Kubernetes для новачків: базові принципи оркестрації контейнерів

Ще не так давно розробники могли запускати застосунки у кількох контейнерах і цілком справлятися з цим вручну. Але щойно сервіс зростав і контейнерів ставало десятки чи сотні, інфраструктура перетворювалася на складну систему, де будь-яка зміна могла спричинити збої.

У цей момент і з’явився інструмент, який визначив нові правила гри. У цьому матеріалі ми розберемо базові принципи й ключові компоненти Kubernetes, щоб показати, з чого почати новачкам. А допоможе нам у цьому Олександр Баранецький, DevOps Team Lead у Growe, який поділиться практичним досвідом роботи з оркестрацією контейнерів.

Що таке Kubernetes і для чого він потрібен

Kubernetes — це платформа з відкритим кодом, яку створив Google, а нині підтримує Cloud Native Computing Foundation (CNCF). Вона працює як «диригент» у великому симфонічному оркестрі: ви описуєте бажаний стан вашої системи (скільки екземплярів сервісу потрібно, які ресурси вони мають використовувати, як оновлювати їх без простою), а Kubernetes стежить, щоб усе виконувалось.

Без такої системи кожне оновлення або збільшення навантаження вимагало б ручних дій (запуск додаткових контейнерів, зміна конфігурацій, перевірка стану серверів). Kubernetes автоматизує ці процеси, підвищуючи надійність і швидкість розгортання.

«Kubernetes має великі переваги для середніх і великих проєктів та команд, особливо з мікросервісами й кількома напрямами роботи, — наголошує Олександр Баранецький. — Він пришвидшує релізи, зменшує витрати на підтримку та знімає ручну рутину завдяки стандартизованим механізмам розгортання, масштабування й відновлення. Плюс — сильний хайринг-фактор: багато кандидатів прямо шукають можливість працювати з Kubernetes і набиратися практичного досвіду. Якщо команда росте й хоче рухатися швидше — це природний крок у розвиток інфраструктури».

Як працює оркестрація контейнерів

Коли десятки контейнерів розгорнуті на різних серверах, частина з них може відмовити, інша ж — перевантажена, але застосунок усе одно має залишатися доступним. Саме тому нам потрібен механізм оркестрації.

Kubernetes працює за принципом декларативного управління: ви описуєте, яким має бути ваш застосунок (наприклад, «три екземпляри вебсервісу та два бази даних»), а система сама вирішує, на яких вузлах їх розмістити й як підтримувати цей стан.

Цей принцип реалізується одразу у кількох можливостях. Kubernetes автоматично розгортає сервіси, розподіляючи їх по кластерах з урахуванням ресурсів і залежностей. Він масштабує застосунок у відповідь на навантаження: додає екземпляри, коли користувачів стає більше, і зменшує їх, коли потреба падає. Нарешті, система постійно відстежує стан контейнерів і відновлює їх у разі збоїв — без ручного втручання.

Для інженерних команд це означає передбачуване середовище, де інфраструктура працює сама за себе, а розробники можуть зосередитися на створенні функціональності, а не на постійному гасінні пожеж. Олександр додає, що для нього справжнім переломним моментом стала комбінація Kubernetes і підходу GitOps:

«Усе тепер зберігається в репозиторії коду: конфігурації, політики, маніфести. За допомогою інструментів на кшталт Argo CD чи Flux кластер просто приводиться до бажаного стану. Це означає, що розгортання нового середовища, відновлення після збоїв або відкат до попередньої версії — звичні операції без неприємних сюрпризів.

Раніше кожен перенос середовища між віртуальними машинами ламав щось важливе: конфіги губилися, що приводило до некоректної поведінки компонентів. Тепер цього немає: стан кластера завжди відповідає тому, що записано в репозиторії. Як результат — час відновлення значно зменшився, а ми витрачаємо менше сил на підтримку і більше — на розвиток».

Таким чином, Kubernetes — це не лише оркестратор у класичному розумінні, а й основа для сучасних практик, таких як GitOps, які роблять інфраструктуру передбачуваною та значно скорочують час відновлення після збоїв.

Основні компоненти Kubernetes

Щоб зрозуміти, як працює система, розберемо її базові елементи:

• Cluster — сукупність серверів (нод), на яких працюють ваші контейнери.

• Node — окремий сервер (фізичний або віртуальний), де запускаються контейнери.

• Pod — найменша одиниця в Kubernetes. Один под може містити один або кілька контейнерів, які працюють разом.

• Kubelet — агент, який працює на кожному вузлі та слідкує за виконанням інструкцій з API-сервера.

• API Server — «серце» Kubernetes, яке приймає запити, перевіряє їх і передає завдання іншим компонентам.

• Controller Manager та Scheduler — контролюють стан кластера й вирішують, куди запускати поди.

  
  

Розповідаючи про те, наскільки важливо знати внутрішню логіку Kubernetes, Олександр Баранецький навів приклади зі своєї практики:

«Був момент, коли pod уперто відмовлявся стартувати. Якби не розуміння послідовності перевірок — що робить планувальник, чи є ресурси на вузлі, чи правильно підтягується образ і проходять перевірки стану — можна було б витратити години на пошуки. А так рішення знайшлося швидко й безболісно.

Інша ситуація трапилася під великим навантаженням: ноди почали втрачати стабільність, а поди безкінечно «переїжджали» з одного вузла на інший, провокуючи простої. Після детального аналізу з’ясувалося, що вся проблема була у фізичних мережевих затримках. Усунули їх — і система повернулася до стабільної роботи».

Переваги використання Kubernetes

У різних командах Kubernetes може працювати по-різному, але результат часто однаковий: менше ручних операцій, більше стабільності й швидші релізи. 

Перш за все це відчувається в автоматизації. Там, де раніше доводилося вручну перезапускати сервіси чи балансувати навантаження, Kubernetes робить усе сам. 

Друга перевага — масштабованість. Якщо навантаження зростає, Kubernetes автоматично додає нові екземпляри контейнерів; коли спадає — звільняє ресурси (інфраструктура гнучко підлаштовується під бізнес-завдання, не створюючи «вікон простою»).

Ще одна перевага — гнучкість. Kubernetes працює однаково ефективно як у фізичних дата-центрах, так і в хмарних середовищах — AWS, GCP чи Azure. Це дає командам свободу: можна почати з невеликого кластера на власних серверах і безболісно перейти у хмару, коли продукт виросте.

І нарешті — висока доступність. Навіть якщо частина інфраструктури виходить з ладу, застосунок продовжує працювати: система перезапускає поди або переносить їх на інші вузли автоматично. 

Олександр підкреслює, що всі ці переваги відчутні у щоденній роботі з продакшн-сервісами: «Kubernetes прискорює релізи завдяки стандартизованим стратегіям оновлення — RollingUpdate, канарним чи blue-green без «вікон простою». Стабільність зростає завдяки вбудованим перевіркам готовності та доступності, автоматичному масштабуванню й самовідновленню. Плюс спостережуваність — метрики, логи, трейси — зменшує час відновлення після збоїв. У підсумку ми отримуємо не ще один шар складності, а швидші релізи й стабільніші сервіси». І навіть якщо уявити собі ситуацію, що завтра Kubernetes зникне, ключові концепції, які він приніс в індустрію, залишаться цінними.

«Я б узяв із собою три концепції Kubernetes: декларативність — коли описуємо бажаний стан, а не процес; стабільність під навантаженням — масштабування й відмовостійкість без ручних ритуалів; і швидкі релізи без простоїв — поетапні оновлення, автоматичні ролбеки та контроль трафіку. Це те, що реально змінило гру», — підкреслює Олександр.

Приклади застосування Kubernetes у реальних проєктах

«У мене був випадок, коли під піковим навантаженням ми вперлися в мережеві обмеження датацентру. Kubernetes став саме тим інструментом, завдяки якому ми безболісно перенесли робочі навантаження (workloads) в хмару, зберігши цілісність і стабільність сервісів. Портативність описів дозволила відтворити середовища один-в-один. По суті, Kubernetes дав можливість швидко «розширити» інфраструктуру за межі датацентру і пережити пікові навантаження без простоїв та хаотичних ручних дій», — поділився Олександр Баранецький.

Цей досвід добре показує одну з головних причин, чому Kubernetes став настільки популярним: він дозволяє бізнесам витримувати навантаження, які інакше могли б коштувати клієнтів чи грошей. Але це не єдиний сценарій.

Скажімо, у стартапах Kubernetes використовують, щоб швидко масштабувати продукт без великих інвестицій у DevOps-команди. У великих корпораціях на кшталт Spotify чи Pinterest він допомагає керувати сотнями мікросервісів, забезпечуючи стабільність і швидке оновлення.У fintech та e-commerce інструмент стає критично важливим під час пікових продажів чи транзакцій, коли SLA має виконуватися за будь-яких умов.

З чого почати новачку у Kubernetes

Перші кроки з Kubernetes краще робити у безпечному середовищі. Почніть із локальних інструментів на кшталт Minikube чи Kind — вони дозволяють безкоштовно розгорнути кластер і експериментувати без ризику «зламати продакшн».

Далі варто звернутися до офіційної документації на kubernetes.io — вона містить покрокові інструкції для новачків. Добре працюють і навчальні курси на платформах Udemy чи Coursera, а також безкоштовні воркшопи від CNCF чи DigitalOcean.

Найефективніше навчання — це практика. Спробуйте розгорнути простий застосунок, налаштувати сервіс, погратися з масштабуванням. А ще краще — приєднатися до спільнот: Slack-каналів, форумів чи локальних meet-up. Там завжди знайдуться люди, які вже проходили через ті ж самі труднощі.

Олександр Баранецький радить ставитися до Kubernetes як до майданчика для експериментів: «Теорія і сертифікації важливі, але вони не дадуть відповіді, що робити у конкретній ситуації. Це приходить тільки з практикою. Важливо не боятися піднімати середовище, ламати його і відновлювати. Так ви швидше зрозумієте базові речі: як працюють probes (readiness/liveness), requests і limits, політики розміщення подів чи autoscaler’и. Саме такі вправи прибирають більшість типових помилок новачків і дають упевненість у роботі з кластерами».

Kubernetes варто освоювати як «живий інструмент», а не як суху теорію: пробувати, помилятися, виправляти й рухатися далі. Саме так формується практичне розуміння, яке потім рятує у реальних проєктах. І нарешті, варто пам’ятати, що Kubernetes — це не тільки технологія, а й зміна у культурі роботи команд.

«Інструмент справді впливає на мислення, але лише там, де є культура. Зменшується людський фактор, з’являється передбачуваність релізів, пришвидшується зворотний зв’язок. Команда починає мислити платформою й надійністю: проби, ресурсні обмеження, масштабування стають обов’язковими вимогами.», — зазначає Олександр Баранецький.

Часті запитання (FAQ)

Чи можна використовувати Kubernetes без Docker?

Так. Docker — популярний варіант контейнерного рушія, але Kubernetes підтримує й інші, наприклад containerd чи CRI-O.

Яка різниця між Kubernetes та Docker Swarm?

Docker Swarm простіший для швидкого старту, але обмежений за можливостями масштабування та управління. Kubernetes складніший у налаштуванні, зате надає більший контроль, автоматизацію та екосистему.

Чи потрібні знання Linux для роботи з Kubernetes?

Базові знання Linux бажані: Kubernetes працює на базі Linux-ядра, і розуміння команд shell допоможе швидше розв’язувати проблеми.

Скільки часу потрібно, щоб освоїти Kubernetes?

Для базового рівня вистачить кількох тижнів практики. Щоб упевнено працювати з production-кластерами та CI/CD-пайплайнами, знадобляться місяці досвіду.