Kubernetes (K8s) là gì? Chức năng và cơ chế hoạt động của Kubernetes

Kubernetes có chức năng và cơ chế hoạt động đặc biệt như thế nào? FPT Cloud sẽ mang đến cho bạn đọc những thông tin giá trị về Kubernetes bằng việc giải đáp tất cả những thắc mắc trên. Vậy nếu bạn nào đang có hứng thú tìm hiểu về Kubernetes thì hãy dành thời gian cùng theo dõi bài viết nhé.

>>> Xem thêm: FPT Kubernetes Engine (K8s) | An toàn, bảo mật, ổn định

1. Kubernetes là gì?

Kubernetes hay còn được gọi với nhiều cái tên khác là K8S hay KUBE. Kubernetes là một nền tảng mã nguồn mở, khả chuyển, có thể mở rộng để quản lý các ứng dụng được đóng gói và các dịch vụ, giúp tự động hóa việc triển khai và vận hành ứng dụng một cách hiệu quả.

Nó giúp quản lý và điều phối các container trong một cụm máy chủ, là một hệ sinh thái lớn và có tốc độ phát triển nhanh chóng. Các dịch vụ, sự hỗ trợ và công cụ được tích hợp có sẵn rộng rãi. 

Ngoài ra, Cluster Kubernetes còn có thể cho phép mở rộng các Host trên các Cloud ở nhiều vị trí. Cụ thể như mở rộng tại chỗ, Public, Private hay Hybrid.

Do đó Kubernetes chính là một nền tảng lý tưởng để Host các ứng dụng Cloud – Native yêu cầu khả năng mở tộc với tốc độ nhanh nhất. Chẳng hạn như truyền dữ liệu dựa trên theo thời gian thực thông qua Apache Kafka.

Kubernetes, bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp với ý nghĩa "người lái tàu" hoặc "hoa tiêu", được Google mã nguồn mở vào năm 2014. Nền tảng này là kết tinh từ hơn 15 năm kinh nghiệm của Google trong vận hành khối lượng lớn workload, kết hợp với những ý tưởng và thực tiễn tốt nhất từ cộng đồng.

Sau một thời gian dài được xây dựng, Google đã tạo ra đến hơn 2 tỷ triển khai Container mỗi tuẩn. Tất cả mọi thành quả này đều được cung cấp bởi nền tảng nội bộ Borg – Tiền thân của Kubernetes. 

2. Chức năng chính của Kubernetes

Kubernetes là một nền tảng mã nguồn mở rộng đảm đương nhiều nhiều vụ quan trọng trong việc hỗ trợ quản lý và phát triển các Container. Vì vậy các chức năng chính của Kubernetes khá đa dạng. Tuy nhiên những chức năng chính của Kubernetes có thể kể đến như:

2.1 Cân bằng tải

Kubernetes quản lý rất nhiều Docker Host bằng cách tạo ra các Container Cluster. Tuy nhiên khi chạy một Container trên Kubernetes thì việc triển khai các phiên bản giống nhau sẽ diễn ra. K8S được sử dụng sẽ cung cấp chức năng cân băng tải tự động và tăng khả năng chịu lỗi.

Ngoài ra, việc sở hữu chức năng cân bằng tải (load balancing) mà Kubernetes cũng có thể tự thực hiện autoscaling – Tự động tăng giảm số lượng Replicas. Điều này giúp việc triển khai kubernetes được ổn định hơn.

2.2 Điều chỉnh bộ nhớ

Ngoài chức năng cân bằng tải thì Kubernetes còn có một chức năng khác vô cùng đáng chú ý đó là chức năng điều chỉnh bổ nhớ. Bởi vì K8S cho phép người dùng tự động Mount một hệ thống lưu trữ mà mình lựa chọn. Chẳng hạn như lựa chọn các hệ thống lưu trữ Local Storages, Public Cloud Providers,…một cách tự do mà không gặp phải trở ngại hay rào cản gì. 

Với chức năng này, người dùng hoàn toàn có thể tự điều chỉnh bộ nhớ sao cho phù hợp với nhu cầu và mục đích sử dụng mà mình cần. Vậy nên đây được xem là một trong những chức năng quan trọng của Kubernetes được đông đảo người dùng đánh giá cao khi sử dụng.

2.3 Tự động phát hành và thu hồi

Kubernetes hỗ trợ người dùng thêm một chức năng vô cùng quan trọng khác đó là chức năng tự động phát và thu hồi. Có nghĩa người dùng có thể tiến hành mô tả trạng thái mong muốn cho các Container thông qua việc sử dụng K8S. K8S có thể giúp làm thay đổi trạng thái thực tế sang trạng thái mong muốn của người dùng với tần suất được kiểm soát. 

Nói một cách dễ hiểu hơn, bạn có thể tự động hóa K8S để tạo mới các Container cho việc triển khai của bạn. Thực hiện xóa các Container hiện có và áp dụng tất cả các Resource của chúng cho Container mới được tạo nên mà không gây ra bất cứ ảnh hưởng nào cho hệ thống. 

2.4 Tự phục hồi

Tự động phục hồi là một trong những chức năng chính tiếp theo của Kubernetes. Chức năng này hoạt động kích hoạt Kubernetes khởi động lại các Container bị lỗi, thay thế các Container, xóa các Container không phản hồi lại cấu hình Health Check Do người dùng xác định.

Kubernetes sẽ ngăn chặn và không cho các Client biết đến các Container bị lỗi, bị thay thế, bị xóa cho đến khi chức năng chúng được phục hồi và sẵn sàng hoạt động.

2.5 Quản lý cấu hình

Trong rất nhiều chức năng quan trọng của Kubernetes thì chức năng quản lý cấu hình được đánh giá có vai trò quan trọng nhất. Bởi vì khi Kubernetes cho phép người dùng thực hiện quá trình lưu trữ và quản lý các thông tin nhạy cảm thì bạn có thể triển khải, cập nhật lại Secret và cấu hình lại ứng dụng một cách hiệu quả. 

Thông thường bạn phải cần Build lại các Container Image. Đồng thời bạn phải tiết lộ Secret trong cấu hình Stack của mình mới có thể thực hiện việc lưu trữ, quản lý thông tin Password, Oauth Token và SSH Key,…Những với tính năng quản lý cấu hình mà K8S cung cấp thì việc quản lý, lưu trữ thông tin nhạy cảm trở nên dễ dàng, thuận lợi hơn.

>>> Xem thêm: Cloud Server là gì? Hoạt động của hệ thống máy chủ đám mây

3. Một vài khái niệm cơ bản liên quan đến Kubernetes

Kubernetes sử dụng rất nhiều khái niệm chuyên ngành. Vậy K8S có những khái niệm cơ bản nào được sử dụng nhiều và cần phải nắm thì sau đây là câu trả lời.

3.1 Master Node

Master Node trong Kubernetes được hiểu là server điều khiển các máy Worker chạy ứng dụng. Theo như thông tin cập nhật được thì Master Node trong K8S được phân chia thành 4 phần chính như sau:

Kubernetes API Server

Đây là một trong những thành phần chính vô cùng quan trọng của Master Node. Thành phần này có nhiệm vụ giúp các thành phần khác liên lạc, nói chuyện với nhau. Các lập trình viên khi triển khai các ứng dụng sẽ gọi API Kubernetes API Server này. Vậy nên Kubernetes API Server mới được đánh giá là thành phần quan trọng của Master Node.

Scheduler

Đây là thành phần lập lịch. Có nghĩa là thành phần này sẽ tiến hành lập lịch trình triển khai cho các ứng dụng. Các ứng dụng được đặt vào Worker nào để chạy,…thì thành phần Scheduler phải lên lịch cụ thể.

Controller Manager

Thành phần này trong Master Node có nhiệm vụ quản lý các Worker. Đồng thời thành phần này cũng sẽ là thành phần chính thực hiện việc kiểm tra các Worker sống hay chết và đảm nhận luôn việc nhân bản ứng dụng.

Etcd

Đây là thành phần cuối cùng cấu thành Master Node. Thành phần này là cơ sở dữ liệu của Kubernetes. Tất cả các thông tin của Kubernetes đều sẽ được lưu trữ cố định vào Etcd.

3.2 Worker Node

Bạn có thể hiểu Worker Node trong Kubernetes chính là server chạy ứng dụng trên đó. Cũng giống như Master Node thì Worker Node trong Kubernetes cũng sở hữu nhiều thành phần quan trọng.

Trong đó đáng chú ý nhất chính là 3 thành phần chính được liệt kê sau đây.

• Container Runtime: Đây là một trong những thành phần có vai trò giúp chạy các ứng dụng trong Kubernetes chạy dưới dạng Container. Thông thường người ta sẽ sử dụng Docker kubernetes.
• Kubelet: Thành phần Kubelet là thành phần giao tiếp với Kubernetes API Server. Đồng thời Kubelet cũng là thành phần chính chịu trách nhiệm quản lý các Container trong Kubernetes.
• Kubernetes Service Proxy: Thành phần này có nhiệm vụ chính là đảm nhiệm công việc phân tải giữa các ứng dụng.

3.3 Kubectl

Kubectl là một trong những công cụ cấu hình dòng lệnh cho Kubernetes. Tool quản trị K8S, được cài đặt trên các máy trạm. Kubectl cho phép các lập trình viên đẩy các ứng dụng mô tả triển khai vào cụm Kubernetes. Đồng thời Kubectl cũng cho phép các quản trị viên có thể quản trị được các cụm Kubernetes. 

3.4 Pod

Pod là quan trọng nhất trên Kubernetes. Bởi vì bản thân Pod đã có thể chứa 1 hoặc rất nhiều Container khác nhau. Vì vậy có thể nói, Pod chính là nơi mà các ứng dụng hoàn toàn có thể chạy trong đó. Không chỉ vậy, Pod còn là các tiến trình nằm trên các Worker Node. Bản thân Pod đã có tài nguyên riêng về File System, CPU, RAM, Volumes, địa chỉ Network,…

3.5 Image

Image trong Kubernetes là phần mềm chạy ứng dụng đã được gọi lại thành một chương trình để có thể chạy dưới dạng Container. Các Pod trong Kubernetes sẽ tiến hành sử dụng các Image để chạy. 

Thông thường các Image trong Kubernetes sẽ được quản lý ở một nơi lưu trữ tập trung. Ví dụ như bạn có Docker Hub là nơi chứa Image của nhiều ứng dụng phổ biến như:

• Nginx
• Mysql
• WordPress
• ….

3.6 Deployment 

Deployment là khái niệm về cách thức giúp triển khai, cập nhật, quản trị các Pod trong Kubernetes. Với sự hiện diện của Deployment sẽ giúp người dùng triển khai, cập nhật và quản trịnh những Pod thông dụng trở nên dễ dàng, thuận tiện hơn. 

3.7 Replication Controller

Replication Controller trong K8S có nhiệm vụ điều khiến việc nên có bao nhiêu bản sao giống nhau của một Pod khi chạy ở đâu đó trên Cluster. Nói một cách dễ hiểu hơn thì Replication Controller là thành phần quản trị bản sao của Pod. Thành phần này sẽ giúp nhân bản hay giảm số lượng Pod trong quá trình hoạt động.

3.8 Service

Service là phần mạng của Kubernetes. Service trong Kubernetes giúp cho các Pod gọi nhau ổn định hơn. Hoặc giúp quá trình Load Balancing giữa nhiều bản sao của Pod. Các Kubernetes Service Proxies sẽ 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 thì quá trình vẫn không bị gián đoạn. Từ đó giúp người dùng có thể dễ dàng sử dụng được ứng dụng.

3.9 Label

Label ra đời đảm đương nhiệm vụ chính là phân loại và quản lý Pod. Đặc biệt Label sẽ giúp đánh nhãn các Pod thông qua Frontend, Backend trên nền Dev, QC, UAT, Production,….

4. Trường hợp cần sử dụng chính Kubernetes

Kubernetes ứng dụng đúng lúc đúng chỗ sẽ giúp mang lại cho người dùng nhiều lợi ích tuyệt vời. Vì vậy mỗi người lựa chọn nền tảng mã nguồn này cần nắm rõ trường hợp nào cần sử dụng chính K8S. Theo thông tin cập nhật được, các trường hợp chính xác nhất cần sử dụng chính mới khả dụng gồm có:

• Trường hợp đầu tiên cần sử dụng Kubernetes chính là khi các doanh nghiệp lớn có nhu cầu thực sự cần phải Scaling hệ thống nhanh chóng. Trong khi đó quá trình thực hiện đã sử dụng Container (Docker). Trường hợp này nếu không sử dụng chính Kubernetes sẽ không thể nào đạt được kết quả như mong muốn.
• Trường hợp tiếp theo cần sử dụng Kubernetes là khi các dự án cần chạy lượng máy lớn. Các dự án chỉ cần chạy >= 5 Container cùng 1 loại cho 1 dịch vụ thì bắt buộc phải cần sự hỗ trợ của một nền tảng mã nguồn mở hiện đại như Kubernetes.
• Kubernetes còn thực sự cần thiết sử dụng khi các Startup tân tiến, chịu đầu tư vào công nghệ để dễ dàng auto Scale về sau.
• Nhiều trường hợp khác
  

  

5. Ưu điểm nổi bật của Kubernetes

Thực tế, một nền tảng mã nguồn mở hiện đại, tân tiến như Kubernetes luôn sở hữu trong mình nhiều ưu điểm vượt trội hơn hẳn nhiều nền tảng khác. Minh chứng rõ ràng nhất là nền tảng ngày càng đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận hành của các ứng dụng. Vì vậy nếu đề cập về ưu điểm thì không thể bỏ qua những ưu điểm nổi bật sau đây.

5.1 Cung cấp nền tảng để lên lịch và chạy các Containers

Một trong những ưu điểm chính của việc sử dụng K8S chính là mang đến 1 nền tảng vững chắc để lên lịch và chạy các Containers. Đặc biệt Kubernetes cực kỳ cần thiết nếu bạn đang tối ưu App Dev cho Clous. Bởi vì nên tảng này sẽ cho phép người dùng lên lịch và chạy các Containers trên các Clusters của máy vật lý hoặc máy ảo. 

Công nghệ Kubernetes sẽ giúp người dùng dễ dàng triển khai và hoạt động trên cơ sở hạ tầng Container – Based trong môi trường Sản xuất. Việc Kubernetes có khả năng tự động hóa các hoạt động vận hành sẽ giúp người dùng có thể thực hiện nhiều tác vụ đối với Container.

Ưu điểm này không chỉ hỗ trợ người dùng hoạt động hữu ích đối với Container mà còn có thể làm việc trên nhiều nền tảng ứng dụng khác hoắc các hệ quản lý khác. Vì vậy với Kubernetes bạn hoàn toàn có thể thực hiện các nhiệm vụ sau:

• Điều hành, phân bố Container trên nhiều máy chủ
• Tận dụng phần cứ nhiều hơn để tối đa hóa tài nguyên cần thiết cho việc chạy các ứng dụng doanh nghiệp.
• Kiểm soát, tự động triển khai ứng dụng
• Cập nhật ứng dụng
• Gắn, bổ sung thêm bộ nhớ để chạy mướt các ứng dụng Stateful
• Mở rộng các ứng dụng chứa trong các Container
• Mở rộng tài nguyên của Container một cách nhanh chóng
• Health – Check và Self – Heal các ứng dụng bằng tính năng tự động phát hiện, sửa lỗi, dò tìm và mở rộng
• …..

>>> Xem thêm: Cloud Computing là gì? Phân loại, cách thức hoạt động

5.2 Cung cấp không gian lưu trữ quy mô lớn

Kubernetes ngoài ưu điểm cung cấp nền tảng để lên lịch và chạy Container thì mã nguồn này còn mang đến nhiều ưu điểm khác cho người dùng. Ưu điểm tiếp theo mà Kubernetes mang lại chính là cung cấp không gian lưu trữ rộng lớn cho người dùng. 

Sở dĩ Kubernetes được đánh giá cao ưu thế này là vì Kubernetes được thiết kế xây dựng mang đến nhiều không gian lưu trữ khác nhau. Người dùng khi sử dụng sẽ có nhiều tùy chọn lưu trữ để lựa chọn. Chẳng hạn như các tùy chọn lưu trữ SAN cục bộ hay lưu trữ vào không gian đám mây công cộng,…

5.3 Không bao giờ cạn

Kubernetes cho dù thử nghiệm tại địa phương hay điều hành tại một doanh nghiệp toàn cầu thì tính linh hoạt của hệ thống sẽ phát triển tùy theo yêu cầu của người dùng.

Kubernetes cung cấp nguồn tài nguyên vô tận để các ứng dụng của bạn có thể hoạt động một cách nhất quán và dễ dàng cho du nhu cầu của bạn có phức tạp đến đâu.

5.4 Vận hành mọi nơi

Kubernetes – Hệ thống mã nguồn mở sở hữu ưu điểm là cho phép người dùng tự do tận dụng cơ sở hạ tầng tại chỗ, lai. Ngoài ra, người dùng cũng có thể lựa chọn cơ sở hạ tầng điện toán đám mây để di chuyển khối lượng lớn công việc của mình đến những nơi quan trọng mà bạn mong muốn. 

Những bài viết liên quan:

• Top 16 dịch vụ lưu trữ đám mây tốt phổ biến nhất 2024
• Bảng giá cho thuê Cloud Server (máy chủ ảo) - FPT Cloud

Thông tin về kubernetes là gì và các kiến thức liên quan đã giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tính năng và lợi ích của kubernetes. Các nhà phát triển, doanh nghiệp, nhà quản lý có thể tập trung vào việc phát triển ứng dụng mà không phải lo lắng về việc quản lý cơ sở hạ tầng. Mọi thắc mắc xin vui lòng liên hệ FPT Cloud để tham khảo và được tư vấn đầy đủ hơn.