Kubernetes for Dummies

Cos'è Kubernetes

Kubernetes è un framework open source per l'orchestrazione di container, originariamente sviluppato da Google. Gestisce container Docker (o di altre tecnologie) e aiuta a gestire applicazioni composte da centinaia o migliaia di container in diversi ambienti: macchine fisiche, virtuali, cloud o ambienti di deployment ibridi.

Problemi Risolti da Kubernetes

Il Contesto: Microservizi e Container

• L'aumento dei microservizi ha portato a un maggiore utilizzo dei container
• I container offrono l'host perfetto per piccole applicazioni indipendenti
• Le applicazioni moderne sono composte da centinaia o migliaia di container
• Gestire manualmente tali volumi di container è complesso e spesso impossibile

Funzionalità Garantite dall'Orchestrazione

Alta Disponibilità (High Availability)

• Caratteristiche: L'applicazione non ha downtime
• Vantaggi: Sempre accessibile agli utenti
• Requisiti: Meccanismi di failover automatici

Scalabilità

• Caratteristiche: Alte performance e tempi di risposta rapidi
• Vantaggi: Carichi velocemente e offre alta responsività
• Requisiti: Distribuzione intelligente del carico

Disaster Recovery

• Caratteristiche: Ripristino automatico in caso di problemi infrastrutturali
• Vantaggi: Nessuna perdita di dati anche in caso di guasti
• Requisiti: Backup e restore automatizzati

Architettura di Base

Struttura del Cluster

Un cluster Kubernetes è composto da: - Almeno un Master Node - Multipli Worker Node connessi al master

Worker Nodes

• Ogni node ha un processo Kubelet in esecuzione
• Kubelet permette la comunicazione tra i nodi del cluster
• Eseguono i container Docker delle applicazioni
• Qui avviene il lavoro effettivo (esecuzione delle applicazioni)

Master Node

Il Master Node esegue diversi processi critici:

API Server

• Funzione: Entry point del cluster Kubernetes
• Caratteristiche: È un container che gestisce tutte le comunicazioni
• Vantaggi: Punto unico di accesso per UI, API, CLI (kubectl)

Controller Manager

• Funzione: Supervisiona lo stato del cluster
• Caratteristiche: Monitora se qualcosa necessita riparazione
• Vantaggi: Riavvio automatico di container morti

Scheduler

• Funzione: Pianifica i container sui diversi nodi
• Caratteristiche: Processo intelligente che considera workload e risorse
• Vantaggi: Distribuzione ottimale basata sulle risorse disponibili

etcd

• Funzione: Key-value storage per lo stato del cluster
• Caratteristiche: Contiene tutti i dati di configurazione e stato
• Vantaggi: Backup e restore del cluster tramite snapshot

Virtual Network

• Funzione: Connette tutti i nodi del cluster
• Caratteristiche: Trasforma i nodi in un'unica macchina potente
• Vantaggi: Somma delle risorse di tutti i nodi individuali

Considerazioni di Produzione

• Worker Nodes: Solitamente più grandi, eseguono centinaia di container
• Master Nodes: Meno risorse necessarie ma critici per l'accesso
• Backup Master: In produzione si usano almeno 2 master per alta disponibilità

Concetti Base di Kubernetes

Pod

Definizione

• Unità più piccola configurabile dall'utente
• Wrapper di un container
• Multipli pod per worker node

Caratteristiche

• Di solito un pod per applicazione
• Può contenere multipli container (per helper containers)
• Ogni pod ha il proprio indirizzo IP
• I pod sono componenti effimeri (muoiono frequentemente)

Vantaggi

• Astrazione sui container
• Gestione automatica dei container interni
• Riavvio automatico dei container morti

Svantaggi

• IP dinamici (cambiano a ogni riavvio)
• Necessitano di servizi per la comunicazione stabile

Service

Definizione

• Componente che fornisce un IP permanente ai pod
• Si posiziona davanti ai pod per la comunicazione

Caratteristiche

• Ciclo di vita indipendente dai pod
• IP permanente per la comunicazione tra pod
• Funziona anche come load balancer

Vantaggi

• Risolve il problema degli IP dinamici
• Distribuzione del carico automatica
• Comunicazione stabile tra componenti

Configurazione e Deploy

Processo di Configurazione

Tutta la configurazione passa attraverso: - Master Node tramite l'API Server - Client Kubernetes: UI (dashboard), API (script), CLI (kubectl) - Formato: YAML o JSON

Esempio di Configurazione

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
    spec:
      containers:
      - name: my-app
        image: my-image
        ports:
        - containerPort: 8080
        env:
        - name: ENV_VAR
          value: "value"

Caratteristiche della Configurazione

• Formato Dichiarativo: Si dichiara lo stato desiderato
• Auto-healing: Kubernetes mantiene automaticamente lo stato desiderato
• Controller Manager: Monitora e corregge discrepanze tra stato attuale e desiderato

Conclusione

Kubernetes risolve i problemi complessi della gestione di applicazioni containerizzate su larga scala, fornendo:

1. Orchestrazione automatica di container
2. Alta disponibilità e disaster recovery
3. Scalabilità intelligente
4. Gestione semplificata tramite configurazioni dichiarative
5. Astrazione che semplifica la gestione dei container

La sua architettura master-worker e i concetti di pod e service forniscono una base solida per il deploy e la gestione di applicazioni moderne in ambienti di produzione.