Michał Walendowski

Szybki Start! Kubernetes w moment

© Michał Walendowski, 2024

W tej książce przyjrzymy się wszystkim kluczowym aspektom Kubernetes, począwszy od podstawowych pojęć i instalacji, aż po zaawansowane techniki zarządzania i optymalizacji klastrów. Niezależnie od tego, czy dopiero zaczynasz swoją przygodę z Kubernetes, czy też szukasz pogłębienia swojej wiedzy, znajdziesz tu praktyczne wskazówki, przykłady i narzędzia, które pomogą Ci opanować tę potężną platformę.

ISBN 978-83-8369-409-2

Książka powstała w inteligentnym systemie wydawniczym Ridero

Spis treści

Szybki Start! Kubernetes w moment

Wstęp

Rozdział 1: Wprowadzenie do Kubernetes

Definicja i historia Kubernetes

Dlaczego warto korzystać z Kubernetes

Podstawowe pojęcia: kontenery, klastry, węzły, itp

Kod przykładowy: Instalacja i konfiguracja Kubernetes

Podsumowanie

Rozdział 2: Instalacja i konfiguracja

Instalacja Kubernetes na lokalnej maszynie

Konfiguracja klastra Kubernetes

Konfiguracja narzędzi do zarządzania klastrami

Następne kroki

Podsumowanie

Rozdział 3: Podstawowe koncepcje

Praca z kontenerami w Kubernetes

Zarządzanie podami w Kubernetes

Replication controllers i replica sets

Zarządzanie węzłami i pojemnikami

Podsumowanie

Rozdział 4: Skalowanie i równoważenie obciążenia

Automatyczne skalowanie

Zarządzanie zasobami

Równoważenie obciążenia usług

Monitorowanie i skalowanie

Przykłady praktyczne

Przyszłość skalowania w Kubernetes

Podsumowanie

Rozdział 5: Zarządzanie konfiguracją i deklaratywność

Deklaratywna konfiguracja w Kubernetes

Wykorzystanie plików YAML do opisu zasobów

Konfiguracja aplikacji za pomocą ConfigMap i Secrets

Przykłady praktyczne

Przyszłość zarządzania konfiguracją w Kubernetes

Podsumowanie

Rozdział 6: Praca z usługami

Tworzenie i zarządzanie usługami

Komunikacja między usługami w klastrze

Istniejące protokoły komunikacyjne w Kubernetes

Przykłady praktyczne

Przyszłość pracy z usługami w Kubernetes

Podsumowanie

Rozdział 7: Bezpieczeństwo w Kubernetes

Zarządzanie uprawnieniami i dostępem

Bezpieczne przechowywanie tajemnic

Zabezpieczanie klastra przed atakami

Przyszłość bezpieczeństwa w Kubernetes

Podsumowanie

Rozdział 8: Monitorowanie i debugowanie

Monitorowanie klastra

Analiza logów i zdarzeń

Debugowanie aplikacji w klastrze

Przykłady praktyczne

Przyszłość monitorowania i debugowania w Kubernetes

Podsumowanie

Rozdział 9: Przykłady praktyczne

Przykład 1: Wdrażanie aplikacji internetowej

Przykład 2: Skalowanie aplikacji

Przykład 3: Zarządzanie konfiguracją aplikacji

Podsumowanie

Rozdział 10: Przyszłość Kubernetes

Kontynuacja innowacji

Nowe trendy w zarządzaniu kontenerami

Przyszłość community

Podsumowanie

Rozdział 11: Automatyzacja w Kubernetes

Automatyczne wdrażanie aplikacji

Automatyczne skalowanie aplikacji

Automatyczne monitorowanie i utrzymanie

Przykłady praktyczne

Podsumowanie

Rozdział 12: Wydajność i optymalizacja

Monitorowanie i analiza wydajności

Optymalizacja wydajności

Praktyczne przykłady optymalizacji

Podsumowanie

Rozdział 13: Integracja z narzędziami CI/CD

Integracja z Jenkins

Integracja z GitLab CI/CD

Integracja z Travis CI

Praktyczne przykłady integracji

Podsumowanie

Rozdział 14: Społeczność Kubernetes i Źródła Informacji

Społeczność Kubernetes

Źródła Informacji

Podsumowanie

Podsumowanie kluczowych punktów

Perspektywy rozwoju

Koniec

Wstęp

Witaj w książce „Szybki Start! Kubernetes w moment”. Jeśli szukasz przewodnika po fascynującym świecie Kubernetes, to trafiłeś we właściwe miejsce. Wstąp na pokład tej podróży przez jedną z najbardziej dynamicznie rozwijających się technologii w dziedzinie informatyki.

Kubernetes to otwarta platforma do zarządzania kontenerami, która umożliwia automatyzację wdrażania, skalowania i zarządzania aplikacjami w kontenerach. Dzięki swojej elastyczności, skalowalności i niezawodności, Kubernetes stał się standardem w dziedzinie wdrażania i zarządzania aplikacjami opartymi na kontenerach.

W tej książce przyjrzymy się wszystkim kluczowym aspektom Kubernetes, począwszy od podstawowych pojęć i instalacji, aż po zaawansowane techniki zarządzania i optymalizacji klastrów. Niezależnie od tego, czy dopiero zaczynasz swoją przygodę z Kubernetes, czy też szukasz pogłębienia swojej wiedzy, znajdziesz tu praktyczne wskazówki, przykłady i narzędzia, które pomogą Ci opanować tę potężną platformę.

W trakcie lektury tej książki dowiesz się:

— Co to jest Kubernetes i dlaczego warto z niego korzystać.

— Jak zainstalować i skonfigurować klaster Kubernetes na różnych platformach.

— Jak korzystać z podstawowych funkcji Kubernetes, takich jak zarządzanie kontenerami, skalowanie aplikacji i równoważenie obciążenia.

— Jak deklaratywnie konfigurować aplikacje w Kubernetes za pomocą plików YAML.

— Jak zapewnić bezpieczeństwo aplikacji i danych w klastrze Kubernetes.

— Jak monitorować i debugować aplikacje w środowisku Kubernetes.

— Jak korzystać z Kubernetes w praktycznych scenariuszach biznesowych.

Ta książka została stworzona z myślą o osobach, które chcą szybko opanować podstawy Kubernetes i zacząć efektywnie korzystać z tej technologii w swoich projektach. Zachęcamy Cię do śledzenia naszej podróży przez świat Kubernetes i do aktywnego uczestnictwa w procesie nauki. Gotowy na rozpoczęcie? To zaczynajmy!

Rozdział 1: Wprowadzenie do Kubernetes

Definicja i historia Kubernetes

Kubernetes, często nazywany K8s, to system open-source do automatyzacji wdrażania, skalowania i zarządzania aplikacjami kontenerowymi. Narodził się w wyniku prac prowadzonych przez firmę Google nad systemem zarządzania kontenerami w chmurze. W 2014 roku Google opublikował Kubernetes jako projekt open-source, który szybko zdobył popularność i zaangażowanie społeczności.

Kubernetes oferuje kompleksowe rozwiązanie dla zarządzania aplikacjami opartymi na kontenerach, zapewniając mechanizmy automatyzacji i elastyczności, które pozwalają organizacjom efektywnie wdrażać i skalować aplikacje w różnych środowiskach, od lokalnych klastrów po duże infrastruktury chmurowe.

Dlaczego warto korzystać z Kubernetes

Istnieje wiele powodów, dla których organizacje i deweloperzy decydują się na korzystanie z Kubernetes:

— Elastyczność i skalowalność: Kubernetes umożliwia elastyczne wdrażanie i skalowanie aplikacji w zależności od obciążenia i potrzeb biznesowych.

— Zarządzanie zasobami: Dzięki Kubernetes można efektywnie zarządzać zasobami klastra, takimi jak pamięć i moc obliczeniowa, co pozwala zoptymalizować wykorzystanie infrastruktury.

— Odporność na awarie: Kubernetes automatycznie zarządza odzyskiwaniem awaryjnym, zapewniając wysoką dostępność aplikacji nawet w przypadku awarii węzłów czy kontenerów.

— Jednolite środowisko wdrożeniowe: Kubernetes zapewnia jednolite środowisko wdrożeniowe dla aplikacji, niezależnie od infrastruktury, co ułatwia przenośność aplikacji między różnymi środowiskami.

— Ekosystem narzędzi: Istnieje bogaty ekosystem narzędzi i rozwiązań wspierających pracę z Kubernetes, co ułatwia integrację z innymi technologiami i procesami deweloperskimi.

Podstawowe pojęcia: kontenery, klastry, węzły, itp

Zanim rozpoczniemy eksplorację Kubernetes, warto zrozumieć podstawowe pojęcia związane z tym systemem:

— Kontenery: Kontenery są standardową jednostką oprogramowania, która zawiera kod, zależności i konfigurację, które mogą być uruchamiane niezależnie od siebie. Kontenery są izolowane od siebie i od infrastruktury, co pozwala na przenośność aplikacji między różnymi środowiskami.

— Klastry: Klastry Kubernetes składają się z węzłów, które są serwerami fizycznymi lub wirtualnymi, na których uruchamiane są kontenery. Klastry zapewniają skalowalność i wydajność dla aplikacji, umożliwiając równomierne rozłożenie obciążenia.

— Węzły: Węzły to pojedyncze maszyny w klastrze, na których uruchamiane są kontenery. Węzły mogą być węzłami zarządzającymi (master nodes), które zarządzają i kontrolują klastr, oraz węzłami roboczymi (worker nodes), na których uruchamiane są aplikacje.

— Pod: Pod jest najmniejszą jednostką w Kubernetes, która może zawierać jedną lub więcej aplikacji kontenerowych. Każdy pod ma swoje własne IP, przestrzeń nazw i zasoby, takie jak pamięć i procesor.

Teraz, kiedy mamy lepsze zrozumienie podstawowych pojęć, możemy przejść do praktycznego eksplorowania Kubernetes.

Kod przykładowy: Instalacja i konfiguracja Kubernetes

Instalacja i konfiguracja Kubernetes może się różnić w zależności od platformy i preferencji. Jedną z popularnych metod instalacji jest korzystanie z narzędzia minikube, które umożliwia uruchomienie jednokomputerowego klastra Kubernetes na lokalnej maszynie.

Najpierw zainstalujmy minikube oraz kubectl, narzędzie do interakcji z klastrami Kubernetes:

bash

# Instalacja minikube

curl -LO https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64 && \

sudo install minikube-linux-amd64 /usr/local/bin/minikube

# Instalacja kubectl

curl -LO https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/$(curl -s https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/stable.txt)/bin/linux/amd64/kubectl && \

chmod +x./kubectl && \

sudo mv./kubectl /usr/local/bin/kubectl

Następnie, możemy uruchomić klastra Kubernetes za pomocą minikube:

bash

# Uruchomienie klastra

minikube start

Po wykonaniu powyższych kroków, będziesz miał lokalnie działający klaster Kubernetes, który będziemy wykorzystywać do dalszych eksploracji.

Podsumowanie

W tym rozdziale zgłębiliśmy podstawowe pojęcia i zalety Kubernetes, a także przeprowadziliśmy instalację i konfigurację klastra Kubernetes za pomocą narzędzia minikube. Teraz, gdy mamy zainstalowany nasz własny klaster Kubernetes, jesteśmy gotowi do dalszej eksploracji jego możliwości.

Rozdział 2: Instalacja i konfiguracja

W tym rozdziale omówimy proces instalacji i konfiguracji klastra Kubernetes. Skupimy się na różnych metodach instalacji, w tym instalacji na lokalnej maszynie za pomocą narzędzia minikube oraz wdrożeniu na chmurze publicznej, na przykład na platformie Google Kubernetes Engine (GKE) lub Amazon Elastic Kubernetes Service (EKS).

Instalacja Kubernetes na lokalnej maszynie

Instalacja Kubernetes na lokalnej maszynie jest idealnym sposobem na rozpoczęcie nauki i eksperymentowania z tym systemem. Jednym z popularnych narzędzi do instalacji lokalnego klastra Kubernetes jest minikube.

— Instalacja minikube

minikube umożliwia uruchomienie jednokomputerowego klastra Kubernetes na lokalnej maszynie. Poniższe kroki pokazują, jak zainstalować minikube na systemie Linux:

bash

# Pobierz najnowszą wersję minikube

curl -LO https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64

# Nadaj uprawnienia do wykonywania pliku

chmod +x minikube-linux-amd64

# Przenieś plik wykonywalny do katalogu binarnego

sudo mv minikube-linux-amd64 /usr/local/bin/minikube

— Instalacja narzędzia do interakcji z Kubernetes (kubectl)

kubectl to narzędzie, które pozwala na interakcję z klastrami Kubernetes. Poniżej znajduje się sposób instalacji kubectl:

bash

# Pobierz najnowszą wersję kubectl

curl -LO https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/$(curl -s https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/stable.txt)/bin/linux/amd64/kubectl

# Nadaj uprawnienia do wykonywania pliku

chmod +x kubectl

# Przenieś plik wykonywalny do katalogu binarnego

sudo mv kubectl /usr/local/bin/kubectl

— Uruchomienie klastra za pomocą minikube

Po zainstalowaniu minikube i kubectl, możemy uruchomić klastra Kubernetes za pomocą poniższej komendy:

bash

minikube start

Ta komenda uruchomi lokalny klaster Kubernetes na twojej maszynie. Może to chwilę potrwać, w zależności od wydajności twojego komputera oraz szybkości internetu.

— Sprawdzenie stanu klastra

Aby upewnić się, że klaster został poprawnie uruchomiony, możemy użyć następującej komendy:

bash

kubectl cluster-info

Ta komenda wyświetli informacje o klastrze Kubernetes, w tym adresy IP i porty, które można użyć do komunikacji z klastrze.

Konfiguracja klastra Kubernetes

Po zainstalowaniu klastra Kubernetes, możemy przystąpić do jego konfiguracji. Konfiguracja klastra obejmuje ustawienia takie jak zarządzanie zasobami, siecią czy bezpieczeństwem.

— Zarządzanie zasobami

Kubernetes pozwala na zarządzanie różnymi zasobami, takimi jak CPU, pamięć i przestrzeń dyskowa. Możemy określić wymagania dotyczące zasobów dla poszczególnych kontenerów w plikach YAML, które definiują nasze aplikacje.

— Konfiguracja sieci

Sieć w klastrze Kubernetes jest zarządzana przez tzw. „kontrolery sieci”. Możemy wybrać różne kontrolery sieci, które najlepiej odpowiadają naszym potrzebom, na przykład flannel, Calico lub Weave.

— Bezpieczeństwo

Bezpieczeństwo jest kluczowym aspektem konfiguracji klastra Kubernetes. Możemy skonfigurować dostęp do zasobów klastra za pomocą ról, uprawnień i sieciowych zasad bezpieczeństwa.

Konfiguracja narzędzi do zarządzania klastrami

Oprócz konfiguracji samego klastra, warto także zainstalować narzędzia do zarządzania klastrami, które ułatwią nam pracę z Kubernetes. Przykładowymi narzędziami są kubectl, kubeadm czy k9s.

Następne kroki

Po zainstalowaniu i skonfigurowaniu klastra Kubernetes, możemy przejść do eksploracji jego możliwości, takich jak wdrażanie aplikacji, zarządzanie zasobami czy monitorowanie działania aplikacji.

Podsumowanie

W tym rozdziale omówiliśmy proces instalacji i konfiguracji klastra Kubernetes. Nauczyliśmy się instalować klastra na lokalnej maszynie za pomocą narzędzia minikube oraz konfigurować różne aspekty klastra, takie jak zarządzanie zasobami, sieć czy bezpieczeństwo. Teraz, gdy mamy zainstalowany i skonfigurowany klaster Kubernetes, jesteśmy gotowi do dalszych eksploracji jego możliwości.

Rozdział 3: Podstawowe koncepcje

W tym rozdziale zgłębimy podstawowe koncepcje związane z pracą w klastrze Kubernetes. Poznamy podstawowe pojęcia, takie jak praca z kontenerami, zarządzanie podami oraz replikacje, a także dowiemy się, jak zarządzać węzłami i pojemnikami w naszym klastrze.

Praca z kontenerami w Kubernetes

Kontenery są fundamentalną jednostką w Kubernetes, dlatego ważne jest zrozumienie, jak zarządzać nimi w naszym klastrze. Kubernetes pozwala na uruchamianie i zarządzanie kontenerami za pomocą obiektów nazywanych podami.

— Tworzenie kontenerów

Kontenery w Kubernetes są definiowane za pomocą obrazów kontenerowych, które zawierają wszystkie niezbędne zależności i konfiguracje aplikacji. Możemy tworzyć kontenery, definiując je w plikach YAML zawierających specyfikację kontenera.

yaml

# Przykładowy plik YAML definiujący kontener

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

name: mypod

spec:

containers:

— name: mycontainer

image: nginx: latest

W powyższym przykładzie tworzymy pod o nazwie „mypod”, który zawiera jeden kontener oparty na obrazie nginx: latest.

— Zarządzanie kontenerami

Kubernetes umożliwia zarządzanie kontenerami poprzez różne operacje, takie jak uruchamianie, zatrzymywanie, restartowanie i usuwanie kontenerów. Możemy użyć narzędzia kubectl, aby wykonywać te operacje z poziomu wiersza poleceń.

bash

# Uruchomienie poda

kubectl apply -f mypod. yaml

# Sprawdzenie statusu poda

kubectl get pods

# Usunięcie poda

kubectl delete pod mypod

Zarządzanie podami w Kubernetes

Pod jest najmniejszą jednostką w Kubernetes, która może zawierać jedną lub więcej aplikacji kontenerowych. W tym podrozdziale dowiemy się, jak tworzyć, zarządzać i monitorować pody w klastrze.

— Tworzenie podów

Podstawowym sposobem tworzenia podów w Kubernetes jest definiowanie ich za pomocą plików YAML. Każdy pod zawiera jedną lub więcej definicji kontenerów, które mają być uruchomione w podzie.

— Zarządzanie podami

Po utworzeniu podów możemy zarządzać nimi za pomocą różnych operacji, takich jak skalowanie, aktualizacja konfiguracji czy monitorowanie ich stanu. Kubernetes zapewnia narzędzia do wykonywania tych operacji zarówno z poziomu wiersza poleceń, jak i interfejsu graficznego.

Replication controllers i replica sets

Replication controller i replica set są obiektami Kubernetes, które zapewniają mechanizmy zapewnienia, że określona liczba replik podów jest zawsze uruchomiona w klastrze.

— Replication controller

Replication controller jest starszym obiektem Kubernetes, który zapewnia kontrolę nad replikacją podów w klastrze. Definiuje on pożądaną liczbę replik podów, które mają być uruchomione, oraz zapewnia, że te repliki są stale utrzymywane w klastrze.

— Replica set

Replica set jest nowszym obiektem Kubernetes, który wprowadza bardziej zaawansowane mechanizmy zarządzania replikacją podów. Jest to zalecane narzędzie do zarządzania replikacją w klastrze Kubernetes.

Zarządzanie węzłami i pojemnikami

Węzły i pojemniki są kluczowymi składnikami klastra Kubernetes. W tym podrozdziale przyjrzymy się, jak zarządzać węzłami, na których uruchamiane są pody, oraz jak zarządzać pojemnikami, które są używane do przechowywania danych przez nasze aplikacje.

— Zarządzanie węzłami

Węzły Kubernetes to serwery fizyczne lub wirtualne, na których uruchamiane są kontenery. Kubernetes pozwala na dynamiczne dodawanie, usuwanie i zarządzanie węzłami w klastrze, co umożliwia skalowanie infrastruktury w zależności od potrzeb.

— Zarządzanie pojemnikami

Pojemniki Kubernetes są obiektami, które służą do przechowywania danych w klastrze. Mogą być wykorzystywane do przechowywania danych aplikacji, dzielenia zasobów między różnymi podami czy do przesyłania danych między aplikacjami.

Podsumowanie

W tym rozdziale zgłębiliśmy podstawowe koncepcje związane z pracą w klastrze Kubernetes, w tym pracę z kontenerami, zarządzanie podami oraz replikacje, a także dowiedzieliśmy się, jak zarządzać węzłami i pojemnikami w naszym klastrze. Teraz, gdy mamy lepsze zrozumienie podstawowych koncepcji Kubernetes, możemy przejść do bardziej zaawansowanych tematów związanych z zarządzaniem aplikacjami kontenerowymi.

Rozdział 4: Skalowanie i równoważenie obciążenia

Skalowanie i równoważenie obciążenia są kluczowymi aspektami zarządzania aplikacjami w klastrze Kubernetes. W tym rozdziale omówimy różne techniki skalowania aplikacji oraz strategie równoważenia obciążenia, które pozwalają utrzymać wysoką dostępność i wydajność naszych aplikacji.

Automatyczne skalowanie

Kubernetes umożliwia automatyczne skalowanie aplikacji w zależności od obciążenia, co pozwala na dynamiczne dostosowywanie liczby replik podów w klastrze do zmieniających się warunków.

— Horyzontalne skalowanie

Horyzontalne skalowanie polega na zwiększaniu lub zmniejszaniu liczby replik podów w klastrze w zależności od obciążenia aplikacji. Możemy zdefiniować minimalną i maksymalną liczbę replik oraz metryki, na podstawie których Kubernetes będzie podejmował decyzje o skalowaniu.

yaml

# Przykładowa definicja obiektu HorizontalPodAutoscaler

apiVersion: autoscaling/v1

kind: HorizontalPodAutoscaler

metadata:

name: myapp-autoscaler

spec:

scaleTargetRef:

apiVersion: apps/v1

kind: Deployment

name: myapp-deployment

minReplicas: 2

maxReplicas: 10

targetCPUUtilizationPercentage: 50

W powyższym przykładzie definiujemy HorizontalPodAutoscaler, który monitoruje obciążenie CPU podów w Deployment o nazwie „myapp-deployment” i automatycznie skaluje liczbę replik w zakresie od 2 do 10, aby utrzymać obciążenie CPU na poziomie 50%.

— Wertykalne skalowanie

Wertykalne skalowanie polega na zwiększaniu lub zmniejszaniu zasobów przydzielonych dla pojedynczego poda, takich jak CPU i pamięć. Kubernetes umożliwia wertykalne skalowanie poprzez dostarczanie dedykowanych zasobów dla podów na podstawie ich wymagań.

Zarządzanie zasobami

Efektywne zarządzanie zasobami jest kluczowe dla zapewnienia wydajności i dostępności aplikacji w klastrze Kubernetes. W tym podrozdziale omówimy strategie zarządzania zasobami, takie jak limitowanie i żądanie zasobów.

— Limitowanie zasobów

Limitowanie zasobów pozwala na określenie maksymalnej ilości zasobów, które pod może zużyć, na przykład maksymalna ilość CPU i pamięci. Kubernetes zapewnia mechanizmy do określania limitów zasobów dla poszczególnych podów.

yaml

# Przykładowa definicja limitów zasobów dla poda

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

name: myapp-pod

spec:

containers:

— name: myapp-container

image: nginx

resources:

limits:

cpu: „1”

memory: „512Mi”

W powyższym przykładzie określamy, że pod „myapp-pod” może używać maksymalnie 1 jednostki CPU i 512 MB pamięci.

— Żądanie zasobów

Żądanie zasobów pozwala na określenie minimalnej ilości zasobów, które pod musi mieć zapewnione, na przykład minimalna ilość CPU i pamięci. Kubernetes używa żądań zasobów do planowania uruchomienia podów na węzłach w klastrze.

yaml

# Przykładowa definicja żądań zasobów dla poda

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

name: myapp-pod

spec:

containers:

— name: myapp-container

image: nginx

resources:

requests:

cpu: „0.5”

memory: „256Mi”

W powyższym przykładzie określamy, że pod „myapp-pod” wymaga co najmniej 0.5 jednostki CPU i 256 MB pamięci.

Równoważenie obciążenia usług

Równoważenie obciążenia usług jest kluczowym elementem zapewnienia wysokiej dostępności i wydajności aplikacji w klastrze Kubernetes. W tym podrozdziale omówimy różne strategie równoważenia obciążenia, takie jak równoważenie obciążenia sieciowego, równoważenie obciążenia sesji i równoważenie obciążenia warstw aplikacji.

— Równoważenie obciążenia sieciowego

Koniec darmowego fragmentu książki.

Zachęcamy do zakupu pełnej wersji.