Kubernetes là gì? Cách hoạt động và chức năng của Kubernetes

Kubernetes là nền tảng mã nguồn mở mạnh mẽ giúp quản lý và triển khai các ứng dụng container hóa một cách tự động, linh hoạt và hiệu quả. Với khả năng mở rộng vượt trội cùng cơ chế hoạt động thông minh, Kubernetes đã trở thành giải pháp hàng đầu cho các tổ chức muốn tối ưu hóa quy trình phát triển và vận hành ứng dụng. Bài viết này sẽ giúp bạn khám phá chi tiết về Kubernetes là gì, chức năng và cơ chế hoạt động của Kubernetes chỉ trong 5 phút.

Những điểm chính

• Khái niệm Kubernetes: Giúp tự động hóa triển khai, mở rộng ứng dụng hiệu quả, tận dụng hệ sinh thái đa dạng và kinh nghiệm quản lý từ Google.
• Kubernetes Operator: Tự động hóa quản lý toàn bộ vòng đời ứng dụng phức tạp, từ cấu hình, mở rộng đến nâng cấp, giúp tối ưu hóa hoạt động trên Kubernetes.
• Thuật ngữ Kubernetes quan trọng: Giúp người đọc hiểu rõ các khái niệm cơ bản như Container, Cluster, Pod, Deployment, Service, và Namespace để triển khai và quản lý ứng dụng hiệu quả hơn.
• Chức năng chính của Kubernetes: Người đọc hiểu cách Kubernetes quản lý tải, triển khai, tài nguyên, phục hồi hệ thống, và cập nhật dịch vụ để tối ưu hóa hoạt động ứng dụng container.
• Khi nào nên sử dụng Kubernetes: Hướng dẫn doanh nghiệp lớn và startup nhận biết khi nào Kubernetes phù hợp để tối ưu quản lý container, mở rộng hệ thống và triển khai hạ tầng hiệu quả.
• Cách Kubernetes hoạt động: Giúp người đọc hiểu cách Kubernetes quản lý cluster, phân bổ tài nguyên, tự động sắp xếp container, và vận hành linh hoạt trên nhiều môi trường hạ tầng.
• Ưu và nhược điểm của Kubernetes: Giúp người đọc đánh giá lợi ích như khả năng mở rộng, tự động hóa và nhược điểm như độ phức tạp để quyết định áp dụng Kubernetes phù hợp.
• Lý do nên sử dụng Kubernetes: Giúp người đọc hiểu cách Kubernetes hỗ trợ quản lý container, triển khai microservices, tối ưu hóa tài nguyên, cải thiện bảo mật và đơn giản hóa việc điều phối ứng dụng trên môi trường phức tạp.
• Sự khác nhau giữa Kubernetes và Docker: Giúp người đọc phân biệt Kubernetes quản lý và tự động hóa container trên nhiều máy chủ, còn Docker tập trung vào đóng gói, triển khai và di chuyển container dễ dàng.
• Phân biệt Kubernetes và Docker: Giúp người đọc hiểu Kubernetes chuyên quản lý và tự động hóa container đa máy chủ, trong khi Docker tập trung vào đóng gói, triển khai và di chuyển container.
• FAQ: Giải thích những thắc mắc liên quan đến Kubernetes là gì.

Kubernetes là gì?

Kubernetes là một hệ thống tự động hóa quản lý ứng dụng container hóa, được xây dựng dựa trên mã nguồn mở với khả năng linh hoạt, mở rộng và dễ dàng tích hợp. Công cụ này hỗ trợ tự động hóa việc cấu hình hệ thống và triển khai các ứng dụng một cách đơn giản, hiệu quả. Với một hệ sinh thái đang phát triển mạnh mẽ, Kubernetes mang đến hệ thống dịch vụ, công cụ hỗ trợ và tài nguyên đa dạng.

Tên gọi “Kubernetes” bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, mang nghĩa hoa tiêu hoặc người điều hướng. Được Google giới thiệu vào năm 2014 dưới dạng mã nguồn mở, Kubernetes là kết quả từ hơn 15 năm kinh nghiệm quản lý workload quy mô lớn của Google, kết hợp với những ý tưởng và thực tiễn tốt nhất mà cộng đồng công nghệ đóng góp.

Kubernetes Operator là gì?

Kubernetes Operator là một bộ điều khiển (controller) được thiết kế dành riêng cho từng ứng dụng, mở rộng chức năng của Kubernetes API để thực hiện các tác vụ như tạo, cấu hình và quản lý các phiên bản của các ứng dụng phức tạp thay mặt cho người dùng Kubernetes, đồng thời bổ sung các chức năng khác cho ứng dụng. Operator được xây dựng dựa trên các khái niệm cơ bản về tài nguyên (resource) và bộ điều khiển (controller) của Kubernetes, nhưng tích hợp thêm kiến thức chuyên sâu về lĩnh vực hoặc ứng dụng cụ thể nhằm tự động hóa toàn bộ vòng đời của phần mềm mà nó quản lý.

Kubernetes Operator có thể được phát triển để thực hiện hầu như bất kỳ hành động nào trong Kubernetes, chẳng hạn như: mở rộng quy mô (scaling) cho các ứng dụng phức tạp, nâng cấp phiên bản ứng dụng, hoặc thậm chí quản lý các mô-đun kernel cho các node trong cụm máy tính với phần cứng chuyên dụng. Một số ví dụ về phần mềm và công cụ được triển khai dưới dạng Kubernetes Operator bao gồm: Prometheus Operator cho giám sát hệ thống và Elastic Kubernetes Operator để tự động hóa tìm kiếm.

VPS NVME – Ổ CỨNG VÀ CPU THẾ HỆ MỚI

Khả năng xử lý siêu khủng với ổ cứng NVMe và CPU Platinum

Container

Trong Kubernetes, container là yếu tố cốt lõi để triển khai ứng dụng. Đây là một gói phần mềm tích hợp toàn bộ các yếu tố cần thiết như mã nguồn, thư viện, công cụ hỗ trợ, cấu hình và dữ liệu để ứng dụng có thể chạy ổn định. Việc áp dụng container mang lại nhiều lợi ích như tăng tốc độ triển khai, giảm thiểu chi phí tài nguyên và nâng cao khả năng chuyển đổi ứng dụng giữa các nền tảng khác nhau.

Cluster Kubernetes

Cluster Kubernetes là một hệ thống bao gồm nhiều server, cả máy vật lý lẫn máy ảo, được sử dụng để vận hành ứng dụng. Các server này được gọi chung là node và được phân thành hai loại: Node Master và Node Worker. Node Master đảm nhận vai trò quản lý hệ thống và điều phối hoạt động, còn Node Worker chịu trách nhiệm chạy các container ứng dụng.

Master Node

Master Node hoạt động như máy chủ trung tâm, nơi điều hành và quản lý các Worker Node để chạy ứng dụng. Trong hệ thống Kubernetes (K8S), Master Node bao gồm 4 thành phần chính như sau:

• Kubernetes API Server: Thành phần đảm bảo sự kết nối và trao đổi thông tin giữa các bộ phận trong hệ thống Kubernetes.
• Scheduler: Phụ trách tạo ra lịch trình và phân bổ tài nguyên để triển khai ứng dụng trên các node.
• Controller Manager: Chịu trách nhiệm theo dõi trạng thái hoạt động của các Worker Node, đồng thời xử lý việc sao chép ứng dụng nhằm duy trì hiệu suất ổn định.
• Etcd: Đây là nơi lưu trữ dữ liệu của toàn bộ hệ thống Kubernetes, giúp cung cấp thông tin quan trọng trong quá trình vận hành và quản lý.

Worker Node

Worker Node là máy chủ thực thi các ứng dụng trong môi trường Kubernetes, với các thành phần chính bao gồm:

• Container Runtime: Một công cụ quan trọng để khởi chạy và vận hành ứng dụng dưới dạng container. Docker là một ví dụ phổ biến về Container Runtime.
• Kubelet: Thành phần quản lý container trên node và thực hiện giao tiếp với Kubernetes API Server để đảm bảo ứng dụng hoạt động đúng cách.
• Kubernetes Service Proxy: Có nhiệm vụ phân phối và cân bằng tải giữa các ứng dụng, đảm bảo hệ thống vận hành hiệu quả.

Pod trong Kubernetes là gì?

Pod trong Kubernetes là thành phần nhỏ nhất dùng để triển khai ứng dụng trong hệ thống Kubernetes. Một Pod chứa nhiều container cùng hoạt động trên một Node. Các container trong một Pod có thể dễ dàng kết nối và sử dụng chung tài nguyên, giúp tối ưu hóa hiệu quả vận hành.

Deployment

Deployment là một thành phần trong Kubernetes, hỗ trợ người dùng triển khai ứng dụng và quản lý quá trình cập nhật. Nó cho phép xác định số lượng Pod cần thiết cho ứng dụng, đồng thời tự động điều chỉnh bằng cách tạo hoặc xóa Pod để đảm bảo số lượng luôn ở mức yêu cầu.

Service

Trong Kubernetes, Service là thành phần cho phép thiết lập một cổng truy cập tập trung cho ứng dụng. Service không chỉ cân bằng tải giữa các Pod để đảm bảo hiệu suất, mà còn giúp người dùng kết nối với ứng dụng từ bên ngoài cluster một cách dễ dàng.

Namespace

Namespace cung cấp một phương thức để chia nhỏ cluster Kubernetes thành các khu vực logic riêng lẻ. Nó được sử dụng để tổ chức và phân biệt các ứng dụng, đội nhóm hoặc môi trường khác nhau trong hệ thống.

Tóm lại, Kubernetes là một công cụ quản lý ứng dụng container vượt trội, mang đến khả năng triển khai, mở rộng và giám sát ứng dụng một cách dễ dàng và hiệu quả trên các hệ thống lớn.

Phân phối tải

Kubernetes (K8s) có khả năng quản lý nhiều Docker host bằng cách tổ chức thành các cụm container. Việc sử dụng replicas (bản sao) trong quá trình triển khai giúp hệ thống tự động phân phối tải, tăng khả năng chịu lỗi. Hơn nữa, với tính năng autoscaling, K8s điều chỉnh số lượng replicas một cách linh hoạt theo nhu cầu tài nguyên hoặc lưu lượng truy cập.

Quản lý triển khai và thu hồi

Kubernetes sắp xếp container vào các Node dựa trên đặc điểm workload, chẳng hạn như workload tiêu tốn nhiều Disk I/O hoặc yêu cầu băng thông lớn. Tính năng affinity và anti-affinity giúp K8s lập kế hoạch triển khai container một cách hợp lý, tối ưu hóa hiệu suất và khai thác tài nguyên hiệu quả.

Quản lý tài nguyên thông minh

Kubernetes tự động giám sát và phân bổ tài nguyên cho container dựa trên tình trạng sử dụng CPU và bộ nhớ. Điều này loại bỏ nhu cầu chỉ định thủ công các container vào Docker host cụ thể. Khi tài nguyên khan hiếm, K8s sẽ tự động phân phối lại cluster để đảm bảo hiệu năng luôn đạt mức tối ưu.

Khả năng phục hồi

K8s giám sát liên tục các container và áp dụng cơ chế tự phục hồi (self-healing) khi phát hiện lỗi. Nếu một container gặp sự cố, K8s sẽ khởi động lại nó ngay lập tức để duy trì tính liên tục của dịch vụ. Ngoài ra, K8s hỗ trợ healthcheck bằng các tập lệnh HTTP, TCP, hoặc shell để theo dõi và cải thiện độ ổn định của hệ thống.

Cấu hình và cập nhật dịch vụ

Kubernetes cung cấp khả năng quản lý cấu hình thông qua Service, cho phép cân bằng tải giữa các container trong cùng một nhóm. Nếu container gặp lỗi, K8s sẽ tự động ngắt kết nối và triển khai các bản cập nhật rolling updates để dịch vụ luôn duy trì SLA cao, đảm bảo không gây gián đoạn cho người dùng.

Khi nào nên sử dụng Kubernetes?

Để sử dụng Kubernetes đạt hiệu quả cao, doanh nghiệp cần nhận biết các tình huống cụ thể mà công cụ này có thể mang lại giá trị:

• Đối với các doanh nghiệp lớn cần mở rộng hệ thống một cách nhanh chóng và đã tích hợp công nghệ container, Kubernetes là giải pháp không thể thiếu để đảm bảo hiệu suất và sự ổn định.
• Trong các dự án có nhu cầu vận hành từ 5 container trở lên cho một dịch vụ, Kubernetes hỗ trợ tối ưu hóa quy trình quản lý và triển khai, giúp tiết kiệm thời gian và công sức.
• Các doanh nghiệp khởi nghiệp (startup) cần sự linh hoạt và khả năng mở rộng hệ thống có thể tận dụng Kubernetes để dễ dàng thay đổi quy mô hạ tầng theo thời gian thực, đáp ứng nhu cầu phát triển nhanh chóng. Vietnix hiện đang cung cấp các gói VPS mạnh mẽ, tối ưu cho Kubernetes, giúp startup dễ dàng triển khai, mở rộng hạ tầng linh hoạt theo nhu cầu phát triển nhanh chóng.

Cách hoạt động của Kubernetes

Trong phần này, ta sẽ tìm hiểu cách hoạt động của Kubernetes là gì. Trước tiên, cần biết rằng mỗi triển khai một Kubernetes đang hoạt động được gọi là một cluster. Ta có thể hình dung Kubernetes cluster gồm hai phần: một control plane và một máy tính toán (compute machine) – node.

Mỗi node là một môi trường Linux của chính nó, đó có thể là một máy chủ vật lý hay máy ảo. Mỗi node sẽ chạy các pod được tạo từ những container.

Control plane có nhiệm vụ duy trì trạng thái mong muốn của cluster. Chẳng hạn như ứng dụng đang chạy hay container image đang được sử dụng. Còn compute machine sẽ chạy các ứng dụng và workload.

Kubernetes control plane nhận các lệnh từ admin (hay DevOps team) và chuyển tiếp các lệnh đó đến compute machine. Việc này sẽ hoạt động với vô số dịch vụ để tự động quyết định node phù hợp nhất cho task. Tiếp đến, nó sẽ phân bổ tài nguyên và chỉ định các pod trong node để hoàn thành công việc được yêu cầu.

Trạng thái mong muốn của một cluster sẽ xác định các ứng dụng hoặc workload nên chạy. Cùng với đó là quyết định những image nào sẽ sử dụng, các tài nguyên nào nên được cung cấp và nhiều chi tiết cấu hình khác.

Xét về cơ sở hạ tầng, có rất ít thay đổi với cách ta quản lý container. Quyền kiểm soát container chỉ xảy ra ở một cấp độ cao hơn, giúp kiểm soát tốt hơn mà không cần phải quản lý vi mô từng container hay node riêng biệt.

Công việc của ta liên quan đến việc cấu hình Kubernetes, xác định node, pod và container bên trong chúng. Còn Kubernetes sẽ xử lý việc sắp xếp các container.

Ta có thể tự do lựa chọn nơi sử dụng Kubernetes. Có thể là trên bare metal server, máy ảo, nhà cung cấp public cloud, private cloud hay môi trường hybrid cloud. Một trong những ưu điểm chính của Kubernetes là nó có thể hoạt động trên nhiều cơ sở hạ tầng khác nhau.

Ưu và nhược điểm của Kubernetes

Tại sao nên sử dụng Kubernetes?

Với những ưu điểm đã kể trên, chắc hẳn ta cũng đã biết lý do sử dụng Kubernetes là gì. Kubernetes có thể giúp ta phân phối, quản lý các ứng dụng được chứa trong container, được kế thừa, cloud-native, cũng như những ứng dụng được tái cấu trúc thành microservices.

Để đáp ứng nhu cầu kinh doanh đang ngày càng biến động, các nhóm developer cần có khả năng nhanh chóng build những ứng dụng và dịch vụ mới. Quá trình phát triển cloud-native bắt đầu bằng những microservices trong container. Chúng cho phép ta develop nhanh hơn, dễ dàng chuyển đổi cũng như tối ưu hóa các ứng dụng hiện có.

Các ứng dụng sản xuất có trên rất nhiều container, và những container này phải được deploy trên nhiều server host. Kubernetes cho ta khả năng điều phốSự khác nhau giữa Kubernetes và Docker: Giúp người đọc phân biệt Kubernetes quản lý và tự động hóa container trên nhiều máy chủ, còn Docker tập trung vào đóng gói, triển khai và di chuyển container dễ dàng.i và quản lý cần thiết để deploy các container cho những workload này.

Việc điều phối Kubernetes cho phép ta build những dịch vụ ứng dụng trải rộng trên nhiều container. Đồng thời cũng có thể lên lịch cho các container đó trên một cluster, chia tỷ lệ container, quản lý tình trạng theo thời gian. Ngoài ra, sử dụng Kubernetes cũng giúp cải thiện đáng kể bảo mật IT.

Thêm vào đó, Kubernetes cũng cần được tích hợp với networking, storage, bảo mật, telemetry và nhiều dịch vụ khác để cung cấp cơ sở hạ tầng container toàn diện nhất.

Khi mở rộng sang một môi trường sản xuất cà nhiều ứng dụng, chắc chắn ta cần có nhiều container làm việc cung nhau để có thể cung cấp những services riêng lẻ.

Linux container cung cấp các ứng dụng microservice-based một đơn vị triển khai ứng dụng lý tưởng. Cùng với đó là một môi trường thực thi khép kín (self-contained). Ngoài ra, các microservice trong container cũng giúp việc điều phối dịch vụ dễ dàng hơn. Trong đó gồm cả việc lưu trữ, networking và bảo mật.

Việc này sẽ làm tăng đáng kể số lượng container trong môi trường. Và từ đó dẫn đến độ phức tạp cũng tăng theo. Tuy nhiên, Kubernetes đã khắc phục rất nhiều vấn đề phổ biến liên quan đến việc này. Cụ thể, Kubernetes phân loại những container này thành các pods. Các pod sau đó sẽ thêm một lớp trừu tượng vào những container này. Từ đó ta có thể lên lịch các workload và cung cấp những dịch vụ cần thiết, chẳng hạn như networking hay lưu trữ, cho các container này.

Các phần các của Kubernetes cũng giúp cân bằng tải trên những pod này. Đồng thời đảm bảo số lượng container phù hợp để hỗ trợ workload của mình.

Sự khác nhau giữa Kubernetes và Docker là gì?

Docker và Kubernetes là hai công nghệ phổ biến được sử dụng để triển khai và quản lý ứng dụng container. Mặc dù cả hai đều hỗ trợ trong việc chạy các ứng dụng container hóa, nhưng chúng được thiết kế để đáp ứng những mục đích khác nhau.

Kubernetes

Kubernetes là một nền tảng mạnh mẽ được thiết kế để quản lý và tự động hóa các tác vụ liên quan đến vận hành ứng dụng container trên nhiều máy chủ. Hệ thống này sử dụng các thành phần như pods, deployments, services và volumes để kiểm soát toàn bộ vòng đời của container, từ triển khai, giám sát đến khắc phục lỗi.

Ưu điểm:

• Có khả năng xử lý và mở rộng để quản lý số lượng lớn container trên nhiều hệ thống.
• Tự động hóa các quy trình quản lý container, bao gồm khởi chạy, dừng và giám sát hiệu suất.
• Đảm bảo độ tin cậy và phục hồi nhanh chóng khi xảy ra sự cố, giúp duy trì tính ổn định của ứng dụng.

Docker

Docker là công cụ giúp đóng gói ứng dụng và tất cả các thành phần phụ thuộc thành các container riêng biệt. Mỗi container được tạo từ một image, trong đó chứa mã nguồn, thư viện, cấu hình và hệ thống tệp cần thiết để ứng dụng hoạt động. Các image này có thể dễ dàng chia sẻ và triển khai trên nhiều nền tảng khác nhau.

Ưu điểm:

• Giúp đơn giản hóa việc triển khai bằng cách gói toàn bộ ứng dụng và môi trường vào một đơn vị độc lập.
• Cung cấp tính di động cao, cho phép container dễ dàng được chuyển đổi giữa các môi trường.
• Cải thiện tính bảo mật và độ tin cậy nhờ khả năng cô lập các container với nhau.

Bảng tổng hợp sự khác nhau giữa Kubernetes vs Docker là gì:

Azure Kubernetes Service (AKS) là gì?

Azure Kubernetes Service (AKS) là một dịch vụ được quản lý toàn phần do Microsoft Azure cung cấp, giúp triển khai và quản lý các ứng dụng container trên nền tảng Kubernetes. AKS cho phép doanh nghiệp dễ dàng triển khai, mở rộng và vận hành các container mà không phải lo lắng về việc quản lý cơ sở hạ tầng Kubernetes phức tạp.

Với AKS, Microsoft Azure chịu trách nhiệm quản lý các thành phần chính như:

• Control Plane (Mặt điều khiển): Bao gồm các thành phần quản lý như API Server, Scheduler, và Controller Manager. Người dùng không cần cấu hình hoặc trả phí riêng cho các thành phần này.
• Node (Nút): Là các máy chủ chạy workload container mà doanh nghiệp chỉ cần cấu hình và quản lý khi cần.

AKS là một lựa chọn mạnh mẽ cho các tổ chức muốn tận dụng công nghệ Kubernetes để triển khai và quản lý ứng dụng container trên đám mây Azure một cách dễ dàng và hiệu quả.

Vietnix – Giải pháp VPS hàng đầu cho mọi nhu cầu lưu trữ

Vietnix là nhà cung cấp dịch vụ hạ tầng công nghệ hàng đầu tại Việt Nam, chuyên cung cấp giải pháp VPS chất lượng cao, đáp ứng mọi nhu cầu từ cá nhân đến doanh nghiệp. Với hơn 13 năm kinh nghiệm, Vietnix tự hào mang đến các dịch vụ VPS vượt trội, sử dụng ổ cứng NVMe siêu nhanh, đảm bảo hiệu suất mạnh mẽ và ổn định cho các hệ thống website, ứng dụng và nền tảng container hóa như Kubernetes.

Dịch vụ VPS tại Vietnix được thiết kế để tối ưu hóa tốc độ, khả năng mở rộng và bảo mật, giúp khách hàng vận hành hệ thống một cách hiệu quả với chi phí hợp lý nhất. Với đội ngũ kỹ thuật hỗ trợ 24/7, Vietnix cam kết mang đến trải nghiệm lưu trữ tốt nhất cho mọi khách hàng.

Thông tin liên hệ:

• Hotline: 18001093.
• Email: sales@vietnix.com.vn.
• Địa chỉ: 265 Hồng Lạc, Phường Bảy Hiền, Thành Phố Hồ Chí Minh.
• Website: https://vietnix.vn/

Hy vọng với bài viết Kubernetes là gì? Chức năng và cơ chế hoạt động của k8s vừa chia sẻ, bạn đã hiểu rõ hơn về nền tảng Kubernetes cũng như những lợi ích mà nó mang lại trong việc quản lý container. Bằng cách triển khai và sử dụng Kubernetes một cách hiệu quả, bạn có thể tự động hóa quy trình triển khai, mở rộng và quản lý các ứng dụng container, từ đó tối ưu hóa hiệu suất hệ thống và tiết kiệm tài nguyên. Nếu bạn muốn tìm hiểu sâu hơn về Kubernetes và các ứng dụng thực tế của công nghệ này, đừng quên tham khảo các bài viết liên quan dưới đây để nâng cao kiến thức của mình!