Kompletní průvodce integrací Dockeru s Kubernetes: Koncepty, příklady a osvědčené postupy

Technologie kontejnerů je základním kamenem modernizace aplikací. Umožňuje zapouzdřit aplikace a všechny jejich závislosti do přenosné jednotky, která může konzistentně běžet v jakémkoli prostředí – lokálně, v cloudu nebo hybridně. Kontejnery izolují aplikace od hostitelského operačního systému a dalších kontejnerů pomocí funkcí linuxového jádra , jako jsou jmenné prostory a cgroups. Chcete-li se dozvědět více o definování opakovatelných konfigurací, můžete se také podívat na náš článek o tom, co je YAML a jak ho používat v Kubernetes.

Mezi jejich výhody patří izolace, přenositelnost, nízká hmotnost a modularita. Tyto vlastnosti, spolu se schopností rychle spouštět instance a udržovat konzistenci prostředí, je činí ideálními pro celý životní cyklus od vývoje až po produkci. Mezi oblíbené kontejnerové technologie patří Docker, Podman, Kubernetes (jako orchestrátor) a CRI-O.

Co je Docker? Základy a funkce

Docker je nejrozšířenější kontejnerizační platforma, která se specializuje na balení aplikací a všech jejich závislostí do takzvaných kontejnerů. Díky Dockeru mohou vývojáři zajistit konzistentní fungování svých aplikací napříč různými prostředími, čímž eliminují problémy s výkonem od vývoje až po produkční prostředí.

Docker image je šablona, ​​která obsahuje operační systém, zdrojový kód, knihovny a potřebné konfigurace. Tyto image se vytvářejí pomocí Dockerfile nebo automaticky v některých moderních frameworkech, jako je Spring Boot, pomocí specifických pluginů. Po spuštění se image stává kontejnerem – izolovanou a lehkou instancí se vším potřebným ke spuštění aplikace.

Výhody Dockeru : přenositelnost, automatizované nasazení, správa verzí, rychlé spuštění , modularita a aktivní komunita, která přispívá k dalšímu zlepšování ekosystému.

Kubernetes: Orchestrace kontejnerů ve velkém měřítku

Kubernetes , zkráceně K8s, je přední orchestrátor kontejnerů. Automatizuje nasazení, správu, škálování a provoz kontejnerizovaných aplikací. Byl vytvořen společností Google a nyní je open-source projektem spravovaným CNCF a globální komunitou.

Na rozdíl od Dockeru, který se o kontejnerizaci stará sám, Kubernetes spravuje více kontejnerů rozmístěných na více uzlech, což poskytuje vysokou dostupnost, škálovatelnost, automatizaci, samoopravu a vyvažování zátěže.

Mezi jeho klíčové komponenty patří:

• Lusky: Minimální jednotka nasazení, která může obsahovat jeden nebo více kontejnerů sdílejících síť a skladování.
• služby: Poskytují stabilní, abstraktní přístup k podům, spravují provoz pomocí síťových politik a vyvažování zátěže.
• Nasazení: Spravují životní cyklus podu, zajišťují udržování požadovaného počtu replik a usnadňují upgrady nebo vrácení zpět.
• Konfigurační mapy a tajné kódy: Ukládají konfigurační a citlivá data, což umožňuje dynamické vkládání do podů.
• jmenné prostory: Umožňují rozdělení clusteru do logických prostředí pro organizaci zdrojů a izolaci projektů nebo týmů.

Srovnání: Docker Compose vs. Kubernetes

Docker Compose a Kubernetes řeší odlišné potřeby, ačkoli spolu souvisejí. Docker Compose zjednodušuje definici a správu aplikací s více kontejnery v lokálním nebo vývojovém prostředí pomocí souborů docker-compose.yml . Umožňuje spouštět více služeb, sítí a svazků jediným příkazem, což usnadňuje testování a spolupráci.

Kubernetes jde daleko za hranice tohoto: je navržen pro rozsáhlé produkční nasazení, orchestraci distribuovaných kontejnerů napříč více uzly, správu vysoké dostupnosti, automatické škálování, přeplánování selhaných podů a mnoho dalšího. Mnoho týmů začíná s Compose a s rostoucí složitostí nebo potřebou škálování migruje na Kubernetes.

Přechod z Docker Compose na Kubernetes s Kompose

Pro týmy, které již mají aplikace definované v Docker Compose, se migrace na Kubernetes může zdát složitá. A právě zde přichází na řadu Kompose : je to nástroj příkazového řádku určený k automatickému převodu souborů docker-compose.yml do manifestů Kubernetes (YAML), jako jsou nasazení a služby , čímž se urychlí přechod a sníží manuální chyby.

Proces s Kompose je jednoduchý a skládá se ze čtyř základních kroků:

1. Instalace: Stáhněte si binární soubor z oficiálního repozitáře a umístěte ho do vaší PATH.
2. Příprava souboru docker-compose.yml: Zkontrolujte a aktualizujte soubor tak, aby odrážel požadovaná nastavení (služby, sítě, svazky atd.).
3. Konverze: Běh kompose convert pro generování manifestů Kubernetes.
4. Nasazení: použití kubectl apply -f přivést zdroje do clusteru Kubernetes.

Tento nástroj vám umožňuje využít předchozí práci v Compose a urychlit ji v pokročilejších produkčních prostředích.

Praktická integrace: Vytváření a nasazení obrazů Dockeru na Kubernetes

Typický pracovní postup nasazení zahrnuje tyto kroky:

• Konstrukce obrazu: použití nástroje jako Dockerfile sestavit obraz z kódu a závislostí.
• Označování a odesílání: Nahrajte obrázek do registr kontejnerů například Docker Hub, Google Container Registry nebo Azure Container Registry, aby k němu měl Kubernetes přístup.
• Vytvoření clusteru Kubernetes: Lze to provést lokálně (s Minikube nebo Docker Desktop), v cloudu (GKE, EKS, AKS) nebo on-premise.
• Nasazení: Definujte své manifesty Yaml (Nasazení, Služba, ConfigMap, Tajný klíč atd.) a nasaďte aplikaci pomocí kubectl apply -f.
• Prezentace služby: Vytvořte Služby (ClusterIP, NodePort nebo LoadBalancer) pro zpřístupnění podů, a to buď z clusteru, nebo zvenčí.
• Monitorování a testování: Ověřte nasazení přístupem k odhalenému koncovému bodu a pomocí nástrojů, jako je kubectl get pods pro kontrolu stavu nasazení.

Pokročilý příklad: Integrace aplikace Spring Boot

Jednou z nejžádanějších integrací je integrace Java aplikací se Spring Bootem. Existují nástroje jako např. Balíček Buildpacks a pluginy Maven, které umožňují automaticky vytvářet obrazy Dockeru bez nutnosti psát dockerfile. Jednoduše běží ./mvnw spring-boot:build-image -Dspring-boot.build-image.imageName=miapp:latest Obraz je připraven k uvedení do produkce, v souladu s osvědčenými postupy a zajištěnou kompatibilitou.

Dalším krokem je integrace s ConfigMaps a Secrets pro správu konfigurace v clusteru a usnadnění integrace s Docker Compose ve vývojových prostředích.

Manifesty Kubernetes: Nasazení, Služba, ConfigMap, Tajný klíč, Jmenný prostor

Kubernetes spravuje zdroje pomocí souborů manifestu ve formátu YAML (nebo JSON). Každý zdroj slouží specifické funkci a je důležité pochopit jeho strukturu a účel.

• Rozvinutí: Spravuje životní cyklus podů a udržuje požadovaný počet replik a zároveň usnadňuje upgrady bez prostojů.
• Služba: Umožňuje přístup, vyhledávání a vyvažování provozu pro pody.
• Konfigurační mapa: Ukládá necitlivou konfiguraci, kterou lze vložit jako proměnné prostředí nebo připojit jako soubory.
• Tajný: Ukládá citlivá data, jako jsou hesla nebo certifikáty, kódovaná v base64.
• Namespace: Segmentujte a organizujte zdroje v rámci clusteru pro lepší řízení více týmů nebo více projektů.

Pro pokročilou integraci jsou pravidla přístupu definována pomocí Role a RoleBinding , což zajišťuje, že pouze autorizovaní uživatelé nebo služby mohou upravovat nebo číst určité prostředky v rámci jmenných prostorů.

Kontroly stavu a monitorování pomocí pružinového aktuátoru

V reálných prostředích, monitorování je to nezbytné. Například Spring Boot Actuator zpřístupňuje koncové body HTTP (/actuator/health, /actuator/ready), které může Kubernetes použít k určení, zda jsou pody připraveny přijímat provoz (připravenostProbe) nebo pokud dojde k vážné chybě, která vyžaduje restartování kontejneru (živost Sonda).

Konfigurace těchto sond v manifestech nasazení je klíčem k dosažení odolných, samosprávných aplikací, které se dokáží zotavit z chyb bez ručního zásahu.

Strategie integrace Dockeru pro Kubernetes

V pokročilých scénářích se běžně setkáváme se situacemi, kdy je nutné Docker spustit v rámci podu , například pro CI/CD pipelines, jako je Jenkins. Existují tři hlavní strategie:

• Docker v Dockeru (DinD): Nainstalujte Docker Engine do stejného kontejneru. Je funkční, ale s sebou nese bezpečnostní rizika, problémy s kompatibilitou úložiště a nedoporučuje se pro produkční prostředí.
• Docker mimo Docker (DooD): Aplikace přistupuje k démonu Dockeru hostitelského uzlu připojením jeho socketu. Zlepšuje výkon a zabraňuje duplicitě démonů, ale stále představuje bezpečnostní rizika a rizika pro správu zdrojů, která Kubernetes nemůže ovlivnit.
• Dockerův postranní vozík: Nasaďte v rámci podu další kontejner, který funguje jako Docker Engine a zpřístupňuje svůj socket v místní síti, a přidejte autorizační pluginy pro zmírnění rizik. I když to snižuje některé problémy, stále to vyžaduje zvláštní privilegia a péči.

Doporučení: Kdykoli je to možné, používejte k vytváření obrazů systému nástroje bez démonů , abyste se vyhnuli problémům a rizikům výše uvedených řešení.

Instalace Dockeru a Kubernetes: Windows a Linux

Ve Windows je nejjednodušší použít Docker Desktop , který umožňuje povolit Kubernetes jako lokální vývojové prostředí. Postup je následující:

• Stáhněte a nainstalujte Docker Desktop z oficiálních webových stránek.
• V konfiguraci povolte možnost Kubernetes.
• Použití kubectl (dodává se integrovaný) pro správu zdrojů.

Pro produkční prostředí nebo tam, kde je vyžadována větší kontrola, můžete Minikube nainstalovat přímo na virtuální počítače nebo holý kov.

V Linuxu (například Ubuntu 22.04) :

• Aktualizujte systém pomocí sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade.
• Nainstalujte Docker pomocí sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-compose-plugin.
• Nainstalujte Kubernetes přidáním oficiálního repozitáře a spuštěním sudo apt-get install -y kubeadm.
• Inicializujte cluster pomocí sudo kubeadm init --pod-network-cidr 10.244.0.0/16.
• Konfigurovat kubectl kopírování konfiguračního souboru do $HOME/.kube/config a úprava oprávnění.