Comprendre Kubernetes : conseils et outils indispensables !

Kubernetes ou K8S est un orchestrateur de paquets open source efficace et flexible, mais aussi très complexe. Cette couche d’infrastructure repose sur des kubelet, pod, kube proxy, docker, etc. Tout un vocabulaire et surtout des concepts pas toujours faciles à appréhender même pour les développeurs et experts IT. Alors que les entreprises adoptent de plus en plus des architectures cloud natives, cette compétence devient pourtant indispensable et très recherchée ! Dans cet article, nous vous aidons à comprendre Kubernetes et à le simplifier grâce à des outils dédiés.

Comprendre Kubernetes et son architecture simplifiée

Kubernetes suit le paradigme du système distribué, c’est-à-dire un environnement informatique où les composants sont répartis entre plusieurs équipements.

Il repose sur des clusters (collections de nœuds) qui s’apparentent, pour les utilisateurs, à une machine géante.

Dans ce système distribué, un ou plusieurs nœuds deviennent respectivement les maîtres tandis que les autres sont les esclaves. Le nœud maître gère l’ensemble du cluster. Il exploite des composants dits « du plan de contrôle » pour vérifier l’état de tous les nœuds et stocker des informations les concernant. C’est lui qui en cas de défaillance d’un nœud peut rediriger la charge de travail vers un autre.

Le nœud de travail ou nœud esclave est une simple machine virtuelle (VM) exécutée sur site (en interne ou dans un datacenter) ou dans le cloud. Chaque nœud de travail comporte des pods, les plus petites unités d’une application Kubernetes. Un pod contient un conteneur unique ou plusieurs conteneurs étroitement couplés (pour les utilisations plus avancées).

Les autres composants à connaître pour comprendre Kubernetes sont :

Le serveur API ou Kubernetes API Server qui est le composant central d’un cluster. Il reçoit et traite l’ensemble des requêtes API.
L’Etcd, un magasin de données qui stocke la configuration du cluster.
Le kubelet qui exécute et gère les conteneurs sur un nœud esclave et communique avec le serveur API.
Le planificateur et le gestionnaire de contrôle qui font partie du nœud maître et gèrent les clusters (réplication de composants, gestion des pannes, etc.).
Le kube-proxy ou proxy de service qui s’exécute sur chaque nœud du cluster kubernetes et permet d’équilibrer le trafic entre les composants de l’application.

Comment fonctionne Kubernetes ?

Grâce à son architecture, K8S orchestre et gère des conteneurs (le plus souvent Dockers) sur les clusters. Pour bien comprendre Kubernetes et son fonctionnement, il faut donc rapidement revenir sur la notion de conteneurs.

En résumé, un conteneur est un processus (ou un ensemble de processus) isolé du reste du système. Il est fortement lié au Kernel (noyau) et n’a pas « conscience » de ce qui se passe en dehors de la machine hôte. Par exemple, si un conteneur crash, il ne peut pas déporter sa charge sur un autre contenu et l’application s’arrête.

À l’inverse, Kubernetes est « conscient » de l’infrastructure sous-jacente et des ressources disponibles pour l’exécution des charges de travail. Il va alors pouvoir ajouter, supprimer ou déplacer des conteneurs sur le cluster afin de s’assurer que l’application fonctionne toujours de manière optimale.

Pour cela, Kubernetes repose sur la base d’un état défini et d’un état réel. Les développeurs spécifient l’état défini ou souhaité au travers des objets de l’API Kubernetes. Ils peuvent notamment préciser :

les applications et processus à exécuter,
les images de conteneur à utiliser,
le nombre de réplicas, ressources et espace disque mis à disposition.

La définition de l’état souhaité se fait par la création des objets à l’aide de l’API Kubernetes et via l’interface en ligne de commande, kubectl. Une fois l’état défini connu, l’orchestrateur utilise un contrôleur pour comparer cet état avec l’état réel du cluster. Kubernetes effectue ensuite automatiquement les tâches de démarrage, redémarrage, mise à jour du nombre de réplicas, etc. pour s’assurer que l’état réel du cluster correspond toujours à l’état défini.

Comment apprendre Kubernetes et la définition de ses objets ? Le plus simple est de consulter directement la documentation officielle qui comporte de multiples ressources et tutoriels. En effet, à l’origine développé par Google, K8S a été offert à la Cloud Native Computing Foundation, un projet de la Linux Foundation, qui a pour objectif de faire progresser la technologie des conteneurs.

Comment simplifier l’expérience des développeurs avec Kubernetes ?

Si comprendre Kubernetes n’est pas toujours évident, la popularité de l’orchestrateur et son format open-source ont permis l’essor d’un écosystème de solutions pour le simplifier. Voici 6 outils pour vous aider à comprendre Kubernetes et à exploiter toutes ses capacités !

K9S

K9S est une interface utilisateur basée sur un terminal qui permet aux développeurs d’interagir avec leurs clusters Kubernetes. L’objectif de cet outil est de faciliter la navigation, la gestion et l’observation des applications déployées.

K9S surveille également en permanence Kubernetes pour repérer les changements et propose des commandes et raccourcis adaptés aux ressources observées.

Kedge

Kedge permet de simplifier les manifestes et définitions d’application (qui peuvent rapidement devenir très verbeux et complexes avec K8S).

Pour cela, Kedge résume les définitions d’applications à des raccourcis courants. Il

utilise également des définitions préexistantes. Enfin, cet outil permet de définir tous les composants (conteneurs, services, applications, etc.) en un seul endroit.

KubeDB

KubeDB est un framework qui simplifie l’exploitation des bases de données dans Kubernetes. Il prend en charge la création déclarative de la BDD, mais aussi :

l’exécution de sauvegardes ;
le monitoring ;
le clonage ;
la capture instantanée.

Argo CD

Argo CD fait partie d’une suite d’outils open source maintenu par la Cloud Native Computing Foundation. Il s’agit d’un contrôleur Kubernetes qui prend en charge le déploiement et la gestion de workflows en containers. Il monitore en permanence toutes les applications en cours d’exécution et compare leur état en direct à l’état souhaité spécifié. Il signale les écarts et fournit des visualisations pour aider les développeurs à synchroniser l’état en direct avec l’état défini.

Helm

Helm agit comme un gestionnaire de paquet pour les clusters. Les packages Helm regroupent un ensemble de manifestes Kubernetes et exposent les variables à adapter lors de l’installation.

C’est aussi un excellent outil pour simplifier le packaging et la distribution d’applications Cloud Natives.

Telepresence

Telepresence est également un projet de la Cloud Native Computing Foundation qui a pour but d’accélérer et d’optimiser les développements sur Kubernetes. Cet outil offre la possibilité d’exécuter un service localement, tandis que le reste de l’application s’exécute sur le cloud. De cette manière, le service local peut communiquer avec les services du cluster, et inversement. Cela permet aux développeurs d’utiliser la mémoire et les ressources de calcul du cluster sans avoir à passer par un cycle de déploiement complet à chaque changement.

Ces outils combinés à une bonne compréhension de l’architecture K8S peuvent considérablement accélérer et optimiser le développement d'applications, y compris cloud natives. Et vous en tant que professionnel de l’IT avez-vous déjà travaillé avec K8S ? Connaissez-vous d’autres outils ou ressources pour mieux comprendre Kubernetes ?

N’hésitez pas à nous partager votre expérience (ou vos questions !) en commentaire ou sur le forum Free-Work.

Par Laura Pouget, Rédactrice Web SEO & Développeuse Informatique.

Sources et liens utiles :

Documentation officielle de Kubernetes

La communauté Kubernetes

Présentation et fonctionnement des conteneurs (Linux) par Red Hat