Kubernetes и Docker Swarm — это два популярных решения для оркестрации контейнеров, которые помогают управлять контейнеризованными приложениями в кластере. Хотя оба инструмента предназначены для похожих целей, они сильно отличаются по архитектуре, функциональности, сложности и возможностям масштабирования.
1. Определение и назначение
Kubernetes
- Kubernetes (k8s) — это платформа для оркестрации контейнеров, разработанная компанией Google и впоследствии переданная Cloud Native Computing Foundation. Kubernetes автоматизирует развертывание, управление, масштабирование и мониторинг контейнерных приложений в распределенной системе. Он поддерживает управление кластерами контейнеров на множестве узлов с расширенными возможностями для управления жизненным циклом приложений.
- Kubernetes предоставляет сложные механизмы для настройки сетей, балансировки нагрузки, мониторинга и автоматизации. Это мощная и всеобъемлющая платформа для управления контейнерами в крупных инфраструктурах.
Docker Swarm
- Docker Swarm — это встроенная в Docker функциональность для оркестрации контейнеров. Она проще и легче в настройке по сравнению с Kubernetes и предназначена для автоматизации управления контейнерами в кластере из нескольких серверов (узлов).
- Swarm интегрирован в Docker и предоставляет базовые функции оркестрации, такие как балансировка нагрузки, масштабирование и восстановление после сбоев, но на более упрощённом уровне, чем Kubernetes.
2. Архитектура и компоненты
Kubernetes
Kubernetes имеет сложную распределенную архитектуру, которая состоит из нескольких ключевых компонентов:
Master Node (главный узел): отвечает за управление кластером.
API Server: основной компонент, через который взаимодействуют все пользователи и компоненты Kubernetes.
Scheduler: распределяет контейнеры (поды) по узлам в зависимости от доступных ресурсов.
Controller Manager: управляет состоянием кластера (например, следит за тем, чтобы запущенные поды соответствовали желаемому состоянию).
etcd: распределённое хранилище для состояния кластера.
Worker Nodes (рабочие узлы): на которых запускаются контейнеры.
Kubelet: агент, который взаимодействует с главными узлами и управляет контейнерами на рабочем узле.
Kube-proxy: компонент для сетевой маршрутизации и балансировки.
Pods: это минимальная единица, содержащая один или несколько контейнеров, которые работают совместно в одном контексте.
Docker Swarm
Архитектура Docker Swarm проще и полностью интегрирована в Docker:
Manager Nodes (управляющие узлы): управляют кластером и распределяют задачи.
Docker CLI: стандартный интерфейс командной строки Docker, с помощью которого можно работать с кластерами Docker Swarm.
Docker Swarm API: отвечает за управление и координацию между узлами.
Worker Nodes (рабочие узлы): выполняют контейнеры, которые были распределены управляющими узлами.
Tasks: это минимальная единица, которая соответствует одному контейнеру, развернутому на рабочем узле.
3. Масштабируемость
Kubernetes
- Kubernetes разработан для масштабирования и поддерживает большие и сложные кластеры. Он способен управлять тысячами узлов и сотнями тысяч контейнеров в реальном времени.
- Kubernetes поддерживает автоматическое горизонтальное масштабирование контейнеров в зависимости от нагрузки (с помощью Horizontal Pod Autoscaler), что делает его идеальным для крупных приложений с высокими требованиями к масштабируемости.
Docker Swarm
- Docker Swarm подходит для небольших и средних кластеров. Он поддерживает масштабирование, но не в такой степени, как Kubernetes.
- Автоматическое масштабирование контейнеров в зависимости от нагрузки не поддерживается по умолчанию. Масштабирование контейнеров должно быть выполнено вручную с помощью команды docker service scale.
4. Механизмы развертывания
Kubernetes
- Kubernetes использует Pods для запуска приложений. Каждый под может содержать один или несколько контейнеров, которые работают вместе и могут обмениваться данными.
- Kubernetes поддерживает различные стратегии развертывания, такие как rolling updates (обновления без прерываний) и blue-green deployment (развертывание параллельных версий приложения).
- В Kubernetes также есть Helm, система управления пакетами, которая позволяет управлять комплексными приложениями в виде готовых "чартов" (шаблонов конфигураций для развертывания).
Docker Swarm
- Docker Swarm использует Tasks (задачи), которые соответствуют каждому контейнеру. Задачи распределяются по рабочим узлам.
- Docker Swarm поддерживает простую стратегию обновления rolling updates, но без таких расширенных возможностей, как в Kubernetes.
- Docker Compose может быть использован для управления многоконтейнерными приложениями в Docker Swarm.
5. Балансировка нагрузки
Kubernetes
- Kubernetes предлагает сложные и гибкие механизмы балансировки нагрузки. Он использует концепцию Service для определения абстракции над подами, что позволяет равномерно распределять трафик между несколькими экземплярами приложения.
- Ingress позволяет настраивать маршрутизацию HTTP/HTTPS-трафика на уровне кластера, что упрощает управление входящими запросами.
Docker Swarm
- Docker Swarm использует встроенную балансировку нагрузки, чтобы распределять трафик между контейнерами в рамках одного сервиса. Однако это работает только на уровне IP-адресов и портов, что делает его менее гибким по сравнению с Kubernetes.
- Для более сложных случаев маршрутизации нужно интегрировать внешние решения.
6. Масштабирование и восстановление
Kubernetes
- Kubernetes автоматически масштабирует приложения и контролирует их состояние. Если контейнер выходит из строя, Kubernetes автоматически перезапускает его или переносит на другой узел.
- Kubernetes использует механизмы мониторинга (например, Prometheus), которые интегрируются с системой для отслеживания состояния кластера и приложений в реальном времени.
Docker Swarm
- Docker Swarm также поддерживает автоматическое восстановление контейнеров при сбоях, но без сложных возможностей мониторинга и диагностики.
- Масштабирование сервисов в Docker Swarm выполняется вручную, и нет встроенной поддержки для автоматического масштабирования в зависимости от нагрузки.
7. Сетевые функции
Kubernetes
- Kubernetes предлагает сложную сетевую инфраструктуру. Все поды в кластере могут общаться друг с другом напрямую с использованием уникальных IP-адресов. В Kubernetes используются сетевые плагины (например, Calico, Flannel, Weave), которые обеспечивают более гибкие решения для сетевой маршрутизации.
- Kubernetes поддерживает Network Policies, которые позволяют настраивать правила взаимодействия между контейнерами, что улучшает безопасность.
Docker Swarm
- Docker Swarm поддерживает базовые сетевые возможности, такие как оверлейные сети для взаимодействия контейнеров между узлами кластера. Все узлы Swarm автоматически подключаются к одной и той же оверлейной сети.
- В отличие от Kubernetes, Docker Swarm не имеет встроенных механизмов для создания сложных сетевых политик.
8. Обновления конфигураций
Kubernetes
- Kubernetes может автоматизировать обновления конфигурации и секретов, позволяя управлять ими без перезапуска контейнеров.
Docker Swarm
- Откат обновлений возможен, но без сложных инструментов управления версиями и автоматических откатов в случае ошибок.