Que fait Kubernetes et pourquoi l’utiliser ?

Technologie et développement

Kubernetes (souvent abrégé « K8 ») est une plateforme Open Source, créée en 2015 par Google, qui automatise l’exploitation des conteneurs Linux et fait maintenant partie de la « Cloud Native Computing Foundation ».
Toutes les semaines, ce sont plus 2 milliards de conteneurs qui sont déployés par Google via Borg, plateforme connue comme étant la grande sœur de Kubernetes.
 
C’est d’ailleurs son développement qui a servi de fondation à la technologie Kubernetes.
 
Google est donc passé maître dans l’art d’utiliser les conteneurs pour ses workloads de production et des services comme Gmail, Search, Apps ou Maps tournent tous dans des conteneurs.
 
Kubernetes permet d’éliminer de nombreux processus manuels liés au déploiement et à la mise à l’échelle des applications conteneurisées.
 
Pour faire plus simple, il vous aide à gérer facilement et efficacement des clusters au sein desquels vous aurez rassemblé des groupes d’hôtes exécutant des conteneurs Linux. Ceux-ci pouvant couvrir des hôtes situés dans des clouds publics, privés ou hybrides.
 
Kubernetes est donc la plateforme parfaite pour héberger les applications cloud-native qui requièrent une mise à l’échelle rapide, comme la diffusion de données en continu et en temps réel via Apache Kafka.
 
 

L’utilité des conteneurs

Avant de vous expliquer ce que fait Kubernetes, nous devons vous expliquer ce que sont les conteneurs et pourquoi ils sont si utilisés.
 
Tout d’abord, demandez à un administrateur qui a géré une multitude de machines virtuelles sans conteneurs de vous expliquer son expérience et il vous dira que c’est un vrai cauchemar.
 
Avec des conteneurs, c’est différent…
 
Un conteneur est une mini-machine virtuelle.
Contrairement à toutes les autres machines virtuelles classiques, il ne dispose pas de pilotes ou de périphérique et autres composants, c’est ce qui fait qu’il est plus petit, plus léger, plus rapide, plus efficace et plus simple à gérer.
 
Quand Amazon Web Service a présenté au public Amazon EC2 en 2008, on ne s’attendait pas à ce que ce portail, permettant de provisionner des serveurs virtuels simplement, allait révolutionner le travail des développeurs et des administrateurs.
 
La conteneurisation est un moyen d’exécuter des applications sur un système d’exploitation de sorte que l’application soit isolée du reste du système.
 
Votre application pense qu’elle a sa propre instance de système d’exploitation, alors qu’il y a d’autres conteneurs qui s’exécutent sur le même système.
 
Il permet d’assurer le déploiement rapide et stable des applications dans n’importe quel environnement informatique.
 
Les conteneurs ont modifié la façon de développer, de déployer et de maintenir les logiciels c’est pour cela que cette méthode rencontre un vrai succès depuis des années.
 
Mais cette nouvelle façon de procéder nécessite des outils adaptés pour automatiser le déploiement, le management, le networking, le scaling et la disponibilité des applications basées sur conteneurs.
 
On les appelle des outils d’orchestration de conteneurs et c’est exactement le rôle de Kubernetes !
 
Et comme il est open source, il peut être utilisé librement par n’importe qui, n’importe où.

 

Comment fonctionne Kubernetes ?

L’idée principale de Kubernetes est de virtualiser les machines, le stockage et les réseaux.
 
Il va donc déployer des conteneurs sur toutes sortes de clouds, machines virtuelles ou machines physiques.
 
Et pour comprendre son mode de fonctionnement, il y a quelques concepts de Kubernetes qu’il faut déjà connaître.
 
Voilà donc un peu de vocabulaire :
  • Nœud
    Un nœud est une machine physique ou virtuelle. Attention c’est vous qui les créés et non Kubernetes, vous devrez donc en amont définir votre infrastructure de base pour déployer vos applications.
  • Pods
    Les pods fonctionnent sur des nœuds. Il s’agit d’un ou plusieurs conteneurs qui fonctionnent ensemble comme une unité logique. 
Un nœud peut exécuter plusieurs pods. Ils ont le même contenu partagé, partagent tous l’adresse IP de partage, mais peuvent également en atteindre d’autres via localhost. 
Ils peuvent également partager le stockage, mais n’auront pas besoin de tous fonctionner sur la même machine, car les conteneurs peuvent s’étendre sur plus d’une machine.
  • Déploiement
    On appelle déploiement un ensemble de pods. Son rôle est de garantir qu’un nombre suffisant de pods s’exécute en même temps pour desservir l’application et arrêter ceux qui ne sont pas nécessaires (en examinant l’utilisation du processeur par exemple).
 
Mode de fonctionnement.
Tout d’abord, la principale abstraction sur laquelle repose Kubernetes est le cluster. Il s’agit d’un groupe de machines qui exécute Kubernetes et les conteneurs qu’il gère.
 
Un cluster doit avoir un master, c’est-à-dire un système qui commande et contrôle toutes les autres machines du cluster.
 
Chaque cluster contient des nœuds Kubernetes qui peuvent être des machines physiques ou virtuelles.
 
Les nœuds quant à eux exécutent des pods.
 
Chaque pod représente une seule instance d’une application ou d’un processus en cours d’exécution sur Kubernetes, et est constitué d’un ou plusieurs conteneurs.
 
Tous les conteneurs sont lancés et répliqués en groupe dans le pod. vous permettant de vous concentrer sur l’application plutôt que sur les conteneurs.
 
Le controller quant à lui est une autre abstraction qui permet cette fois de gérer la façon dont les pods sont déployés, créés ou détruits.
 
Le service est une abstraction qui permet d’assurer la persistance des applications même si les pods sont détruits.
 
Il décrit la façon dont un groupe de pods peut être accessible via le réseau.
 
Il existe d’autres composants clés de Kubernetes comme le scheduler qui répartit les workloads entre les nœuds pour assurer l’équilibre entre les ressources, et garantir que les déploiements correspondent aux besoins des applications.
 
Le controller manager quant à lui assure que l’état du système (applications, workloads…) correspond à l’état désiré qui a été défini dans les paramètres de configuration Etcd.
 
 

Pourquoi utiliser Kubernetes ?

Le principal intérêt de Kubernetes est de vous permettre de vous focaliser sur la façon dont vous voulez que les applications fonctionnent, plutôt que sur des détails spécifiques d’implémentation.
 
Grâce aux abstractions qui permettent de gérer des groupes de conteneurs, les comportements dont ils ont besoin sont dissociés des composants qui les fournissent.
 
Kubernetes permet d’automatiser et de simplifier plusieurs tâches, mais il permet également de :
  • Déployer des applications multi conteneurs
  • Réduire vos efforts en indiquant à Kubernetes comment composer une application à partir d’un ensemble de containers, la plateforme prendra alors en charge le déploiement et assurera la synchronisation des composants entre eux
  • Simplifier le scaling d’applications containerisées en mettant à l’échelle pour suivre la demande et optimiser l’usage des ressources des applications qui en ont besoin
  • Automatiser cette mise à l’échelle
  • Permettre le déploiement continu de nouvelles versions d’applications et éliminant les temps de maintenance
  • Permettre le networking des conteneurs, la découverte de service et le stockage.
  • Automatiser le provisionnement de serveurs Web en fonction du niveau de trafic Web en production
  • Mettre à l’échelle les serveurs Web en fonction de la demande pour les applications logicielles, puis dégrade les instances de serveur Web pendant les temps d’arrêt. 
  • Disposer de capacités avancées d’équilibrage de charge pour le routage du trafic Web vers les serveurs Web lors des opérations
  • Orchestrer des conteneurs sur plusieurs hôtes
  • Optimiser l’utilisation de votre matériel afin de maximiser les ressources requises pour l’exécution de vos applications
  • Contrôler et automatiser les déploiements et mises à jour d’applications
  • Monter et ajouter des systèmes de stockage pour exécuter des applications avec état
  • Mettre à l’échelle des applications conteneurisées et leurs ressources
  • Gérer des services de façon déclarative et garantir ainsi que les applications déployées s’exécutent toujours de la manière dont vous les avez déployées
  • Vérifier l’intégrité de vos applications et les réparer automatiquement grâce au placement, au démarrage, à la réplication et à la mise à l’échelle automatique
Comme avec toutes les machines virtuelles les conteneurs peuvent rencontrer des problèmes qui doivent être suivis et gérés.
 
Par exemple quand une entreprise de cloud public vous facture le temps processeur ou le stockage vous devez être sûr qu’il n’y a pas de machines orphelines qui tournent pour rien ou à contrario de fournir automatiquement plus de mémoire quand une machine en a besoin et de les alléger lorsque la charge le permet.
 
Et bien tout cela c’est de l’orchestration et c’est là que Kubernetes va jouer son rôle.
 
Kubernetes pour prendre des mesures concrètes pour améliorer votre sécurité informatique.
 
La sécurité des conteneurs peut-être complexe, car elle comporte plusieurs couches.
 
Kubernetes va vous permettre avec ses outils d’orchestration et de gestion de déployer des conteneurs à grande échelle.
 
En effet, ses outils vous permettent de créer des services applicatifs sur plusieurs conteneurs, de planifier leur exécution dans un cluster, de les mettre à l’échelle et de gérer leur intégrité.
 
Kubernetes doit pouvoir s’intégrer aux services de mise en réseau, de stockage, de sécurité et de télémétrie, pour fournir une infrastructure de conteneurs complète.
 
Une application de conteneurs Linux classique les traite comme des machines virtuelles rapides et efficaces. Mais si vous évoluez vers un environnement de production avec de nombreuses applications, vous allez avoir besoin de plusieurs conteneurs colocalisés qui fonctionnent ensemble pour fournir des services individuels.
 
Et forcément, votre infrastructure se complexifie au fur et à mesure où le nombre de conteneurs dans votre environnement augmente.
 

Quelle différence entre Docker et Kubernetes ?

Docker a largement contribué à la démocratisation de conteneurs Linux.
 
Il n’a pas créé la technologie, mais il a construit un ensemble d’outils et d’API qui ont rendu les conteneurs beaucoup plus faciles à gérer et il est arrivé au moment où l’industrie cherchait un moyen de mieux gérer le Cloud et ses workloads Web.
 
Docker c’est aussi une société qui a contribué à un ensemble divers d’outils de gestion des cycles de vie des conteneurs.
 
Docker est d’ailleurs le conteneur le plus populaire.
 
On compare souvent les deux, Docker et Kubernetes, à tort, car en fait ils sont complémentaires.
 
Là où Docker Swarm gère le cycle de vie des conteneurs Linux, Kumbernetes fonctionne en complément et gère l’orchestration.
 
L’un n’est pas une alternative à l’autre. Bien au contraire, Kubernetes peut fonctionner sans Docker et Docker peut fonctionner sans Kubernetes. Mais ils peuvent grandement bénéficier l’un de l’autre.
 
Docker est un logiciel autonome qui peut être installé sur n’importe quel ordinateur pour exécuter des applications conteneurisées. Il permet d’exécuter, de créer et de gérer des conteneurs sur un seul système d’exploitation.
 
Mais si Docker est installé sur un groupe d’hôtes (différents systèmes d’exploitation), vous pouvez tirer parti de Kubernetes.
 
Ces nœuds, ou hôtes Docker, peuvent être des serveurs sans système d’exploitation ou des machines virtuelles. 
 
Comme nous l’avons vu plus haut, Kubernetes vous permet d’automatiser le provisionnement de conteneurs, la mise en réseau, l’équilibrage de charge, la sécurité et la mise à l’échelle sur tous ces nœuds à partir d’une seule ligne de commande ou du tableau de bord. 
 
Mais quelle nécessité d’avoir plusieurs nœuds ?
Tout d’abord pour rendre l’infrastructure plus robuste.
 
Votre application sera en ligne, même si certains des nœuds sont hors ligne.
 
Ensuite pour rendre votre application plus évolutive : si la charge de travail augmente, vous n’aurez qu’à créer simplement plus de conteneurs et/ou ajoutez plus de nœuds à votre cluster Kubernetes.
 
Kubernetes automatise le processus de mise à l’échelle, de gestion, de mise à jour et de suppression des conteneurs.
 
Et si Docker est au cœur de la conteneurisation, il nous permet d’avoir en premier lieu des conteneurs.
 
En principe, Kubernetes peut fonctionner avec n’importe quelle technologie de conteneurisation.
 
Mais les deux options les plus populaires avec lesquelles Kubernetes peut s’intégrer sont rkt et Docker. 4
 
Mais Docker a pu déployer beaucoup plus d’efforts pour perfectionner son intégration avec Kubernetes, bien plus que toute autre technologie de conteneurisation.
 
D’ailleurs, Docker Inc., a réalisé l’ampleur que Kubernetes avait prise au point de livrer avec sa propre distribution Kubernetes son logiciel Docker for Desktop (MacOS et Windows).
 
Donc, si vous étiez hésitant à l’idée d’adopter Kubernetes pour votre produit basé sur Docker, ce dernier point devrait dissiper tous vos doutes.
 
Les deux projets se sont rencontrés et ont énormément bénéficié de leur symbiose.
 
 
Les conteneurs sont une avancée incroyable, car ils permettent de penser les services et les systèmes d’une manière complètement nouvelle et surtout numérique.
 
Kubernetes a donc de beaux jours devant lui et ne cessera de s’améliorer encore dans l’avenir.
 
 
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