Tutto quello che c'è da sapere sull'orchestrazione dei container con Kubernetes
Le applicazioni containerizzate hanno cambiato il modo in cui le aziende sviluppano il software moderno. I container offrono una grande flessibilità per l'esecuzione di applicazioni cloud-native. I container raggruppano e incapsulano tutti i servizi e i componenti di un'intera applicazione, rendendola trasportabile in ambienti diversi. Tuttavia, la gestione di centinaia di container in un ambiente distribuito diventa una sfida. È qui che entrano in gioco gli strumenti di orchestrazione dei container.
Sebbene esistano molti strumenti di orchestrazione dei container, come Docker Swarm o Apache Mesos, Kubernetes è diventata una delle migliori piattaforme per l'orchestrazione dei container. I giganti tecnologici utilizzano Kubernetes per ottenere scalabilità, portabilità, resilienza e un migliore utilizzo delle risorse nelle loro applicazioni. Il Rapporto CNCF 2022 conferma l'ampia adozione di Kubernetes da parte delle organizzazioni di tutto il mondo. Con Kubernetes è possibile automatizzare molte attività di gestione dei container e di distribuzione delle applicazioni.
Questo articolo descrive l'orchestrazione dei container con Kubernetes e confronta le diverse distribuzioni di Kubernetes.
Cos'è l'orchestrazione dei container?
L'orchestrazione dei container automatizza la gestione del ciclo di vita dei container in ambienti ampi e dinamici. Include provisioning, deployment, networking, scaling, disponibilità e monitoraggio dello stato di salute.
L'orchestrazione dei container aiuta anche a gestire la connettività tra i container e l'infrastruttura sottostante e fornisce funzionalità di monitoraggio e registrazione per garantire che le applicazioni funzionino senza problemi.
Nel complesso, l'orchestrazione dei container aiuta ad automatizzare la distribuzione e la gestione delle applicazioni containerizzate, consentendo alle organizzazioni di eseguire e scalare rapidamente le applicazioni in ambienti diversi.
Come funziona l'orchestrazione dei container con Kubernetes?
Una configurazione di base di Kubernetes consiste in un nodo master per il controllo e la gestione centrale, nodi worker per l'esecuzione di container, una rete per la comunicazione tra nodi e pod, un runtime per container e l'API Kubernetes. L'API Kubernetes è la spina dorsale fondamentale dell'ecosistema Kubernetes. Consente la comunicazione tra i vari componenti e permette agli utenti di definire, gestire e controllare le loro applicazioni containerizzate. L'API di Kubernetes facilita l'estensibilità e l'integrazione con strumenti esterni, rendendo l'intera piattaforma Kubernetes più robusta, personalizzabile e adattabile a diversi casi d'uso.
Come piattaforma di orchestrazione, Kubernetes ha il grande vantaggio di poter gestire un gran numero di container. Il set di funzionalità include il monitoraggio automatico, la distribuzione, la riparazione, la copia e la migrazione dei container. Se volete saperne di più sull'architettura di Kubernetes e sui suoi oggetti principali, leggete il nostro articolo del blog "Cos'è Kubernetes?".
Cosa sono le distribuzioni Kubernetes?
Una distribuzione Kubernetes è un pacchetto preconfigurato per Kubernetes, fornito da fornitori commerciali o comunità open source. Le distribuzioni Kubernetes hanno lo scopo di semplificare la configurazione e la gestione di Kubernetes negli ambienti di produzione.
Mentre è necessario configurare e distribuire il Kubernetes originale (vanilla) da soli, il che richiede esperienza, le distribuzioni Kubernetes forniscono una serie di componenti e funzionalità aggiuntive oltre agli elementi principali che rendono Kubernetes più facile da distribuire, scalare e mantenere.
Tra l'altro, spesso consentono di configurare facilmente i cluster Kubernetes sulle varie piattaforme cloud o sui server bare-metal. Altre caratteristiche e componenti delle distribuzioni includono controller di ingress, plugin CNI (Container Network Interface), risorse di volume persistenti, ma anche integrazioni con altri strumenti come soluzioni di monitoraggio o piattaforme di analisi dei log. Allo stesso tempo, molte distribuzioni includono funzionalità di sicurezza e conformità per aumentare la protezione del cluster, nonché meccanismi di manutenzione, ad esempio per semplificare l'aggiornamento a nuove versioni di Kubernetes.
Quali sono i diversi tipi di distribuzioni Kubernetes?
Esistono anche diversi tipi di distribuzioni Kubernetes. Queste possono differire a seconda dello scopo, dell'uso previsto e delle funzionalità. Ad esempio, alcune distribuzioni Kubernetes possono essere ospitate on-premise, eseguite nel cloud o disponibili come servizio cloud. Inoltre, il livello di autogestione varia tra le distribuzioni Kubernetes.
Con Kubernetes autogestito, l'utente è responsabile dell'esecuzione del cluster, della gestione del sistema operativo sui nodi, degli aggiornamenti software, dei backup e di altre attività di manutenzione. Tuttavia, l'utente ha il pieno controllo del cluster e della sua configurazione, consentendogli di modificarlo a seconda delle necessità.
Con Managed Kubernetes, un cloud provider o un fornitore di servizi mantiene l'infrastruttura del cluster ed esegue aggiornamenti, backup e altre attività di manutenzione. L'utente, invece, è responsabile delle applicazioni Kubernetes. L'utente ha un controllo limitato sui cluster. I fornitori di solito forniscono un certo livello di supporto per Kubernetes gestito.
In sintesi, Kubernetes autogestito offre maggiore controllo e personalizzazione, ma richiede anche maggiori competenze e sforzi per la configurazione e la manutenzione, mentre Kubernetes gestito offre meno controllo, ma più supporto e facilità d'uso.
Vantaggi di Kubernetes autogestito
Alcuni dei vantaggi di Kubernetes autogestito sono i seguenti:
Controllo: Hai il controllo completo del tuo cluster, dove puoi configurare tutto secondo le tue esigenze. La conformità e gli obblighi normativi spesso richiedono l'utilizzo della propria infrastruttura invece di quella condivisa sul cloud pubblico.
Personalizzazione/flessibilità: Kubernetes autogestito offre una maggiore flessibilità sulla configurazione, la distribuzione e la gestione del cluster. È possibile personalizzare il cluster in base alle proprie esigenze, selezionando le soluzioni hardware, di rete e di storage.
Economicità: Grazie alla sua flessibilità, un ambiente Kubernetes autogestito offre molte opportunità di controllo dei costi. Grazie alla libertà di scelta, le organizzazioni possono ottenere infrastrutture e risorse di calcolo convenienti per i loro cluster Kubernetes da fornitori di cloud o da data center locali, e personalizzare le loro distribuzioni Kubernetes per ridurre i costi delle licenze, ad esempio.
Considerazioni sull'utilizzo di Kubernetes autogestito
Se da un lato Kubernetes autogestito offre maggiore flessibilità e adattabilità, dall'altro richiede una conoscenza specialistica dell'amministrazione, dell'infrastruttura e della sicurezza di Kubernetes, nonché un investimento significativo in risorse e manutenzione.
Gli ingegneri DevOps devono mantenere e aggiornare regolarmente il cluster e le organizzazioni devono assicurarsi di avere risorse sufficienti per gestire i carichi di lavoro e scalare il cluster. Il mantenimento di un cluster Kubernetes autogestito richiede un monitoraggio regolare, la risoluzione dei problemi e il backup dei dati per garantirne la resilienza.
Nonostante i maggiori oneri, tuttavia, Kubernetes autogestito può essere interessante per le organizzazioni che hanno esigenze specifiche non coperte da un servizio Kubernetes gestito.
Vantaggi di Kubernetes gestito
Kubernetes gestito presenta una serie di vantaggi, quali:
Concentrarsi sulle funzionalità aziendali: Kubernetes gestito elimina la complessità della gestione dell'infrastruttura, della rete e dello storage. Libera i team di sviluppo dalla gestione dell'infrastruttura sottostante, in modo che possano concentrarsi sulla creazione delle applicazioni. Lo sviluppo e la distribuzione più rapidi riducono il time-to-market e i costi di sviluppo.
Manutenzione più semplice: Con i servizi Kubernetes gestiti, le organizzazioni non devono preoccuparsi della gestione e della manutenzione del cluster Kubernetes. Il cloud provider gestisce l'implementazione dell'infrastruttura, la configurazione, la gestione, gli aggiornamenti, le patch e la scalabilità. In questo modo le aziende possono concentrarsi sulla creazione e sulla distribuzione delle applicazioni in tempi più brevi.
Scalabilità e affidabilità: Le soluzioni Kubernetes gestite offrono scalabilità automatica, alta disponibilità e accordi sul livello di servizio (SLA) impressionanti, che rendono l'applicazione più affidabile e scalabile.
Integrazione con altri servizi: Le soluzioni Kubernetes gestite offrono una forte integrazione con altri servizi complementari offerti dal fornitore. Alcuni esempi includono pipeline CI/CD, database, strumenti di monitoraggio, ecc.
Considerazioni sull'uso di Kubernetes gestito
L'implementazione di un servizio Kubernetes gestito può portare vantaggi significativi a un'organizzazione. Allo stesso tempo, però, richiede una pianificazione e una preparazione approfondite per consentire un'implementazione senza problemi e garantire che le esigenze aziendali siano soddisfatte.
Le organizzazioni con standard di conformità rigorosi possono avere dubbi sulle certificazioni di sicurezza e conformità dei fornitori di cloud. La scelta di Kubernetes gestito da un fornitore di servizi cloud può anche significare il vincolo a un fornitore e al suo ecosistema, poiché la stretta integrazione dei servizi limita le opzioni di cambio di fornitore o di approccio multi-cloud. Inoltre, la mancanza di controllo sui nodi master può essere problematica per le organizzazioni che richiedono maggiore personalizzazione o controllo.
Trovare la giusta distribuzione Kubernetes
La scelta della distribuzione Kubernetes più adatta alla tua organizzazione dipende da molti fattori e deve essere adattata alle esigenze individuali.
Identificare il caso d'uso
Il primo passo nella scelta di uno strumento di orchestrazione Kubernetes è l'identificazione dei requisiti aziendali o del caso d'uso. Si devono considerare i seguenti fattori:
Tipo di applicazione: L'applicazione verrà eseguita in un ambiente ibrido o multi-cloud? È richiesta un'integrazione specifica? Ad esempio, GKE è adatto per le applicazioni ad alta intensità di intelligenza artificiale, in quanto offre una forte integrazione con TensorFlow e le TPU.
Scalabilità: Di quali opzioni di scalabilità ha bisogno l'azienda per le sue applicazioni? Le soluzioni Kubernetes gestite da un provider cloud hanno il vantaggio di avere opzioni di scalabilità integrate. Le varie distribuzioni di Kubernetes possono differire in modo significativo per quanto riguarda la scalabilità. Ad esempio, alcune distribuzioni offrono un ridimensionamento efficiente e automatico dei nodi in base alle esigenze del cluster, mentre altre non lo offrono.
Requisiti delle risorse: Ci sono requisiti particolari per le risorse, come CPU elevata, I/O elevato, ecc.
Disponibilità: È richiesta un'alta disponibilità integrata o una tolleranza ai guasti?
Lo strumento è compatibile con l'infrastruttura esistente?
Il passo successivo è assicurarsi che lo strumento sia compatibile con l'infrastruttura e le applicazioni esistenti. A tal fine, lo strumento deve essere
- compatibile con i sistemi operativi esistenti
- adattarsi al modello di virtualizzazione o containerizzazione esistente,
- supportare le integrazioni esistenti e
- compatibile con l'infrastruttura di rete.
Facilità d'uso
Tra le altre cose, la valutazione include la risposta alla domanda su quanto sia facile lavorare con la soluzione desiderata. Alcuni punti importanti in questo contesto sono
- Lo strumento richiede un lungo processo di apprendimento?
- L'interfaccia dello strumento è facile da usare?
- Richiede molto impegno e abilità per la configurazione e la manutenzione?
- Lo strumento supporta l'automazione di diverse attività?
Supporto
Il supporto è un altro fattore essenziale nella scelta del giusto strumento di orchestrazione. Alcuni fattori da considerare sono:
- Lo strumento supporta gli aggiornamenti automatici del software?
- Lo strumento fornisce un'assistenza basata su SLA?
- Lo strumento fornisce un supporto tecnico 24 ore su 24, 7 giorni su 7?
- Quanto è disponibile il supporto della comunità?
Costo
Altri aspetti sono legati ai costi. Le aziende dovrebbero considerare i seguenti aspetti quando scelgono la soluzione Kubernetes che preferiscono:
- Quali sono i costi di licenza dello strumento?
- Quanti costi saranno necessari per la formazione del personale?
- Quali sono i costi infrastrutturali associati?
- Quali sono i costi legati al cloud associati a questo strumento?
Nella valutazione della giusta piattaforma Kubernetes, il monitoraggio dell'infrastruttura Kubernetes è un altro punto da non trascurare. Senza il monitoraggio, si otterranno solo informazioni rudimentali o limitate sullo stato di salute dei cluster Kubernetes e sul loro utilizzo delle risorse. Pertanto, il resto di questo articolo si concentrerà su questo aspetto.
Perché monitorare Kubernetes?
Il monitoraggio di un'infrastruttura Kubernetes è essenziale per individuare e risolvere tempestivamente qualsiasi problema. Kubernetes è una soluzione complessa con molti componenti e servizi che lavorano simultaneamente. Il malfunzionamento di un singolo servizio o di una singola parte può interrompere un'applicazione.
Si noti che non esistono soluzioni di monitoraggio integrate con funzionalità enterprise per Kubernetes, quindi è necessario aggiungere un software di monitoraggio supplementare all'installazione predefinita di Kubernetes.
La situazione è diversa per i servizi Kubernetes gestiti, che dispongono di strumenti di monitoraggio forniti dal rispettivo fornitore di cloud. Tuttavia, questi sono limitati all'ambiente cloud del provider.
Per questo motivo, è ragionevole utilizzare una soluzione di monitoraggio di terze parti che possa essere eseguita sul cluster e sia trasportabile tra gli ambienti e i provider.
Una di queste soluzioni di monitoraggio di Kubernetes è Checkmk. Checkmk non solo monitora l'utilizzo delle risorse e la salute generale di tutti gli oggetti Kubernetes, ma fornisce anche informazioni in tempo reale sulle prestazioni del cluster. Grazie alla sua dashboard Kubernetes intuitiva e interconnessa, è possibile analizzare l'ambiente Kubernetes dal cluster fino al livello di pod con pochi clic.
Grazie a un monitoraggio adeguato, è possibile ottenere l'ottimizzazione dei costi, la sicurezza su tutti i livelli, la messa a punto delle prestazioni, ecc. L'implementazione di un approccio proattivo al monitoraggio è fondamentale.
Durante il monitoraggio di Kubernetes, tenete d'occhio le seguenti metriche chiave:
- CPU, IO e memoria utilizzati dai diversi processi.
- Processi eseguiti nei container in esecuzione.
- Riavvii dei container.
- Picchi nella CPU o nella memoria di uno o più container.
- Dimensioni del contenitore e output di altri contenitori.
Riflessioni finali
In questo articolo abbiamo parlato di diverse installazioni di Kubernetes, tra cui Kubernetes vanilla, gestito dal cloud e autogestito. Abbiamo discusso i pro e i contro di ciascuna opzione e i casi d'uso per ciascun tipo. La scelta della soluzione Kubernetes giusta dipende da diversi fattori, come il tipo di applicazione, la scalabilità, le risorse e le esigenze di disponibilità.
Vanilla Kubernetes è la versione "pura" e non modificata di Kubernetes del progetto open source. Consente il controllo completo e quindi la massima flessibilità nella personalizzazione di Kubernetes. Tuttavia, ciò richiede una conoscenza approfondita di Kubernetes e dei suoi componenti, quindi Vanilla è più adatto a team DevOps esperti o a persone e organizzazioni tecnicamente preparate.
Le distribuzioni Kubernetes gestite sono versioni di Kubernetes preconfigurate e gestite da fornitori di cloud o da fornitori di servizi specializzati come AKS, EKS o GKE. I fornitori si occupano della distribuzione, della manutenzione e della scalabilità dei cluster Kubernetes. Questo permette ai team di sviluppo, ad esempio, di concentrarsi sullo sviluppo delle applicazioni, essendo sollevati dalla gestione dell'infrastruttura.
Una distribuzione Kubernetes autogestita è una versione in cui l'utente è responsabile della distribuzione, della configurazione, della manutenzione e della gestione del cluster Kubernetes. Come tale, richiede competenze e risorse, ma offre le maggiori opzioni di personalizzazione. Per questo motivo, una distribuzione Kubernetes autogestita è adatta alle organizzazioni che dispongono di competenze Kubernetes e dell'infrastruttura necessaria per supportarle.
Indipendentemente dal tipo di Kubernetes, l'orchestrazione di Kubernetes richiede un monitoraggio proattivo dei cluster e dei loro componenti. Soluzioni come Checkmk possono fornire un monitoraggio completo con dashboard ricchi di dati, avvisi in tempo reale e preziose informazioni sullo stato di salute di Kubernetes.