Kubernetes, vaak afgekort als K8s, is een open-source container orchestratieplatform dat de implementatie, schaalvergroting en het beheer van gecontaineriseerde applicaties automatiseert. Het werd oorspronkelijk ontwikkeld door Google en wordt nu onderhouden door de Cloud Native Computing Foundation (CNCF).
Het primaire doel van Kubernetes is om een robuust en schaalbaar platform te bieden voor het beheren van gecontaineriseerde workloads. Het abstraheert de onderliggende infrastructuur, zodat ontwikkelaars en operators zich kunnen richten op de logica van de applicatie zonder zich zorgen te hoeven maken over de complexiteit van het beheren van individuele containers.
Kubernetes is voortgekomen uit het interne container orchestratiesysteem van Google, genaamd Borg. Google gebruikte Borg meer dan tien jaar om zijn grootschalige applicaties te beheren. In 2014 bracht Google Kubernetes uit als een open-source project, waardoor zijn krachtige orchestratiecapaciteiten beschikbaar kwamen voor de bredere ontwikkelaarsgemeenschap.
Sinds de oprichting is Kubernetes snel geadopteerd en is het een hoeksteen geworden van moderne cloud-native applicatieontwikkeling. De actieve community en het uitgebreide ecosysteem van tools en integraties blijven de ontwikkeling en innovatie stimuleren.
Kubernetes maakt gebruik van een gedistribueerde architectuur, wat horizontale schaalbaarheid mogelijk maakt. Dit betekent dat je eenvoudig nodes kunt toevoegen of verwijderen om aan wisselende workloads te voldoen.
Een van de fundamentele concepten in Kubernetes is het gebruik van containers. Containers bieden een lichtgewicht, geïsoleerde omgeving voor het uitvoeren van applicaties en hun afhankelijkheden. Ze encapsuleren de applicatie, zijn runtime, bibliotheken en andere noodzakelijke componenten, waardoor consistent gedrag in verschillende omgevingen wordt gegarandeerd.
Daarentegen virtualiseren virtuele machines (VM's) een volledig besturingssysteem, inclusief de kernel. Dit leidt tot een hogere resource overhead in vergelijking met containers. Kubernetes maakt gebruik van containers voor een grotere efficiëntie, wat resulteert in efficiënter resourcegebruik en snellere implementatietijden.
Container orchestratie automatiseert de implementatie, schaalvergroting en het beheer van gecontaineriseerde applicaties. Kubernetes blinkt uit in container orchestratie door krachtige functies te bieden voor het efficiënt beheren van de levenscyclus van containers. Het behandelt taken zoals het plannen van containers op nodes, netwerken, en het waarborgen van hoge beschikbaarheid.
Een Kubernetes-cluster is een verzameling nodes die samenwerken om gecontaineriseerde applicaties uit te voeren. Het bestaat uit twee hoofdbestanddelen: de master node en de worker nodes. De master node beheert het controlevlak, inclusief componenten zoals de API-server, scheduler en controller manager. Worker nodes hosten de daadwerkelijke draaiende containers.
Kubernetes is ontworpen als een veelzijdig platform dat naadloos kan integreren met verschillende cloudproviders, zoals AWS, Google Cloud en Microsoft Azure. De architectuur is opgebouwd rond twee hoofdcomponenten: de master node en de worker nodes.
De master node fungeert als het controlecentrum van het Kubernetes-cluster. Het coördineert alle activiteiten en neemt beslissingen over waar applicaties moeten worden geïmplementeerd. De belangrijkste componenten van de master node zijn:
API server: Dit is het toegangspunt voor alle administratieve taken en fungeert als de frontend voor het Kubernetes controlevlak. Het is toegankelijk via het internet of cloud-specifieke netwerken zoals AWS, Google Cloud en Microsoft Azure.
Scheduler: Verantwoordelijk voor het bepalen welke node een specifieke pod moet uitvoeren op basis van resourcevereisten, beperkingen en andere factoren. Het optimaliseert het resourcegebruik binnen het cluster, of dit nu op AWS, Google Cloud, Microsoft Azure of andere platforms is.
Controller manager: Zorgt ervoor dat de gewenste toestand van het cluster overeenkomt met de werkelijke toestand. Het omvat controllers voor nodes, eindpunten en replicatie, wat uniformiteit en stabiliteit garandeert bij alle grote cloudproviders.
etcd: Een gedistribueerde key-value store die configuratiegegevens voor het hele cluster opslaat. Het fungeert als de bron van waarheid van het cluster en biedt consistente en betrouwbare gegevensopslag in AWS, Google Cloud en Microsoft Azure omgevingen.
Worker nodes, ook wel minions genoemd, voeren de daadwerkelijke gecontaineriseerde applicaties uit. Elke worker node bestaat uit:
Kubelet: De primaire agent die verantwoordelijk is voor de communicatie met de master node. Het beheert de containers en hun levenscyclus, en zorgt ervoor dat ze in de gewenste toestand verkeren.
Kube proxy: Beheert netwerkwetten op elke node en maakt communicatie tussen pods en externe netwerkbronnen mogelijk. Het zorgt ervoor dat netwerkverkeer efficiënt wordt gerouteerd, ongeacht de onderliggende cloudprovider.
Container runtime: De software die verantwoordelijk is voor het uitvoeren van containers. Veelgebruikte runtimes zijn Docker, containerd en anderen. De keuze van container runtime kan variëren, maar Kubernetes abstraheert deze verschillen en biedt een uniforme interface.
Het controlevlak is een verzameling componenten die de gewenste toestand van het cluster handhaven. Het beheert en reageert op API-aanvragen en zorgt ervoor dat het cluster zich in de gespecificeerde toestand bevindt. De controlevlakcomponenten omvatten de API-server, scheduler, controller manager en etcd.
De architectuur van Kubernetes blijft consistent over verschillende cloudproviders, wat ervoor zorgt dat applicaties uniform kunnen worden geïmplementeerd en beheerd. Deze flexibiliteit stelt teams in staat om moeiteloos de kracht van AWS, Google Cloud, Microsoft Azure of andere platforms binnen het Kubernetes-ecosysteem te benutten.
Het begrijpen van de hieronder genoemde Kubernetes-objecten is cruciaal voor het effectief implementeren en beheren van applicaties binnen een cluster. Ze bieden verschillende abstractieniveaus en functionaliteiten om aan diverse use cases te voldoen.
Een pod is de kleinste implementeerbare eenheid in Kubernetes. Het vertegenwoordigt een enkele instantie van een applicatie en kan één of meer containers bevatten die resources delen, zoals netwerken en opslag. Pods worden meestal gemaakt en beheerd door controllers.
Services in Kubernetes maken een set pods toegankelijk als een netwerkservice. Ze stellen applicaties in staat om met elkaar of met externe clients te communiceren. Kubernetes biedt verschillende soorten services, waaronder ClusterIP, NodePort, LoadBalancer en Ingress.
Deployments zijn een hogere abstractie die het levenscyclusbeheer van pods verzorgt. Ze zorgen ervoor dat er altijd een bepaald aantal pod-replica's draait, waardoor het gemakkelijk is om applicaties op te schalen of te downgraden en rolling updates uit te voeren.
ConfigMaps maken het mogelijk om configuraties los te koppelen van je gecontaineriseerde applicatie, wat het beheer van configuratiegegevens vergemakkelijkt. Secrets worden daarentegen gebruikt voor het veilig opslaan van gevoelige informatie, zoals wachtwoorden of API-tokens.
StatefulSets beheren stateful applicaties die stabiele en unieke netwerkidentificatie vereisen. Ze bieden garanties over de volgorde en uniciteit van pods, waardoor ze geschikt zijn voor databases en andere stateful workloads.
DaemonSets zorgen ervoor dat een specifieke pod wordt uitgevoerd op alle of geselecteerde nodes in het cluster. Dit is vooral nuttig voor taken zoals logging of monitoring agents die op elke node aanwezig moeten zijn.
Het beheren van de levenscyclus van pods is een cruciaal aspect van het werken met Kubernetes. Het begrijpen van hoe je pods maakt, repliceert en bijwerkt, zorgt voor de beschikbaarheid en betrouwbaarheid van je applicaties.
Pods maken en verwijderen: Het maken van een pod omvat het definiëren van een pod-specificatie in een YAML-bestand en dit toepassen op het cluster met behulp van het kubectl apply-commando. Het verwijderen van een pod kan worden gedaan met kubectl delete.
Replicatie en schaling: Kubernetes biedt controllers zoals ReplicaSets en Deployments, die ervoor zorgen dat een bepaald aantal pod-replica's draait. Dit maakt automatische schaalvergroting mogelijk op basis van resourcevereisten.
Rolling updates en rollbacks: Kubernetes ondersteunt rolling updates, waarmee je een applicatie kunt bijwerken zonder downtime. Het vervangt geleidelijk oude pods door nieuwe. Als een update problemen veroorzaakt, ondersteunt Kubernetes rollbacks naar een vorige stabiele toestand.
Effectieve service discovery en load balancing zijn cruciaal om ervoor te zorgen dat applicaties betrouwbaar en efficiënt met elkaar kunnen communiceren.
Kubernetes biedt verschillende soorten services om communicatie tussen pods en externe clients mogelijk te maken:
ClusterIP: Stelt een service bloot op een intern IP-adres binnen het cluster. Het is alleen toegankelijk vanuit het cluster.
NodePort: Stelt een service bloot op een statische poort op het IP-adres van elke node, zodat externe clients toegang hebben tot de service.
LoadBalancer: Dit creëert een externe load balancer die verkeer naar de service doorstuurt. Het is handig voor het verdelen van verkeer over meerdere pods.
Ingress: Beheert externe toegang tot de services in een cluster. Het biedt functies zoals SSL-terminatie en virtuele hosting.
Kubernetes bevat een ingebouwde DNS-service waarmee pods andere services kunnen ontdekken op basis van domeinnamen. Dit vereenvoudigt de communicatie tussen verschillende componenten binnen het cluster.
Kubernetes, vaak afgekort als K8s, is een open-source container orchestratieplatform dat de implementatie, schaalvergroting en het beheer van gecontaineriseerde applicaties automatiseert. Het werd oorspronkelijk ontwikkeld door Google en wordt nu onderhouden door de Cloud Native Computing Foundation (CNCF).
Kubernetes kan op verschillende manieren worden geïnstalleerd. Populaire installatietools zijn onder andere Minikube voor lokale ontwikkeling, kubeadm voor het opzetten van multi-node clusters en beheerde Kubernetes-diensten die worden aangeboden door cloudplatforms zoals Google Kubernetes Engine (GKE) en Amazon Elastic Kubernetes Service (EKS).
Pods zijn de kleinste implementeerbare eenheden in Kubernetes. Ze vertegenwoordigen één of meer containers die resources delen, waaronder netwerk- en opslagbronnen, en worden samen gepland op dezelfde node. Pods vormen de bouwstenen voor het implementeren van applicaties op een Kubernetes-cluster.
Kubernetes biedt verschillende soorten services om load balancing mogelijk te maken. Deze omvatten ClusterIP voor interne load balancing, NodePort voor het blootstellen van services op specifieke poorten op elke node, LoadBalancer voor externe load balancing, en Ingress voor het beheren van externe toegang en routering van verkeer.
Enkele best practices voor het implementeren van applicaties op Kubernetes zijn onder andere het gebruik van declaratieve YAML-bestanden om resources te definiëren, het implementeren van health checks en readiness probes, het gebruik van ConfigMaps en Secrets voor het beheren van configuratiegegevens, het instellen van resourceverzoeken en -limieten voor pods om het resourcegebruik te optimaliseren, en het implementeren van Horizontal Pod Autoscaling (HPA) voor dynamische schaalvergroting op basis van de belasting.
