Kubernetes Là Gì? Vai Trò Và Các Thuật Ngữ Phổ Biến - Bizfly Cloud

• Techblog
• Dịch vụ Cloud Computing

Với sự bùng nổ mạnh mẽ của các nền tảng ứng dụng nhằm đáp ứng nhu cầu người dùng tăng cao, các công nghệ phục vụ cho việc phát triển ứng dụng ở quy mô lớn với tốc độ ra mắt nhanh chóng trở nên cần thiết hơn bao giờ hết.

Kubernetes trong đó là một công nghệ mới nổi lên, hứa hẹn sẽ tạo ra những thay đổi mang tính cách mạng cho công cuộc phát triển và triển khai ứng dụng nhờ các ưu điểm: tự động hóa, co giãn linh hoạt, tiết kiệm rất nhiều giờ công sức, giảm thiểu rất nhiều sai phạm… Cùng Bizfly Cloud tìm hiểu Kubernetes là gì và ứng dụng như thế nào nhé!

Kubernetes là gì?

Kubernetes hoặc K8s là một nền tảng mã nguồn mở giúp tự động hóa việc quản lý, mở rộng và triển khai ứng dụng dưới dạng container. K8s còn được gọi là Container Orchestration Engine (hiểu nôm na là công cụ điều phối container). Kubernetes loại bỏ rất nhiều các quy trình thủ công liên quan đến việc triển khai và mở rộng các containerized applications.

Kubernetes Orchestration cho phép người dùng xây dựng các dịch vụ ứng dụng mở rộng nhiều containers, lên lịch các containers đó trên một cụm máy chủ (cluster), mở rộng các containers và quản lý tình trạng của các containers theo thời gian.

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

Fun fact: Bảy chữ cái trong logo Kubernetes có liên quan và phản ánh tên gốc của dự án, "Project Seven of Nine".

Red Hat là một trong những công ty đầu tiên hợp tác với Google trong dự án Kubernetes trước khi Kubernetes được ra mắt, và trở thành nhà tài trợ lớn thứ 2 cho dự án ngay từ những ngày đầu. Và Google đã tặng lại dự án Kubernetes cho Cloud Native Computing Foundation (CNCF - thành lập năm 2015).

Tại sao Kubernetes lại cần thiết?

Khi thực sự chạy các container trong production, một người có thể tạo đến hàng chục, thậm chí hàng nghìn container theo thời gian.

Những container này cần được triển khai (trên nhiều server host), quản lý, kết nối và cập nhật và nếu thực hiện công việc này một cách thủ công, sẽ cần cả một nhóm chỉ để dành riêng cho việc này.

Gần đây, nhiều ứng dụng đã thực hiện container hoá bằng cách sử dụng docker và triển khai trong môi trường production ngày càng nhiều. Tuy nhiên, trên môi trường production, việc quản lý hệ thống chạy bằng container chỉ sử dụng docker là rất khó khăn.

Với việc sử dụng docker, có thể tạo ra nhiều container trên 1 host. Tuy nhiên nếu muốn sử dụng trên môi trường production thì sẽ cần phải quan tâm đến những vấn đề như:

• Quản lý nhiều docker host cùng lúc
• Điều phối các container
• Rolling update
• Scaling/Auto Scaling
• Giám sát tình trạng của container (còn hoạt động hay không)
• Self-healing (tự phát hiện và sửa lỗi) trong trường hợp có lỗi xảy ra
• Service discovery
• Load balancing
• Quản lý data, work load, log
• Infrastructure as Code
• Liên kết và mở rộng với các hệ thống khác

Cho nên việc sử dụng một nền tảng Container orchestration engine như Kubernetes sẽ giúp khắc phục được những tồn tại này. Nếu không sử dụng Kubernetes, sẽ phải xây dựng các cơ chế tự động hóa cho các vấn đề trên từ đầu, và đây là 1 nhiệm vụ không khả thi.

Chức năng của Kubernetes

1. Cân bằng tải

K8s quản lý nhiều Docker host bằng cách tạo các container cluster (cụm container). Ngoài ra, khi chạy một container trên Kubernetes, việc triển khai replicas (tạo các bản sao giống nhau) có thể đảm bảo cân bằng tải (load balancing) tự động và tăng khả năng chịu lỗi. Đồng thời nhờ có load balancing mà cũng có thể thực hiện autoscaling - tự động tăng giảm số lượng replicas.

2. Tự động phát hành và thu hồi

Docker host còn gọi là Node. Khi sắp xếp các container vào các Node này, có các dạng workload như "Sử dụng Disk I/O nhiều" và "sử dụng băng thông cao", và "Disk là SSD" và "CPU xung nhịp cao cao". Tùy thuộc vào loại máy chủ Docker và loại workload, K8s có thể tự ý thức được việc affinity hay anti-affinity để lập lịch cho hợp lý.

3. Điều chỉnh bộ nhớ

Trong các trường hợp không cụ thể khác, scheduling sẽ được thực hiện dựa trên tình trạng CPU và bộ nhớ trống, do đó người dùng không cần quản lý việc đặt container vào Docker host nào. Ngoài ra, nếu tài nguyên không đủ, k8s cũng sẽ tự động phân tỷ lệ các Kubernetes cluster.

4. Tự phục hồi

Với khả năng chịu lỗi cao, Kubernetes thực hiện giám sát container theo tiêu chuẩn. Trong trường hợp có sự cố bất ngờ, một container nào đó bị dừng thì sẽ thực hiện self-healing bằng cách khởi động lại container đó. Self-healing là một trong những khái niệm quan trọng trong k8s giúp tự động khôi phục các service khi node xảy ra lỗi, bị die, hoặc bị di chuyển đi...

Bên cạnh việc giám sát, K8s cũng có thể thiết lập healthcheck với các tập lệnh HTTP/TCP/shell.

5. Quản lý cấu hình

Khi thực hiện auto scaling, nếu xảy ra vấn đề về endpoint đến container. Trong trường hợp sử dụng máy ảo, với việc đặt load balancing, endpoint được cấp là VIP.

K8s cũng có chức năng như vậy gọi là Service cung cấp load balancing cho một nhóm container cụ thể. Ngoài việc tự động thêm và xóa tại thời điểm scale, nó tự động ngắt kết nối trong trường hợp container bị lỗi. Việc tự động cách ly trước khi rolling updates container, cho thấy K8s có khả năng quản lý các endpoint với SLA cao.

Với kiến trúc microservices, để triển khai và sử dụng container image tạo ra tương ứng cho mỗi chức năng sẽ cần đến Service discovery.

Như vậy, để sử dụng Docker trong môi trường production mà không sử dụng công cụ điều phối như Kubernetes, người dùng sẽ cần phải tự tạo các chức năng được đề cập phía trên. Nhưng với Kubernetes, chúng ta có thể tận dụng cơ chế tự động hóa của công cụ này.

Sử dụng Kubernetes khi nào?

Nếu doanh nghiệp thực sự muốn scaling hệ thống một cách nhanh chóng và đã sử dụng container (Docker).

• Những dự án bắt buộc chạy >=5 container cùng 1 loại hình dịch vụ.
• Những startup đang phát triển, chịu đầu tư vào công nghệ để dễ dàng auto scale về sau.

Ưu điểm của Kubernetes

Ưu điểm chính của việc sử dụng Kubernetes, đặc biệt nếu bạn đang tối ưu app dev cho cloud, là nó cung cấp cho bạn nền tảng để lên lịch và chạy các containers trên các clusters của máy vật lý hoặc máy ảo.

Công nghệ Kubernetes giúp bạn triển khai và hoạt động trên cơ sở hạ tầng container-based trong môi trường sản xuất. Và bởi vì Kubernetes tự động hóa các hoạt động vận hành nên bạn có thể thực hiện nhiều tác vụ đối với containers cũng giống như những nền tảng ứng dụng khác hoặc các hệ thống quản lý khác.

Với Kubernetes bạn có thể:

• Điều hành, phân bổ containers trên nhiều máy chủ.
• Tận dụng phần cứng nhiều hơn để tối đa hóa tài nguyên cần thiết cho việc chạy các ứng dụng doanh nghiệp.
• Kiểm soát, tự động triển khai và cập nhật ứng dụng.
• Gắn và thêm bộ nhớ để chạy các ứng dụng stateful.
• Mở rộng các ứng dụng được chứa trong container và tài nguyên của chúng một cách nhanh chóng
• Quản lý các dịch vụ, đảm bảo các ứng dụng được triển khai luôn chạy theo cách bạn triển khai chúng.
• Health-check và self-heal các ứng dụng bằng tính năng tự động phát hiện, tự động sửa lỗi, tự động dò tìm và tự động mở rộng.

Tuy nhiên, Kubernetes dựa vào các dự án khác để cung cấp đầy đủ các dịch vụ này. Với việc bổ sung các dự án nguồn mở khác, bạn hoàn toàn có thể tận dụng tối đa sức mạnh của Kubernetes. Những kết hợp cần thiết thường có:

• Registry, thông qua các dự án như Atomic Registry hoặc Docker Registry.
• Networking, thông qua các dự án như OpenvSwitch và intelligent edge routing.
• Telemetry, thông qua các dự án như heapster, kibana, hawkular và elastic.
• Security, thông qua các dự án như LDAP, SELinux, RBAC và OAUTH với multi-tenancy layers.
• Automation, với việc bổ sung các Playbook Ansible để cài đặt và quản lý vòng đời của cụm.
• Services, thông qua một danh mục phong phú về nội dung được xử lý trước của các mẫu ứng dụng phổ biến.

Các khái niệm phổ biến trong Kubernetes

1. Master Node

Master Node được hiểu là các server điều khiển các Kubernetes worker hoạt động. Đây là nơi tất cả các nhiệm vụ được giao. Trong đó Master Node được chia làm 4 thành phần bao gồm:

- API Server: Thành phần quan trọng nhất này giúp cho các thành phần khác bên trong Kubernetes có thể liên lạc và làm việc với nhau.

- Scheduler: Thành phần này có chức năng thiết lập lịch làm việc, triển khai cho các ứng dụng bên trong.

- Controller Manager: Thành phần này có chức năng quản lý sự hoạt động của tất cả Worker bên trong Kubernetes, bất kể các Worker đó còn hay đã mất.

- Etcd: Thành phần cuối cùng này chính là hệ cơ sở dữ liệu chính của Kubernetes. Tất cả thông tin đều được lưu trữ trên Etcd chứ không phải là nơi nào khác.

2. Node

Node hay Worker là các server có chức năng thực hiện tất cả các tác vụ được yêu cầu, được giao. Trong đó Kubernetes master đóng vai trò điều khiển chúng.

3. Pod

Pod là tập hợp một nhóm gồm một hoặc nhiều containers được triển khai cho single node. Tất cả các containers trong một pod dùng chung một IP address, IPC, hostname, và những nguồn khác. Pods tách network và storage ra khỏi container bên dưới. Điều này cho phép bạn di chuyển các containers xung quanh cluster dễ dàng hơn.

4. Replication controller

Replication controller trong Kubernetes có chức năng điều khiển việc nên có bao nhiêu bản sao giống hệt nhau của một pod khi đang chạy ở đâu đó trên cluster. Hay nói một cách đơn giản, Replication controller giúp quản lý các bản sao của Pod đang hoạt động.

5. Service

Service có chức năng tách các work definitions khỏi các pod. Các kubernetes service proxies tự động nhận các yêu cầu dịch vụ tới pod thích hợp — bất kể nó di chuyển đến đâu trong cụm hoặc ngay cả khi nó được thay thế.

6. Kubelet

Dịch vụ này chạy trên các node, đọc các tệp kê khai container và đảm bảo các container đã xác định sẽ được khởi động và chạy. Hay nói cách khác, Kubelet giao tiếp với API Server để giúp mọi thứ vận hành trơn tru.

7. Kubectl

Đây là công cụ cấu hình dòng lệnh cho Kubernetes, được cài đặt trên các máy trạm. Thành phần này giúp các dev có thể đẩy các ứng dụng vào triển khai trong Kubernetes, đồng thời cho phép quản trị viên có thể quản lý các thành phần khác bên trong.

8. Image

Là phần mềm được đóng gói lại thành một chương trình chạy dưới dạng container. Những Pod hoạt động trong Kubernetes sẽ lấy trực tiếp các Image để chạy. Những Image này thường được quản lý từ một nơi lưu trữ tập trung. Chẳng hạn sử dụng Docker Hub để chứa các Image của nhiều ứng dụng phổ biến như nginx, mysql, wordpress.

9. Deployment

Deployment sẽ giúp bạn triển khai, cập nhật và quản trị những Pod thông dụng trong Kubernetes trở nên dễ dàng, dễ sử dụng hơn.

10. Label

Chúng được dùng để phân loại và quản lý các Pod. Label giúp đánh nhãn các Pod thông qua Frontend, backend trên nền dev, qc, uat, production...

Hướng dẫn cài đặt Kubernetes với Bizfly Kubernetes Engine

• Nhà cung cấp dịch vụ Kubernetes có máy chủ đặt tại Việt Nam, giúp người dùng tại Việt Nam truy cập ứng dụng nhanh hơn, ít bị ảnh hưởng mỗi khi có sự cố network quốc tế. Đường truyền trong nước giúp giảm chi phí truyền tải.
• Là đơn vị tiên phong trong cung cấp dịch vụ tại Việt Nam, Bizfly Cloud có nhiều ưu thế giúp hỗ trợ khách hàng tốt nhất về: hệ ngôn ngữ tiếng Việt, hỗ trợ 24/7...
• Tích hợp đầy đủ với các dịch vụ khác trong bộ giải pháp 20+ dịch vụ của Bizfly Cloud (Load Balancer, Cloud Server, Autoscaling, Cloud Watcher, Firewall, Container Registry,…), giúp đơn giản mô hình, tối ưu về tốc độ và tính bảo mật cho hệ thống của người dùng.
• Chi phí tính theo tài nguyên sử dụng theo thời gian thực. Tính tiền theo tháng hoặc theo giờ. Có chính sách hoàn tiền khi xóa tài nguyên.
• Cung cấp Dashboard và API giúp khách hàng có nhiều phương thức truy cập để quản lý hệ thống.
• Cơ chế Autoscaling - Tự động giám sát và điều chỉnh số lượng máy chủ trong cụm theo nhu cầu sử dụng thực tế giúp tối ưu chi phí. Hệ tính năng tương đồng với các giải pháp nước ngoài, đáp ứng đầy đủ nhu cầu sử dụng của người dùng/doanh nghiệp.

Với những tính năng ưu việt và vượt trội, tích hợp Kubernetes Engine có thể mang lại những tác động tích cực đến các Dev team/DevOps cũng như toàn bộ doanh nghiệp. Nếu bạn đang muốn bắt đầu với Kubernetes, truy cập: https://bizflycloud.vn/kubernetes-engine để trải nghiệm MIỄN PHÍ và nhận tới 3 THÁNG FREE SỬ DỤNG ngay hôm nay.

Các câu hỏi thường gặp về Kubernetes

1. Các thành phần cốt lõi của Kubernetes là gì và chúng hoạt động như thế nào?

Các thành phần cốt lõi của Kubernetes bao gồm:

- API Server: xử lý các yêu cầu API và kiểm soát các tài nguyên Kubernetes

- Etcd: cơ sở dữ liệu phân tán để lưu trữ thông tin về trạng thái của tất cả các tài nguyên Kubernetes

- Kubelet: đảm bảo các container được triển khai và chạy đúng cách trên mỗi node của cluster.

2. Kubernetes cung cấp những tính năng và lợi ích gì cho các ứng dụng và hệ thống?

Kubernetes cung cấp nhiều tính năng và lợi ích như cung cấp khả năng high availability, cân bằng tải, tự động hóa việc triển khai, quản lý và scale các container, tự động khôi phục và nâng cấp các ứng dụng. Nó cũng cung cấp một môi trường đáng tin cậy để triển khai các ứng dụng container phân tán. Với Kubernetes, các nhà phát triển và quản trị viên có thể tập trung vào việc phát triển ứng dụng mà không phải lo lắng về việc quản lý cơ sở hạ tầng.

Bizfly Cloud - Top 4 nhà cung cấp đám mây đáp ứng đầy đủ toàn bộ tiêu chí, chỉ tiêu kỹ thuật, an toàn thông tin của Bộ TT&TT.

Tiền thân là VCCloud - trực thuộc công ty Cổ phần VCCorp, tiên phong cung cấp các giải pháp Cloud IT đáp ứng đầy đủ các nhu cầu về hạ tầng của doanh nghiệp Việt.

Bizfly Cloud - Đơn vị HÀNG ĐẦU cung cấp giải pháp hạ tầng IT/Cloud phục vụ Chuyển đổi số cho doanh nghiệp tại Việt Nam.

Độc giả quan tâm các giải pháp của Bizfly Cloud truy cập tại: https://bizflycloud.vn/