K8s là gì? Tìm hiểu những chức năng chính của mã nguồn mở Kubernetes

K8s là gì? Tại sao nhiều lập trình viên lại quan tâm đến Kubernetes như vậy? Cách ứng dụng K8s có phức tạp không? Làm sao để khai thác các tính năng từ nền tảng này một cách hiệu quả? Mời bạn cùng FPT Shop theo dõi bài viết dưới đây để cập nhật đáp án chuẩn xác cho những thắc mắc trên.

Giới thiệu đôi nét về Kubernetes

Định nghĩa K8s là gì?

Kubernetes thường được viết tắt là K8s (với 8 là số ký tự giữa "K" và "s" trong từ "Kubernetes". Đây là một hệ thống mã nguồn mở dùng để quản lý các container và các ứng dụng chạy trong các môi trường máy chủ phân tán. Kubernetes cung cấp phương thức triển khai, quản lý và mở rộng ứng dụng chứa lẫn không chứa thông qua việc tự động hóa quá trình triển khai, mở rộng và quản lý các container.

Kubernetes được dùng để làm gì? 

Kubernetes được sử dụng để quản lý và triển khai các ứng dụng chứa (containerized applications) trong môi trường phân tán. Dưới đây giới thiệu một số hình thức K8s được áp dụng:

• Quản lý tự động của container: Kubernetes giúp tự động triển khai, mở rộng và quản lý các container. Nền tảng cung cấp các công cụ để quản lý việc chạy và vận hành các container trên các máy chủ vật lý hoặc ảo, giúp tối ưu hóa tài nguyên và giảm bớt công việc quản lý thủ công.
• Mở rộng ứng dụng linh hoạt: Kubernetes cho phép hệ thống mở rộng ứng dụng dựa trên yêu cầu tài nguyên, tự động điều chỉnh số lượng instances của ứng dụng chứa để đảm bảo hiệu suất và mức độ sẵn sàng.

• Quản lý tài nguyên: Kubernetes được ứng dụng trong việc quản lý tài nguyên máy chủ và tương tác với các nguồn tài nguyên. Chẳng hạn như cân bằng tải và lịch trình các container trên các máy chủ.
• Tạo ứng dụng dễ dàng và di động: Kubernetes cung cấp môi trường linh hoạt để xây dựng, triển khai và quản lý các ứng dụng chứa. Công nghệ giúp các nhà phát triển tập trung vào việc phát triển ứng dụng mà không cần quan tâm tới việc triển khai và quản lý.
• Tự phục hồi và điều phối: Kubernetes cung cấp cơ chế tự phục hồi khi có lỗi xảy ra và có khả năng điều phối giao tiếp giữa các ứng dụng chứa trong một môi trường phân tán.

Những tính năng cơ bản của Kubernetes

Load Balancing 

Đây là tính năng "Cân bằng tải"  trong Kubernetes với vai trò đặc biệt quan trọng trong việc phân phối tải và quản lý các yêu cầu đến các instances của ứng dụng chứa. 

• Phân phối tải đều: Kubernetes cung cấp các cơ chế cân bằng tải để phân phối các yêu cầu đến các instances của ứng dụng chứa một cách đều đặn. Điều này có tác dụng tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, đảm bảo hiệu suất và sẵn sàng của ứng dụng.
• Phát hiện và loại bỏ điểm đơn điệu: Kubernetes có khả năng phát hiện các instances hoặc máy chủ gặp sự cố và ngưng hoạt động. Khi điều này xảy ra, hệ thống cân bằng tải có thể tự động loại bỏ instance lỗi khỏi các chuỗi cân bằng tải. Từ đó đảm bảo rằng yêu cầu sẽ không được gửi đến instance đã ngừng hoạt động.
• Tải động: Kubernetes cho phép cấu hình tải động (dynamic load balancing) để điều chỉnh việc phân phối tải dựa trên tình trạng và hiệu suất của các instances. Tiện ích giúp tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và đảm bảo hiệu suất ứng dụng
• Hỗ trợ nhiều giao thức: Kubernetes hỗ trợ cân bằng tải cho nhiều giao thức, bao gồm HTTP, TCP, UDP và các giao thức khác. Công nghệ cho phép phân phối yêu cầu đến các instances của ứng dụng theo nhu cầu cụ thể.

Memory Management

Trong Kubernetes, tiện ích “Điều chỉnh bộ nhớ” là được ứng dụng để quản lý tài nguyên và hiệu suất của các container. 

• Quản lý cấp phát và giám sát: K8s cung cấp các cơ cấu để cấp phát bộ nhớ cho các container dựa trên yêu cầu và giám sát việc sử dụng bộ nhớ của từng container. Điều này giúp đảm bảo rằng mỗi container nhận được đủ tài nguyên bộ nhớ theo yêu cầu của ứng dụng.
• Cơ chế tự động và động: Kubernetes cho phép cấu hình cơ chế tự động điều chỉnh bộ nhớ cho các container dựa trên tải và tình trạng của hệ thống. Tiện ích góp phần tối ưu hóa việc sử dụng bộ nhớ và ngăn chặn các container sử dụng quá nhiều tài nguyên.
• Phát hiện và xử lý sự cố: K8s có khả năng phát hiện và xử lý sự cố liên quan đến bộ nhớ. Chẳng hạn như quá tải bộ nhớ (memory overcommitment) và xung đột tài nguyên. Hệ thống có thể tự động thực hiện các biện pháp để giải quyết các vấn đề này một cách hiệu quả.
• Hỗ trợ tài nguyên mềm: Kubernetes hỗ trợ cấu hình các tùy chọn về tài nguyên mềm để điều chỉnh việc quản lý bộ nhớ và sử dụng swap trong các container, giúp tối ưu hóa hiệu suất trong môi trường phân tán.

Autoscaling 

Đây chính là tính năng "Tự động phát hành và thu hồi” trong K8s. Công nghệ cung cấp cơ chế tự động điều chỉnh số lượng instances (đơn vị triển khai) của các ứng dụng chứa dựa trên tải hoặc tài nguyên sẵn có. 

• Autoscaling dựa trên tải (Horizontal Pod Autoscaler - HPA): Kubernetes cung cấp tính năng HPA có khả năng tự động thay đổi số lượng instances của ứng dụng chứa dựa trên tải. Chẳng hạn như lưu lượng web đến, số lượng yêu cầu hoặc các chỉ số hiệu suất khác. Khi tải tăng, HPA có thể tự động tăng số lượng instances để đáp ứng nhu cầu. Ngược lại, khi tải giảm, HPA có thể giảm số lượng instances để tiết kiệm tài nguyên.
• Autoscaling dựa trên tài nguyên (Vertical Pod Autoscaler - VPA): Bên cạnh HPA, Kubernetes còn cung cấp VPA. Tính năng này sẽ tự động thay đổi tài nguyên (CPU, bộ nhớ) của một container đối với một ứng dụng chạy trong Kubernetes cluster.
• Tự động phát hành và thu hồi tài nguyên: Autoscaling trong Kubernetes cũng liên quan đến việc tự động phát hành hoặc thu hồi tài nguyên. Trong đó bao gồm CPU, bộ nhớ và các tài nguyên khác để đảm bảo rằng tài nguyên được sử dụng một cách hiệu quả mà không làm ảnh hưởng đến hiệu suất của ứng dụng.
• Tối ưu hóa các cụm máy chủ: Tính năng này cho phép hệ thống tối ưu hóa cụm máy chủ, tự động phân bổ tài nguyên cho các pod và container cần phục vụ ứng dụng mà không cần can thiệp thủ công.

Self-healing

Chế độ "Tự phục hồi" có ý nghĩa đặc biệt trong việc đảm bảo tính sẵn sàng và ổn định của hệ thống. 

• Tự động khởi động lại (Auto-Restart): Kubernetes có khả năng tự động khởi động lại các container hoặc pods nếu chúng gặp sự cố, lỗi hoặc dừng hoạt động. Điều này có tác dụng đảm bảo các ứng dụng luôn sẵn sàng và hoạt động một cách liên tục.
• Tự động tái tạo pods (Automatic Pod Replacement): Trong trường hợp một hay nhiều pods gặp lỗi hoặc dừng hoạt động, Kubernetes có khả năng tự động tái tạo các pods mới để thay thế. Việc này giữ cho ứng dụng tiếp tục chạy mà không cần can thiệp thủ công
• Khôi phục từ trạng thái lỗi (Recovery from Failures): Kubernetes có tính năng tự động phục hồi từ trạng thái lỗi bằng cách sử dụng các cơ chế như liveness probe và readiness probe để phát hiện và xử lý các vấn đề xảy ra trong quá trình triển khai và vận hành.
• Tính chịu lỗi (Fault Tolerance): Tính năng tự phục hồi của Kubernetes giúp đảm bảo tính chịu lỗi của hệ thống, đảm bảo rằng các vấn đề sự cố không ảnh hưởng nhiều đến khả năng hoạt động của ứng dụng chứa.

Quản lý cấu hình

Tiện ích "quản lý cấu hình" của Kubernetes cung cấp cơ chế linh hoạt nhằm quản lý cấu hình tại thời điểm chạy, tự động cập nhật cấu hình, hỗ trợ cấu hình từ nguồn lưu trữ:

• Cấu hình linh hoạt: K8s cung cấp cơ chế linh hoạt để quản lý cấu hình của các ứng dụng và service trong môi trường phân tán. Điều này cho phép các cấu hình như biến môi trường, tài nguyên và tùy chọn cấu hình khác có thể được quản lý một cách hiệu quả.
• Quản lý cấu hình tại thời điểm chạy (Runtime Configuration Management): Kubernetes ứng dụng cấu hình được quản lý và cập nhật tại thời điểm chạy. Hệ thống sẽ thay đổi cấu hình mà không cần khởi động lại ứng dụng hoặc service, giúp giảm thiểu thời gian chết và tăng tính sẵn sàng của ứng dụng.
• Tự động cập nhật cấu hình: Kubernetes hỗ trợ tự động cập nhật cấu hình để đảm bảo rằng cấu hình luôn được đồng bộ và phản ánh sự thay đổi trong môi trường.
• Cấu hình dựa trên nguồn lưu trữ (Configuration from Source): K8s có khả năng cung cấp cấu hình từ các nguồn lưu trữ như ConfigMaps và Secrets, giúp tách biệt cấu hình từ mã nguồn và quản lý chúng một cách an toàn và hiệu quả.
• Tính bảo mật của cấu hình: Kubernetes cung cấp cơ chế quản lý cấu hình an toàn như mã hóa, kiểm soát truy cập và quản lý quyền để đảm bảo tính bảo mật của thông tin cấu hình.

Một số khái niệm cơ bản liên quan đến K8s

Master Node

Trong một hệ thống Kubernetes, "Master Node" được hiểu là dạng phần tử quan trọng của kiến trúc với việc đảm nhiệm nhiều nhiệm vụ chính để quản lý và điều hành toàn bộ cụm. Cụ thể, Master Node bao gồm các thành phần sau đây:

• kube-apiserver: Là thành phần chịu trách nhiệm tiếp nhận các yêu cầu API từ người dùng, các phiên bản kubectl hay các thành phần khác trong hệ thống Kubernetes. Sau đó, nó sẽ kiểm tra, xác thực và chuyển tiếp các yêu cầu đó để tạo, cập nhật hoặc xóa tài nguyên trong cụm.
• etcd: Đây là cơ sở dữ liệu phân tán và cấu hình chính thức của Kubernetes. Tiện ích lưu trữ trạng thái của toàn bộ cụm, bao gồm thông tin cấu hình, trạng thái tài nguyên, và trạng thái của các pods và containers.
• kube-scheduler: Nhiệm vụ của kube-scheduler là lên lịch triển khai các pods lên các Node làm việc dựa trên các yêu cầu tài nguyên, các chiến lược và ràng buộc, đảm bảo phân phối công bằng tài nguyên và tối ưu hiệu suất.
• kube-controller-manager: Đây là thành phần chứa nhiều controller cụ thể, mỗi controller đảm nhiệm theo dõi trạng thái của các tài nguyên cụ thể trong cụm và hành động phản ứng khi có sự thay đổi. Ví dụ, Replication Controller quản lý số lượng phổ biến của các pods và Endpoint Controller cập nhật Endpoints objects.

Worker Node

Trong một cụm Kubernetes, "Worker Node" (hoặc "Minion") đóng vai trò quan trọng trong việc chứa và thực thi các container trong Kubernetes. Cụ thể, một Worker Node bao gồm các thành phần sau đây:

• Kubelet: Là một thành phần trên mỗi Node, được sử dụng để quản lý giao tiếp giữa Master Node và các container được triển khai trên Node đó.
• kube-proxy: Đảm nhiệm việc chuyển tiếp (proxy) lưu lượng mạng đến và từ các services (dịch vụ) trong cụm. Thành phần này cũng quản lý các rules tạo lập kết nối và balancer cho các service.
• Container runtime: Là phần mềm chịu trách nhiệm chạy các container trên Node. Kubernetes hỗ trợ nhiều container runtime như Docker, containerd, CRI-O và rkt.

Tạm kết

Qua đây, FPT Shop đã giúp bạn đọc tìm hiểu K8s là gì và những kiến thức quan trọng xoay quanh nền tảng này. Hy vọng bạn có thể nắm bắt các chức năng chính của Kubernetes để áp dụng hiệu quả.

Xem thêm: 

• Khám phá những tính năng cơ bản của Nextcloud và cách cài đặt hiệu quả trên di động và PC
• DEXTool là gì? Mách bạn các bước sử dụng DEXTools hiệu quả và chuẩn xác nhất

Cửa hàng FPT Shop luôn là điểm đến lý tưởng cho các tín đồ công nghệ. Nếu bạn đang muốn tìm kiếm những chiếc smartphone chính hãng hoăc laptop cấu hình cao thì hãy lựa chọn nơi đây. FPT Shop chắc chắn sẽ khiến bạn hài lòng về chất lượng sản phẩm, chính sách khuyến mãi và nhiều yếu tố khác. 

• Laptop