Kubernetes là gì? Ứng dụng trong quản lý hệ thống đám mây

Trước Kubernetes, các nhà phát triển đã sử dụng Docker để đóng gói và chạy các ứng dụng của họ bên trong các container. Docker giúp việc tạo và chạy một container đơn lẻ trở nên dễ dàng nhưng lại trở nên khó khăn khi quản lý nhiều container chạy trên các máy khác nhau. Đó là lý do tại sao Kubernetes được tạo ra, giúp quản lý và sắp xếp các container tự động. Vậy Kubernetes là gì và được ứng dụng trong quản lý hệ thống đám mây như thế nào? Hãy cùng Việt Tuấn tìm hiểu chi tiết dưới đây nhé! 

Kubernetes là gì?

Kubernetes còn được gọi là k8s hoặc kube, là nền tảng điều phối container mã nguồn mở, có khả năng mở rộng, quản lý và tự động hóa các quy trình triển khai, chạy và mở rộng quy mô các dịch vụ và ứng dụng được chứa trong container, giúp giảm đáng kể gánh nặng vận hành của việc quản lý container.

Kubernetes có nguồn gốc từ Google Cloud, được phát triển tại Google và phát hành dưới dạng mã nguồn mở vào năm 2014. Kubernetes được xây dựng dựa trên 15 năm kinh nghiệm chạy khối lượng công việc chứa trong container của Google và những đóng góp có giá trị từ cộng đồng mã nguồn mở. 

Được lấy cảm hứng từ hệ thống quản lý cụm nội bộ Borg của Google, Kubernetes đơn giản hóa mọi thứ liên quan đến việc triển khai và quản lý ứng dụng của bạn. Kubernetes cho phép điều phối container tự động, giúp cải thiện độ tin cậy và giảm thời gian xử lý cũng như tài nguyên phân bổ cho các hoạt động hàng ngày.

Đọc thêm bài viết: Công nghệ Container là gì? Lợi ích và hạn chế khi sử dụng

Lợi ích của Kubernetes

Kubernetes tự động hóa phần lớn công việc triển khai và mở rộng ứng dụng, đồng thời hỗ trợ các phương pháp phát triển gốc dựa trên nền tảng đám mây có thể tiết kiệm thời gian và đưa phần mềm mới ra thị trường nhanh hơn. Một số lợi ích chính của Kubernetes bao gồm:

• Hỗ trợ cho các môi trường lớn, phức tạp: Một môi trường sản xuất chạy nhiều ứng dụng sẽ yêu cầu nhiều container được triển khai trên nhiều máy chủ, tất cả đều hoạt động cùng nhau. Kubernetes cung cấp khả năng quản lý và điều phối cần thiết để triển khai các container cho khối lượng công việc lớn.
• Khả năng mở rộng: Kubernetes tự động mở rộng dựa trên nhu cầu của bạn, cung cấp dung lượng mà ứng dụng của bạn cần đồng thời tiết kiệm tài nguyên và chi phí.
• Tính di động: Bạn có thể triển khai Kubernetes ở nhiều môi trường khác nhau: trung tâm dữ liệu tại chỗ (on-premises), đám mây công cộng (public cloud) hoặc mô hình kết hợp (hybrid cloud).
• Triển khai nhất quán: Triển khai Kubernetes nhất quán trên toàn bộ cơ sở hạ tầng. Toàn bộ mã nguồn, cấu hình và các phụ thuộc cần thiết để chạy ứng dụng đều được đóng gói gọn gàng trong container, loại bỏ những sai sót khi triển khai và đảm bảo môi trường chạy ứng dụng luôn giống nhau.
• Các hoạt động và phát triển tách biệt và tự động: Container giúp các nhà phát triển tiết kiệm thời gian, thúc đẩy các chu kỳ lặp lại nhanh chóng. Đồng thời, Kubernetes giúp các nhóm vận hành cảm thấy yên tâm vào tính ổn định của hệ thống.
• Hỗ trợ triển khai chiến lược đám mây lai: Nhiều doanh nghiệp hiện nay kết hợp giữa hạ tầng tại chỗ và các nền tảng đám mây, đồng thời phân bổ khối lượng công việc linh hoạt giữa các nhà cung cấp để tối ưu chi phí và hiệu suất. Kubernetes duy trì tính nhất quán và khả năng di động của ứng dụng trên nhiều môi trường khác nhau, giúp chiến lược đám mây lai trở nên khả thi và hiệu quả hơn.
• Tiếp tục hỗ trợ cho các ứng dụng truyền thống: Kubernetes có thể giúp bạn cung cấp và quản lý các ứng dụng được chứa trong container, ứng dụng cũ và ứng dụng đám mây gốc cũng như các ứng dụng đang được tái cấu trúc thành các dịch vụ vi mô.
• Quản lý môi trường phức tạp: Các dịch vụ vi mô trong container giúp việc sắp xếp các dịch vụ dễ dàng hơn, bao gồm lưu trữ, mạng và bảo mật nhưng cũng làm tăng đáng kể số lượng container trong môi trường của bạn, làm tăng độ phức tạp. Kubernetes nhóm các container thành các nhóm, giúp bạn lên lịch khối lượng công việc và cung cấp các dịch vụ cần thiết như mạng và lưu trữ cho các container đó.

• Cải thiện bảo mật: Kubernetes cung cấp nhiều cơ chế bảo vệ như: Kubernetes cung cấp nhiều cơ chế bảo vệ như:

• Kiểm soát truy cập theo vai trò (RBAC): Phân quyền rõ ràng cho người dùng và tài khoản dịch vụ, giúp ngăn chặn truy cập trái phép.
• Kubernetes Secrets: Bảo vệ thông tin nhạy cảm như mật khẩu, khóa mã hóa, token API...
• Chính sách bảo mật tùy chỉnh: Cho phép các quản trị viên thiết lập quy tắc theo nhóm hoặc dịch vụ, giúp tăng cường kiểm soát hệ thống.
• Phát hiện sớm lỗ hổng: Các nhóm phát triển có thể kiểm tra và xử lý sự cố bảo mật ngay từ giai đoạn build, tránh rủi ro trong quá trình triển khai.

Kiến trúc và thành phần Kubernetes

Một triển khai Kubernetes đang hoạt động được gọi là cụm, đây là một nhóm máy chủ chạy container. Các cụm được tạo thành từ các nút, mỗi nút đại diện cho một máy chủ duy nhất, có thể là máy vật lý hoặc VM.

Kiến trúc Kubernetes bao gồm hai phần chính: các thành phần bảng điều khiển và các thành phần quản lý từng nút riêng lẻ.

Một nút bao gồm các pod. Đây là các nhóm container chia sẻ cùng một tài nguyên điện toán và cùng một mạng. Pod cũng là đơn vị khả năng mở rộng trong Kubernetes. Nếu một container trong một pod đang nhận được nhiều lưu lượng truy cập hơn mức nó có thể xử lý, Kubernetes sẽ sao chép pod đó sang các nút khác trong cụm.

Mặt phẳng điều khiển tự động xử lý việc lập lịch cho các pod trên các nút trong một cụm.

Tham khảo: Edge Computing là gì? Top 5 ngành ứng dụng Edge Computing hiện nay

Các thành phần của mặt phẳng điều khiển

Các thành phần chính trong cụm Kubernetes là kube-apiserver, etcd, kube-scheduler, kube-controller-manager và cloud-controller-manager:

• API server: Máy chủ API trong Kubernetes hiển thị API Kubernetes giao diện được sử dụng để quản lý, tạo và cấu hình cụm Kubernetes và đóng vai trò là điểm vào cho tất cả các lệnh và truy vấn.
• etcd: etcd là nguồn mở được sử dụng để lưu trữ và quản lý thông tin quan trọng mà các hệ thống phân tán cần để tiếp tục chạy. Trong Kubernetes, etcd quản lý dữ liệu cấu hình, dữ liệu trạng thái và siêu dữ liệu.
• Scheduler: Theo dõi các pod mới được tạo và chọn các nút để chạy. Scheduler xem xét tính khả dụng của tài nguyên và các hạn chế phân bổ, các yêu cầu về phần cứng và phần mềm...
• Controller-manager: Một bộ điều khiển tích hợp, Kubernetes controller-manager chạy một vòng lặp điều khiển giám sát trạng thái chia sẻ của cụm và giao tiếp với máy chủ API để quản lý tài nguyên, pod hoặc điểm cuối dịch vụ. Controller-manager bao gồm các quy trình riêng biệt được đóng gói lại với nhau để giảm độ phức tạp và chạy trong một quy trình.
• Cloud-controller-manager: Có chức năng tương tự như liên kết controller-manager,  liên kết với API của nhà cung cấp đám mây và tách các thành phần tương tác với nền tảng đám mây đó khỏi các thành phần chỉ tương tác trong cụm.

Các thành phần nút

Các nút Worker chịu trách nhiệm triển khai, chạy và quản lý các ứng dụng được chứa trong container gồm hai thành phần chính:

• Kubelet: Kubelet chạy các lệnh từ nút chính, đảm bảo các container chạy trong một pod.
• Kube-proxy: Được cài đặt trên mọi nút trong một cụm, kube-proxy duy trì các quy tắc mạng trên máy chủ và theo dõi các thay đổi trong các dịch vụ và pod.

Các trường hợp sử dụng Kubernetes

Kubernetes giúp xây dựng các ứng dụng dễ quản lý và triển khai trong mọi môi trường. Khi có sẵn dưới dạng dịch vụ được quản lý, Kubernetes cung cấp cho bạn nhiều giải pháp để đáp ứng nhu cầu của bạn. Sau đây là một số trường hợp sử dụng phổ biến.

Tăng tốc phát triển

Kubernetes giúp bạn xây dựng các ứng dụng đám mây dựa trên dịch vụ vi mô. Kubernetes cũng cho phép chứa các ứng dụng hiện có, tạo cơ sở cho việc hiện đại hóa ứng dụng, cho phép bạn phát triển ứng dụng nhanh hơn.

Triển khai ứng dụng trong bất kỳ môi trường nào

Kubernetes được thiết kế để sử dụng trong mọi môi trường, cho phép bạn chạy các ứng dụng tại chỗ và trên đám mây công cộng, cũng như trong các triển khai kết hợp. Do đó, bạn có thể chạy ứng dụng của mình ở bất cứ nơi nào bạn cần.

Thực hiện các dịch vụ hiệu quả

Kubernetes có thể tự động điều chỉnh kích thước của cụm cần thiết để chạy dịch vụ. Tính năng này cho phép bạn tự động tăng hoặc giảm quy mô ứng dụng theo nhu cầu và chạy chúng một cách hiệu quả.

Thực hành DevOps

Tự động hóa là yếu tố quan trọng của DevOps, tăng tốc độ cung cấp phần mềm chất lượng cao hơn bằng cách kết hợp và tự động hóa công việc của nhóm phát triển phần mềm và nhóm vận hành CNTT. Kubernetes giúp các nhóm DevOps xây dựng và cập nhật ứng dụng nhanh chóng bằng cách tự động hóa cấu hình và triển khai ứng dụng.

Trí tuệ nhân tạo (AI) và máy học (ML)

Các mô hình ML và mô hình ngôn ngữ lớn (LLM) hỗ trợ AI bao gồm các thành phần khó và tốn thời gian để quản lý riêng biệt. Bằng cách tự động hóa cấu hình, triển khai và khả năng mở rộng trên các môi trường đám mây, Kubernetes giúp cung cấp sự nhanh nhẹn và linh hoạt cần thiết để đào tạo, thử nghiệm và triển khai các mô hình phức tạp này.

Sự khác biệt giữa Kubernetes và Docker

• Docker là một tiêu chuẩn công nghiệp mở để đóng gói và phân phối các ứng dụng trong container.
• Kubernetes có thể được sử dụng có hoặc không có Docker.
• Docker không phải là giải pháp thay thế cho Kubernetes.
• Sự khác biệt giữa Docker và Kubernetes nằm ở vai trò của mỗi bên trong việc chứa và chạy ứng dụng của bạn.
• Kubernetes sử dụng Docker để triển khai, quản lý và mở rộng quy mô các ứng dụng chứa trong container.

Tham khảo thêm: Docker là gì? Ứng dụng của Docker trong NAS

Tổng kết

Kubernetes là một nền tảng điều phối container mạnh mẽ giúp đơn giản hóa quá trình triển khai, quản lý và mở rộng ứng dụng trên hệ thống đám mây. Với các tính năng như tự động hóa, khả năng mở rộng linh hoạt và hỗ trợ đa môi trường, Kubernetes đã trở thành công cụ đắc lực cho các doanh nghiệp trong việc xây dựng hạ tầng hiện đại và ổn định. Doanh nghiệp ứng dụng Kubernetes đúng cách sẽ góp phần nâng cao hiệu quả vận hành và tối ưu nguồn lực trong môi trường công nghệ ngày nay.