Cos’è Kubernetes?

Kubernetes è una piattaforma open source per il deployment, la scalabilità e la gestione automatizzata di applicazioni containerizzate. Organizza i container in cluster e garantisce che i servizi funzionino in modo affidabile ed efficiente. Con funzionalità come il bilanciamento del carico, l’autoriparazione e i rollout, Kubernetes semplifica notevolmente il funzionamento delle applicazioni moderne.

Cos’è Kubernetes?

Kubernetes (K8s) è un sistema open source per l’orchestrazione dei container, sviluppato originariamente da Google e ora gestito dalla Cloud Native Computing Foundation (CNCF). Gestisce applicazioni containerizzate in ambienti distribuiti, automatizzando l’avvio, la scalabilità, il monitoraggio e la sostituzione dei container quando necessario.

L’architettura scritta nel linguaggio di programmazione Go si basa su un nodo principale (nodo master) e vari nodi lavoratori (nodi worker), con componenti come lo scheduler incaricati di compiti amministrativi centrali. Attraverso configurazioni dichiarative (ad esempio in file YAML) si definiscono stati desiderati, che Kubernetes assicura continuamente. Lo strumento mira sia all’uso nel cloud che all’impiego su computer locali o in data center on-premises.

Come funziona Kubernetes?

Kubernetes è un sistema di orchestrazione di container. Questo significa che il software non deve creare container, bensì gestirli. Per farlo, Kubernetes si affida all’automazione dei processi, che rende le fasi di test, manutenzione e pubblicazione di applicazioni più facili per gli sviluppatori e le sviluppatrici. La sua architettura consiste in una chiara gerarchia, composta da:

• Container: un container contiene applicazioni e ambienti software.
• Pod: questa unità dell’architettura Kubernetes raccoglie i container che devono lavorare insieme per un’applicazione.
• Nodo: uno o più pod di Kubernetes operano su un nodo, che può essere una macchina virtuale o fisica.
• Cluster: diversi nodi formano un cluster di Kubernetes.

L’architettura Kubernetes si basa, inoltre, sul principio di nodi master e worker. Come nodi worker, ovvero le parti controllate del sistema, vengono utilizzati i nodi descritti., che sono sotto la gestione e il controllo del master di Kubernetes.

Uno dei compiti del master è quello di distribuire i pod ai nodi. Il monitoraggio costante permette al master di intervenire non appena un nodo incontra dei problemi e di duplicarlo direttamente per compensare il guasto. Le condizioni attuali vengono sempre confrontate con le condizioni standard e, se necessario, adattate. Tali processi avvengono automaticamente. Il master è anche il punto di accesso per gli amministratori e le amministratrici, che possono poi orchestrare i container.

Nodo di Kubernetes

Il nodo worker è un server fisico o virtuale su cui sono attivi uno o più container. Il nodo contiene un ambiente runtime per i container. È attivo, inoltre, il cosiddetto Kubelet, ovvero un servizio che consente la comunicazione con il master e avvia e arresta i container. Il cAdvisor è un servizio del Kubelet che registra l’utilizzo delle risorse ed è molto utile per eseguire delle analisi. Infine, c’è il Kube proxy, che funge da load balancer e abilita le connessioni di rete su TCP o altri protocolli.

Master di Kubernetes

Anche il master è un server. Per garantire il controllo e il monitoraggio dei nodi, il Controller Manager lavora sul master. Questo servizio, a sua volta, combina diversi processi:

• Il Node Controller controlla i nodi e reagisce in caso di guasti.
• Il Replication Controller assicura che il numero impostato di pod funzioni sempre contemporaneamente. Nelle configurazioni moderne è ampiamente sostituito da ReplicaSets, che vengono solitamente gestiti tramite deployment.
• L’Endpoints Controller si occupa dell’oggetto endpoint che è responsabile della connessione di servizi e pod.
• I Service Account e Token Controller gestiscono lo spazio dei nomi e creano token di accesso alle API.

Accanto al Controller Manager viene eseguito un database chiamato etcd o database key-value, nel quale è memorizzata la configurazione del cluster di cui è responsabile il master. Lo Scheduler consente al master di distribuire automaticamente i pod ai nodi. La connessione al nodo funziona tramite il server API integrato nel master, che fornisce un’interfaccia REST e scambia informazioni con il cluster tramite JSON. Questo permette ai diversi controller, ad esempio, di accedere ai nodi.

Kubernetes e Docker sono concorrenti?

La domanda su chi performa meglio nel confronto tra Kubernetes e Docker in realtà non si pone, poiché si utilizzano entrambi i programmi insieme. Docker (o un’altra piattaforma di container come rkt) è responsabile anche in Kubernetes per l’assemblaggio e l’esecuzione dei container. Kubernetes accede a questi container e orchestra o automatizza i processi, ma non può creare autonomamente dei container.

Esiste invece una certa concorrenza con Docker Swarm, uno strumento per l’orchestrazione di Docker. Anche questo strumento funziona con i cluster e offre funzioni simili a Kubernetes.

Quali sono i vantaggi di Kubernetes?

Kubernetes offre una varietà di vantaggi che migliorano sia la scalabilità che la sicurezza operativa e l’efficienza.

✓ Scalabilità automatizzata: per risparmiare sui costi, Kubernetes può sfruttare perfettamente le risorse. Invece di mantenere attive macchine non necessarie, il sistema può rilasciare queste risorse e utilizzarle per altri compiti o semplicemente non usarle affatto, risparmiando così sui costi.

✓ Elevata affidabilità: grazie alla replica e al ripristino automatico, Kubernetes garantisce che le applicazioni continuino a funzionare anche in caso di errori o guasti di singole componenti.

✓ Orchestrazione efficiente delle risorse: pod e container vengono distribuiti in modo intelligente sui nodi disponibili, ottimizzando così l’utilizzo della potenza di calcolo.

✓ Facile distribuzione e rollback: le nuove versioni delle applicazioni possono essere distribuite con uno sforzo minimo. Se necessario, è anche possibile tornare rapidamente alle versioni precedenti.

✓ Indipendenza dalla piattaforma: Kubernetes funziona su server locali, nel cloud o in un cloud ibrido; i carichi di lavoro rimangono portabili.

✓ Service Discovery e bilanciamento del carico: Kubernetes rileva automaticamente i servizi all’interno del cluster e distribuisce il traffico in modo uniforme, senza la necessità di bilanciatori di carico esterni.

✓ Gestione efficiente tramite API: tramite un’unica API centrale, è possibile gestire tutte le componenti del cluster e automatizzarle anche attraverso strumenti esterni e pipeline CI/CD.

Per cosa è adatto Kubernetes?

Nello sviluppo software, Kubernetes ha ormai un ruolo importante, soprattutto nei progetti agili. Il ciclo di sviluppo, test e deployment (e tutti i possibili passaggi intermedi) è semplificato dall’orchestrazione di container. Lo strumento di orchestrazione è particolarmente indicato quando le applicazioni sono eseguite in container e si richiede un’infrastruttura scalabile ad alta disponibilità. Inoltre, si possono identificare i seguenti casi d’uso:

• Architetture a microservizi: nella pratica, K8s viene spesso utilizzato per il funzionamento di architetture a microservizi, in cui molti piccoli servizi vengono sviluppati, testati e aggiornati indipendentemente l’uno dall’altro. Le aziende utilizzano Kubernetes per automatizzare gli ambienti di sviluppo e produzione e per rispondere più rapidamente alle nuove esigenze.
• CI/CD: Kubernetes viene usato anche nel campo della continuous integration e della continuous delivery, poiché in questo modo si possono automatizzare i deployment e gestire le versioni in modo pulito.
• Multicloud e cloud ibrido: nelle strategie multicloud o cloud ibrido, Kubernetes serve per distribuire i carichi di lavoro in modo indipendente dalla piattaforma e per spostarli in maniera flessibile tra vari fornitori di cloud o data center.
• Big Data: inoltre, Kubernetes è adatto anche per progetti di Big Data e apprendimento automatico che richiedono l’esecuzione parallela di molti container di breve durata.
• Grandi piattaforme: Kubernetes è indispensabile anche per le grandi piattaforme con un elevato numero di utenti, per gestire automaticamente i picchi di traffico e garantire la continuità operativa.