Czym jest Kubernetes i jak działa? Kompleksowe wprowadzenie

Kiedyś aplikacje działały bezpośrednio na systemie operacyjnym. Dziś świat IT opiera się na kontenerach. Dlaczego? Bo kontenery są lekkie, przenośne i pozwalają na uruchamianie aplikacji w izolowanych środowiskach. Ale gdy masz ich setki lub tysiące… potrzebujesz orkiestratora. Tutaj wchodzi Kubernetes.

Co to jest Kubernetes?

Kubernetes (w skrócie K8s) to otwartoźćródłowa platforma do automatyzacji wdrażania, zarządzania i skalowania aplikacji kontenerowych. Powstał w Google, a obecnie rozwijany jest przez Cloud Native Computing Foundation (CNCF). Jego główne zadanie? Sprawnie zarządzać kontenerami i zapewniać im wysoką dostępność.

Jak działa Kubernetes? Kluczowe pojęcia

Pod

Pod to najmniejsza jednostka w Kubernetesie. Może zawierać jeden lub więcej kontenerów, które współdzielą zasoby (np. sieć, wolumeny).

Node

Node (węzeł) to maszyna (fizyczna lub wirtualna), na której działają pody. Istnieje rozróżnienie na node’y robocze (worker nodes) i master/control-plane node’y (z których zarządza się całym klastrem).

Cluster

Cluster to całość środowiska Kubernetesa. Składa się z co najmniej jednego mastera i wielu węzłów roboczych.

Architektura Kubernetes

kube-apiserver

Główne API systemu. Przyjmuje zapytania (np. z kubectl), waliduje je i aktualizuje stan klastra w etcd.

etcd

Rozproszona baza danych przechowująca cały stan klastra. Kluczowy komponent dla spójności i niezawodności.

kube-scheduler

Przypisuje nowe pody do odpowiednich node’ów na podstawie dostępnych zasobów i polityk.

controller-manager

Zarządza kontrolerami odpowiedzialnymi za stan aplikacji (np. replikacja, deploy).

kubelet

Demon na każdym node, odpowiedzialny za uruchamianie i monitorowanie kontenerów.

kube-proxy

Zajmuje się routingiem sieciowym i load balancingiem w obrębie klastra.

Kluczowe funkcje Kubernetes

Self-healing: Gdy kontener się wykrzaczy, Kubernetes może go automatycznie zrestartować lub odtworzyć na innym node.
Skalowanie: Ręczne lub automatyczne skalowanie aplikacji w zależności od obciążenia.
Load balancing: Dystrybucja ruchu do kontenerów przez Service.
Rollout i rollback: Kontrolowane aktualizacje aplikacji z możliwością cofnięcia zmian.

Kubernetes w praktyce

YAML jako język konfiguracji

Wszystkie zasoby w Kubernetes opisujemy w plikach YAML. Przykładowy deployment.yaml definiuje aplikację, jej zasoby, obrazy, ilość replik itp.

Helm jako menedżer pakietów

Helm pozwala zarządzać zestawami plików YAML jako „chartami”. Ułatwia wdrażanie złożonych aplikacji.

Namespace’y

Pozwalają na logiczne podziały w ramach jednego klastra, np. środowisko dev, test, prod.

RBAC (Role-Based Access Control)

Szczegółowe zarządzanie uprawnieniami użytkowników i aplikacji do różnych zasobów.

ConfigMap i Secret

Umożliwiają przekazywanie konfiguracji oraz wrażliwych danych do kontenerów w bezpieczny sposób.

Monitoring i observability

Z Kubernetesem dobrze współpracują Prometheus (monitoring), Grafana (wizualizacja) czy Loki (logi).

Ciekawostka: Od Netflixa po małe startupy – kto używa Kubernetes?

Kubernetes to nie tylko narzędzie dla gigantów technologicznych. Choć firmy takie jak Netflix, Spotify czy Booking.com opierają na nim swoją infrastrukturę, to również małe startupy korzystają z jego możliwości, aby skalować się efektywnie i elastycznie.

Netflix: Automatyzacja i niezawodność na globalną skalę

Netflix wykorzystuje Kubernetes do zarządzania swoją ogromną infrastrukturą kontenerową. W jednym z artykułów technicznych opisują, jak ich platforma kontenerowa integruje się z Kubernetes, aby monitorować i reagować na awarie jądra systemu Linux, zapewniając tym samym wysoką dostępność usług.

Spotify: Migracja z własnego rozwiązania do Kubernetes

Spotify, będąc wczesnym użytkownikiem kontenerów, zdecydował się na migrację z własnego systemu orkiestracji Helios do Kubernetes. Dzięki temu zredukowali czas potrzebny na provisioning usług z godzin do minut, a także poprawili wykorzystanie CPU o 2–3 razy dzięki funkcjom takim jak bin-packing i multi-tenancy.

Booking.com: Własna platforma oparta na Kubernetes

Booking.com początkowo korzystał z OpenShift, ale z czasem zdecydował się na stworzenie własnej platformy opartej na „czystym” Kubernetes. Dzięki temu deweloperzy zyskali większą kontrolę nad infrastrukturą, a firma mogła lepiej dostosować środowisko do swoich potrzeb.

Zalando: Skipper – własny kontroler Ingress dla Kubernetes

Zalando opracowało Skipper, własny kontroler Ingress dla Kubernetes, który obsługuje ponad 200 000 dynamicznych tras HTTP. Skipper umożliwia zaawansowane zarządzanie ruchem, w tym implementację wzorców takich jak blue-green deployments czy shadow traffic.

Kubernetes to narzędzie, które zmieniło sposób wdrażania i zarządzania aplikacjami w środowiskach chmurowych i lokalnych. Dzięki niemu można automatyzować, skalować i monitorować systemy kontenerowe w sposób bezpieczny i niezawodny.

Jeśli chcesz efektywnie pracować z Kubernetesem, musisz zacząć od solidnych podstaw. A te buduje się już na poziomie systemu operacyjnego. W kursie „Pierwsze kroki w Linuxie” pokazujemy, jak świadomie poruszać się w środowisku Linuxa – bo właśnie tam zaczyna się praca z kontenerami, siecią i automatyzacją. Bez teorii – za to z praktyką, jakiej potrzebujesz, by później bez stresu wejść w świat Kubernetesa.