cho phép tạo ra một điểm truy cập duy nhất cho ứng dụng của mình. Service có thể được sử dụng để cân bằng tải lưu lượng truy cập giữa các pod trong ứng dụng. Service cũng có thể được sử dụng để truy cập ứng dụng từ bên ngoài Cluster Kubernetes.

8. Namespace

Namespace là một cách để chia sẻ Cluster Kubernetes thành các môi trường logic riêng biệt. Namespace có thể được sử dụng để phân biệt các ứng dụng khác nhau, những nhóm khác nhau hoặc môi trường khác nhau.

Như vậy, có thể hiểu, Kubernetes là một nền tảng mạnh mẽ và linh hoạt để quản lý các ứng dụng containerized, giúp đơn giản hóa việc triển khai, quản lý và mở rộng ứng dụng trên quy mô lớn.

Chức năng của Kubernetes

Cân bằng tải

Kubernetes (K8s) quản lý nhiều Docker host bằng cách tạo các cụm container (container cluster). Khi triển khai các container trên Kubernetes, việc sử dụng replicas (bản sao giống nhau) giúp đảm bảo cân bằng tải tự động và tăng khả năng chịu lỗi. 

K8s cũng hỗ trợ tính năng autoscaling, cho phép tự động tăng hoặc giảm số lượng replicas dựa trên lưu lượng truy cập hoặc nhu cầu tài nguyên.

Tự động phát hành và thu hồi

Kubernetes thực hiện việc sắp xếp các container vào các Node (Docker host) dựa trên loại workload, chẳng hạn như "sử dụng Disk I/O nhiều" hoặc "băng thông cao". Với khả năng nhận diện affinity và anti-affinity, K8s có thể lập lịch trình cho các container một cách hợp lý, tối ưu hóa hiệu suất và tài nguyên.

Điều chỉnh bộ nhớ

K8s cũng tự động điều chỉnh tài nguyên cho các container dựa trên tình trạng CPU và bộ nhớ trống. Điều này có nghĩa là người dùng không cần quản lý việc phân bổ container vào các Docker host cụ thể. 

Nếu tài nguyên không đủ, K8s có thể tự động phân bổ lại các cluster để đảm bảo hiệu suất hoạt động.

Tự phục hồi

Với khả năng chịu lỗi cao, K8s giám sát các container và thực hiện self-healing. Nếu một container gặp sự cố và dừng hoạt động, K8s sẽ tự động khởi động lại container đó để đảm bảo dịch vụ luôn hoạt động liên tục. 

Tính năng này rất quan trọng trong việc duy trì độ ổn định cho hệ thống. K8s cũng có thể thiết lập healthcheck bằng các tập lệnh HTTP/TCP/shell để theo dõi tình trạng của các container.

Quản lý cấu hình

Kubernetes hỗ trợ quản lý cấu hình thông qua chức năng Service, cho phép load balancing cho một nhóm container cụ thể. Khi có vấn đề với các endpoint đến container, K8s sẽ tự động ngắt kết nối các container bị lỗi và thực hiện việc cập nhật rolling updates. Điều này đảm bảo rằng các dịch vụ luôn duy trì SLA cao và người dùng không bị gián đoạn trong quá trình sử dụng.

Ưu và nhược điểm của Kubernetes

Ưu điểm của Kubernetes

- Khả năng mở rộng: Kubernetes cho phép dễ dàng tăng giảm số lượng container, cân bằng tải và tự động mở rộng quy mô mà không gián đoạn hệ thống.

- Tự động hóa và linh hoạt: Containers có tính di động cao, có thể chạy trên mọi cơ sở hạ tầng đám mây, giúp dễ dàng di chuyển ứng dụng giữa các môi trường khác nhau.

- Tận dụng tài nguyên hiệu quả: Kubernetes tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên máy chủ, đảm bảo các container hoạt động với tài nguyên cần thiết, nâng cao hiệu suất.

- Triển khai nhanh chóng: K8s chuẩn hóa quy trình đóng gói ứng dụng, tăng tính di động và nhất quán, giúp triển khai nhanh hơn và tiết kiệm công sức.

Nhược điểm của Kubernetes

- Mức độ phức tạp: Kubernetes có cấu trúc phức tạp, yêu cầu người dùng nắm rõ nhiều khái niệm và thành phần, gây khó khăn cho người mới bắt đầu trong việc thiết lập và quản lý.

- Khả năng bảo mật: Các container nhẹ và di động có thể dễ bị đe dọa an toàn nếu không được bảo vệ đúng cách, đòi hỏi nhà phát triển phải đảm bảo việc bảo mật để ngăn chặn truy cập trái phép.

- Chi phí tài nguyên: Việc triển khai và vận hành Kubernetes cần tài nguyên bổ sung như CPU, bộ nhớ và lưu trữ, có thể làm tăng chi phí nếu không được quản lý hợp lý.

Các trường hợp doanh nghiệp nên dùng Kubernetes

Để sử dụng Kubernetes hiệu quả, doanh nghiệp cần hiểu rõ về các trường hợp nên ứng dụng K8s trong thực tế:

- Mở rộng hệ thống nhanh chóng: Khi doanh nghiệp lớn cần phải Scaling hệ thống nhanh chóng và quá trình thực hiện đã sử dụng Container, Kubernetes sẽ là công cụ không thể thiếu để đạt được kết quả mong muốn.

- Dự án yêu cầu nhiều container: Đối với các dự án cần chạy từ 5 Container cùng 1 loại cho 1 dịch vụ, sự hỗ trợ từ Kubernetes sẽ giúp quá trình thực hiện dự án diễn ra dễ dàng hơn.

- Startup trong giai đoạn phát triển: Các startup luôn hướng đến sự linh hoạt và khả năng mở rộng và Kubernetes đáp ứng hoàn hảo nhu cầu này, cho phép các startup dễ dàng điều chỉnh quy mô hệ thống theo thời gian thực.

Hy vọng bài viết trên của Bluesea sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về Kubernetes từ đó giúp bạn đưa ra được những quyết định đúng đắn khi sử dụng Kubernetes.
—---------------------------------------------
Công ty cổ phần Công nghệ và Truyền thông Biển Xanh
Website: https://quangcaohieuqua.com.vn/
Facebook: https://www.facebook.com/blueseacloudserver/
Hotline: 0907.69.69.46
Email: yenht@bluesea.vn
Trụ sở chính: 91 Trung Kính, Trung Hòa, Cầu Giấy, Hà Nội
CN HCM: 205B Hoàng Hoa Thám, P.6, Bình Thạnh, TP.HCM