什麼是 Kubernetes？

Kubernetes 是一個開源容器編排平台，最初由 Google 進行開發。它提供了一個框架，用於自動化容器化應用程式的部署、擴充和管理。Kubernetes 可讓使用者跨機器叢集管理和協調容器，為執行分散式應用程式提供了高度可擴充且具彈性復原力的基礎架構。

它由 Google 工程師開發供內部使用，並於 2014 年作為開源系統對外提供。從那時起，它獲得了廣泛的採用，並成為了雲端原生生態系統的重要組成部分。Kubernetes 與容器兩者普遍被認為是當代雲端應用程式和基礎架構的基本構建塊。

Kubernetes 可在多種基礎架構上執行，包括混合雲端環境、公用雲端、私人雲端、虛擬機和裸機伺服器，為 IT 團隊提供了極佳的靈活性。

Kubernetes 如何運作？

Kubernetes 架構由幾個主要元件組成，包括：

叢集和節點

作為 Kubernetes 的構建塊，叢集由稱為節點的實體或虛擬運算機器所組成。單一主節點會作為叢集的控制面板來運作，例如，它會管理在任何特定時間執行哪些應用程式，以及使用哪些容器映像檔。它會透過執行排程器服務來實現這一點，該服務會根據開發人員定義的需求和其他因素來自動執行容器部署。

多個工作節點負責執行、部署和管理工作負載和容器化應用程式。工作節點包括組織所選擇的容器管理工具，例如 Docker，以及 Kubelet，這是一種軟體代理程式，可從主節點接收命令並執行它們。

叢集可以包含跨越組織整個架構的節點，從本地端到公用雲端和私人雲端，以及混合雲端環境。這就是 Kubernetes 之所以能成為雲端原生架構中不可或缺元件的原因之一。該系統非常適合託管需要快速擴充的雲端原生應用程式。

容器

容器是一種輕量級且可攜式的軟體封裝技術，用於在不同的運算環境中一致地部署和執行應用程式。容器是一個獨立的可執行單元，它封裝了應用程式及其所有相依性，包括程式庫、框架和執行環境。

容器提供一種將應用程式與底層基礎架構隔離的方法，確保不論主機系統為何，它們都能一致地執行。這種隔離透過像 Docker 這樣的容器化技術實現，該技術使用作業系統級虛擬化來建立稱為容器的隔離環境。

Pod

Pod 是 Kubernetes 中最小的可擴充性單元。它們是共用相同網路和運算資源的容器群組。將容器分組在一起是有好處的，因為如果特定容器接收過多的流量，Kubernetes 會自動在叢集中的其他節點上建立該 Pod 的複本，以分散工作負載。

這一切如何協同運作

Kubernetes 平台會在系統的 OS（通常是 Linux）之上運行，並與在節點上運作的 Pod 進行通訊。使用名為 kubectl 的命令行介面，管理員或 DevOps 使用者可輸入所需的叢集狀態，其中可包含應執行哪些應用程式、使用哪些映像和資源，以及其他詳細資訊。

叢集的主節點會接收這些命令，並將它們傳送到工作節點。此平台能夠自動確定叢集中的哪個節點是執行命令的最佳選擇。然後，平台會在節點中分配資源和特定的 Pod，以完成所請求的作業。

Kubernetes 並不會改變管理容器的基本流程，它只是將它們自動化並接管了部分工作，這樣管理員和 DevOps 團隊就可以實現高層次的控管，而無需單獨管理每個節點或容器。人工團隊只需配置 Kubernetes 系統，並定義其中的元素即可。Kubernetes 承擔了所有實際的容器編排工作。

Kubernetes 的特性和功能

Kubernetes 擁有一系列良好的特性和功能，可以簡化跨多個節點的容器編排，實現叢集管理的自動化，並最佳化資源利用率。這些特性和功能包括：

• 自動擴充 – 根據使用情況按需擴充或縮減容器及其資源
• 生命週期管理 – 讓管理員能暫停和繼續部署，以及還原到以前的版本
• 期望狀態宣告 – 管理員定義他們需要的東西，Kubernetes 讓其成為現實
• 自我修復和彈性復原力 – 包括自動重新啟動、放置、複寫和擴充
• 可擴充的儲存 – 管理員可根據需要動態新增儲存
• 負載平衡 – 該系統會使用多種工具來平衡內部和外部的負載
• 支援 DevSecOps – 幫助簡化整個容器生命週期和雲端中的容器作業安全，並使團隊能更快地將安全應用程式推向市場

Kubernetes 有哪些用途？

Kubernetes 幫助組織更好地管理他們最複雜的應用程式，並充分利用現有資源。它還有助於確保應用程式的可用性，並大幅減少停機時間。透過容器編排，平台可自動執行許多任務，包括應用程式部署、推出、服務發現、儲存佈建、負載平衡、自動擴充和自行復原。這會減輕 IT 或 DevOps 團隊背負的大量管理負擔。

讓我們舉個例子：假設有個容器發生了故障。為了將停機時間降至最低（或完全消除），Kubernetes 可以檢測容器故障，並透過再啟動、替換和/或刪除失效的容器來自動執行切換。此系統還會監視所有叢集，並根據資源的使用位置和方式，來決定執行容器的最佳位置。所有這些工作都是在幾毫秒內自動完成——沒有任何的人類團隊可以相匹敵。

什麼是 Kubernetes 即服務？

Kubernetes 即服務（KaaS）是一種基於雲端的產品，可為使用者提供受管理的 Kubernetes 叢集。它讓組織能夠利用 Kubernetes 的強大功能，而無需對底層基礎架構進行大量的設定和維護作業。藉由 KAAS，使用者可以更專注於部署和管理他們的應用程式，而不是處理 Kubernetes 叢集管理的複雜性。

KaaS 供應商會處理叢集佈建、擴充、升級和監控等任務，從而減輕使用者的營運負擔。他們提供易於操作的介面或 API，來與 Kubernetes 叢集進行交互，並且通常會提供額外的功能，例如負載平衡、自動擴充，以及整合式記錄和監視。

透過提供 Kubernetes 即服務，雲端供應商和託管服務供應商可讓開發人員和組織快速、輕鬆地大規模部署和管理容器化應用程式，充分利用 Kubernetes 的優勢，而無需廣泛的 Kubernetes 專業知識或基礎架構管理技能。

什麼是 Docker？

和 Kubernetes 一樣，Docker 也是一種開源解決方案，可讓使用者自動化應用程式部署。與 Kubernetes 不同的是，它還是一種容器檔案格式，並且已成為 Linux 容器事實上的檔案格式。使用 Docker 引擎，你可以在開發環境中建置和執行容器。容器儲存庫（如 Docker Hub）讓你可以共享和儲存容器映像檔。Docker 解決方案套件非常適合幫助你部署和執行單個容器。

Kubernetes 和 Docker 兩者差異

Kubernetes 和 Docker 是兩種截然不同但可互補的技術，通常在基於容器的現代應用程式部署中一起使用。以下是 Kubernetes 和 Docker 之間的差異：

Docker：

• Docker 是用於建構和執行容器的平台和工具集。它提供了將應用程式及其相依性封裝到輕量級獨立容器的能力。

• 藉由 Docker，開發人員可以建立容器映像檔，其中包含了執行應用程式所需的一切，例如程式碼、程式庫和執行環境。

• Docker 能夠在不同環境中實現一致的應用程式部署，確保了不論使用何種主機系統，都能可靠地執行應用程式。

• Docker 提供了一個易於使用的命令行介面（CLI），以及強大的工具和服務生態系統來管理容器。

Kubernetes：

• Kubernetes 通常被稱為 K8s，是一個開源容器編排平台，可自動化容器化應用程式的部署、擴充和管理。

• Kubernetes 提供了一個用於跨機器叢集執行和協調容器的框架。

• 它提供了自動擴充、負載平衡、服務發現和自行復原功能等特性。

• Kubernetes 允許宣告式設定和擴充，讓你更輕鬆地管理複雜的應用程式部署。

• 它透過確保應用程式始終正常運作且可用（即使在發生故障時），來提供高水準的容錯能力和彈性復原力。

總的來說，Docker 主要專注於建構和封裝容器，而 Kubernetes 則專注於大規模調度和管理容器。Docker 提供了建立和執行容器的工具，而 Kubernetes 則提供了在分散式環境中部署和管理容器化應用程式的基礎架構。通常使用 Docker 來建置容器映像，然後使用 Kubernetes 在機器叢集中管理和編排這些容器。

Kubernetes 的優點

Kubernetes 提供了廣泛的好處，尤其是對那些專注於雲端原生應用程式的組織。以下優點只是 Kubernetes 成為當今最受歡迎的容器管理系統的部分原因：

• 將工作負載遷移到運作最佳的地方 — 平台能夠在本地端和雲端運行，讓遷移變得簡單自如。
• 簡化監視、管理、部署和設定任何大小或規模的容器化應用程式。
• 透過 Kubernetes 的高可延展性，輕鬆將其整合到現有架構中。
• 透過 Kubernetes 內建的資源最佳化功能、在任何地方執行工作負載的能力，以及根據需要自動擴充的能力，來控制 IT支出。
• 為 IT 和 DevOps 團隊騰出時間，來專注於更重要的任務，而不是管理和編排容器化應用程式。
• 最佳化硬體資源使用，包括網路頻寬、記憶體和儲存 I/O，並能夠定義使用限制。
• 透過 Kubernetes 的自行復原功能，提高應用程式效率和正常運行時間。
• 排定軟體更新，且無需停機。
• Kubernetes 可運行在分離式架構上，並處理快速且大規模的增長，讓你的基礎架構能輕鬆面對未來挑戰。