Kubernetes là gì?

Định nghĩa đơn giản về Kubernetes

Kubernetes (thường được viết tắt là K8s) là một nền tảng mã nguồn mở được thiết kế để tự động hóa việc triển khai, mở rộng và quản lý các ứng dụng được container hóa. Nó hoạt động như một hệ thống điều phối (orchestration system) giúp tự động hóa nhiều quy trình thủ công liên quan đến việc triển khai, quản lý và mở rộng các ứng dụng container.

Tên gọi "Kubernetes" bắt nguồn từ đâu?

Tên gọi Kubernetes có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp, có nghĩa là "người lái tàu" hoặc "hoa tiêu" - một người có nhiệm vụ điều hướng và dẫn dắt con tàu. Điều này phản ánh chính xác vai trò của Kubernetes trong việc điều hướng và quản lý hệ thống container phức tạp.

Logo của Kubernetes là một bánh lái 7 cánh, tượng trưng cho 7 nguyên tắc thiết kế ban đầu của dự án. K8s là cách viết tắt phổ biến, với số 8 đại diện cho 8 chữ cái giữa "K" và "s" trong từ Kubernetes.

Kubernetes ra đời để giải quyết vấn đề gì?

Kubernetes ra đời từ dự án nội bộ của Google có tên Borg, nhằm giải quyết các thách thức trong việc quản lý hàng nghìn container trên quy mô lớn. Nó được phát triển để đáp ứng những vấn đề chính sau:

• Sự phức tạp trong việc quản lý và mở rộng các ứng dụng container trên nhiều máy chủ
• Nhu cầu phối hợp và tự động hóa việc triển khai ứng dụng
• Đảm bảo tính khả dụng cao và khả năng phục hồi khi có sự cố
• Cân bằng tải và phân phối tài nguyên hiệu quả

Năm 2014, Google công bố Kubernetes như một dự án mã nguồn mở và sau đó chuyển giao cho Cloud Native Computing Foundation (CNCF) quản lý. Ngày nay, Kubernetes đã trở thành tiêu chuẩn công nghiệp cho việc triển khai và quản lý ứng dụng container hóa.

Tên gọi Kubernetes có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp, có nghĩa là "người lái tàu" hoặc "hoa tiêu"

Kubernetes dùng để làm gì?

Quản lý container ở quy mô lớn

Kubernetes cho phép quản lý hàng nghìn container trên nhiều máy chủ một cách hiệu quả. Nó tự động hóa việc phân phối và sắp xếp container trên các node (máy chủ), đảm bảo sử dụng tài nguyên tối ưu. Kubernetes giúp các đội DevOps và SRE không còn phải lo lắng về việc quản lý thủ công từng container, mà thay vào đó tập trung vào chiến lược triển khai tổng thể.

Tự động hoá việc triển khai (deployment)

Một trong những lợi ích quan trọng nhất của Kubernetes là khả năng tự động hóa quy trình triển khai ứng dụng. Nhờ các tệp cấu hình khai báo (declarative configuration), nhóm phát triển chỉ cần định nghĩa trạng thái mong muốn của ứng dụng, và Kubernetes sẽ tự động thực hiện các hành động cần thiết để đạt được trạng thái đó. Điều này bao gồm việc tạo, cập nhật và xóa các container, dịch vụ và tài nguyên khác một cách đồng bộ.

Đảm bảo tính linh hoạt và khả năng mở rộng

Kubernetes cung cấp các công cụ mạnh mẽ để mở rộng ứng dụng theo chiều ngang (horizontal scaling) và chiều dọc (vertical scaling). Nó cho phép tự động mở rộng dựa trên mức sử dụng tài nguyên hoặc các chỉ số tùy chỉnh, đảm bảo ứng dụng luôn có đủ tài nguyên để đáp ứng nhu cầu sử dụng. Tính năng này đặc biệt quan trọng trong môi trường có lưu lượng truy cập thay đổi liên tục.

Kubernetes cho phép quản lý hàng nghìn container trên nhiều máy chủ một cách hiệu quả

Giảm thiểu rủi ro downtime (tự khôi phục)

Kubernetes được thiết kế với khả năng tự phục hồi. Hệ thống liên tục giám sát sức khỏe của các container và tự động khởi động lại hoặc thay thế các container bị lỗi. Nếu một node gặp sự cố, Kubernetes sẽ tự động phân phối lại các container sang các node khác, đảm bảo tính liên tục của dịch vụ. Tính năng này giúp giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và tăng độ tin cậy của hệ thống.

 Ứng dụng phổ biến trong DevOps và CI/CD

Kubernetes đã trở thành thành phần quan trọng trong các quy trình CI/CD hiện đại. Nó hỗ trợ các chiến lược triển khai như blue-green deployment, canary releases và rollback nhanh chóng. Kubernetes tích hợp tốt với các công cụ DevOps phổ biến như Jenkins, GitLab CI, và GitHub Actions, tạo thành một quy trình phát triển và triển khai liền mạch từ mã nguồn đến sản phẩm.

Bạn đọc tham khảo thêm: 

Business Intelligence là gì? Ứng dụng BI giúp doanh nghiệp 

IT Comtor là gì? Nghề "hot" cho người giỏi tiếng Nhật, mê công nghệ

Cách hoạt động của Kubernetes

Kiến trúc tổng thể: Master – Node

Kubernetes hoạt động theo mô hình master-node, trong đó các thành phần được phân chia theo hai nhóm chính:

• Control Plane (Master): Đóng vai trò như bộ não của hệ thống, chịu trách nhiệm cho việc ra quyết định toàn cục và quản lý trạng thái mong muốn của cụm. Control Plane bao gồm nhiều thành phần như API Server, etcd, Scheduler, và Controller Manager.
• Worker Nodes: Là các máy chủ thực thi công việc, nơi các container thực sự chạy. Mỗi node có chạy Kubelet (agent giao tiếp với master), container runtime (như Docker) và kube-proxy (quản lý mạng).

Kiến trúc này cho phép Kubernetes tách biệt logic điều khiển khỏi việc thực hiện công việc, tạo ra hệ thống có tính sẵn sàng cao và dễ mở rộng.

Kubernetes hoạt động theo mô hình master-node

Vòng đời của một pod

Pod là đơn vị nhỏ nhất trong Kubernetes và trải qua các giai đoạn sau trong vòng đời của nó:

• Tạo Pod: Người dùng gửi yêu cầu tạo pod thông qua API Server
• Lập lịch (Scheduling): Scheduler quyết định pod sẽ chạy trên node nào
• Khởi tạo và chạy: Kubelet trên node nhận thông tin và tạo container
• Giám sát: Kubelet liên tục kiểm tra trạng thái của pod
• Kết thúc: Pod bị xóa khi không còn cần thiết hoặc khi gặp lỗi

Trong suốt vòng đời này, Kubernetes liên tục so sánh trạng thái thực tế với trạng thái mong muốn và thực hiện các hành động cần thiết để đồng bộ hóa chúng.

Cách Kubernetes "tự động hoá" hoạt động

Kubernetes sử dụng mô hình "controller" để tự động hóa các hoạt động. Các controller liên tục giám sát trạng thái của cụm và thực hiện các hành động để đạt được trạng thái mong muốn. Ví dụ:

• ReplicaSet Controller: Đảm bảo luôn có đúng số lượng pod đang chạy
• Deployment Controller: Quản lý việc cập nhật ứng dụng theo chiến lược đã định
• StatefulSet Controller: Quản lý các ứng dụng có trạng thái với định danh ổn định

Ngoài ra, Kubernetes còn có các cơ chế tự phục hồi như health checks, readiness probes và liveness probes để đảm bảo ứng dụng luôn trong trạng thái hoạt động tốt.

Các thành phần chính trong Kubernetes

Thông tin cụ thể về các đơn vị:

• Pod: Là đơn vị cơ bản nhất trong Kubernetes, bao gồm một hoặc nhiều container chia sẻ cùng một không gian mạng và lưu trữ. Pod thường được thiết kế để chạy một ứng dụng chính và các container phụ trợ (sidecar). Chúng có vòng đời ngắn và được thiết kế để có thể được thay thế dễ dàng khi cần thiết.
• Node: Là một máy chủ vật lý hoặc ảo trong cụm Kubernetes, nơi các pod được triển khai và chạy. Mỗi node chạy các dịch vụ cần thiết để quản lý container, bao gồm kubelet, container runtime và kube-proxy. Node cung cấp tài nguyên tính toán (CPU, RAM) cho các pod.
• Cluster: Là tập hợp các node được quản lý bởi cùng một control plane. Cluster là đơn vị lớn nhất trong kiến trúc Kubernetes, đại diện cho toàn bộ hệ thống. Một cluster có thể chứa từ vài node đến hàng nghìn node, tùy thuộc vào quy mô ứng dụng.
• Kubelet: Là agent chạy trên mỗi node, chịu trách nhiệm giao tiếp với API Server và quản lý các pod trên node đó. Kubelet đảm bảo các container trong pod được tạo, chạy và duy trì theo đúng yêu cầu. Nó cũng báo cáo trạng thái của node và pod lên control plane.
• API Server: Là thành phần trung tâm của control plane, cung cấp giao diện để người dùng và các thành phần khác tương tác với cụm Kubernetes. Tất cả các thao tác quản lý (kubectl, dashboard) đều thông qua API Server, đảm bảo tính nhất quán và bảo mật cho hệ thống.

Tại sao Kubernetes trở nên phổ biến?

Hỗ trợ đa nền tảng (cloud, on-premise)

Kubernetes được thiết kế với tính linh hoạt cao, cho phép triển khai trên nhiều môi trường khác nhau. Bạn có thể chạy Kubernetes trên các nền tảng đám mây công cộng như AWS, Google Cloud, Microsoft Azure, hoặc trong trung tâm dữ liệu riêng của mình (on-premise).

Điều này tạo ra tính di động cao cho ứng dụng và giúp tránh bị phụ thuộc vào một nhà cung cấp cụ thể (vendor lock-in). Khả năng chạy trên đa nền tảng đồng nghĩa với việc doanh nghiệp có thể lựa chọn cơ sở hạ tầng phù hợp nhất với nhu cầu và ngân sách của mình.

Được Google và cộng đồng mã nguồn mở hỗ trợ mạnh mẽ

Kubernetes là sản phẩm của hơn 15 năm kinh nghiệm của Google trong việc quản lý container ở quy mô lớn. Sau khi được mở nguồn, Kubernetes nhanh chóng được cộng đồng công nghệ toàn cầu đón nhận và phát triển.

Hiện tại, dự án có hàng nghìn contributor từ nhiều công ty công nghệ hàng đầu. Sự hỗ trợ mạnh mẽ này đảm bảo Kubernetes được cập nhật thường xuyên, các lỗi được sửa nhanh chóng, và liên tục có thêm các tính năng mới đáp ứng nhu cầu ngày càng phát triển của ngành công nghiệp.

Được dùng bởi các ông lớn (Spotify, Airbnb, v.v.)

Niềm tin của các công ty công nghệ hàng đầu thế giới vào Kubernetes đã góp phần quan trọng vào sự phổ biến của nó. Spotify đã chuyển toàn bộ hệ thống của mình sang Kubernetes để cải thiện hiệu suất và giảm chi phí. Airbnb sử dụng Kubernetes để quản lý hơn 1.000 microservices…

Kubernetes được thiết kế với tính linh hoạt cao, cho phép triển khai trên nhiều môi trường khác nhau

Ai nên học Kubernetes và bắt đầu từ đâu?

Đối tượng phù hợp

Sau đây là những nhóm đối tượng nên học Kubernetes nhất:

• DevOps Engineer: Kubernetes là công cụ thiết yếu cho DevOps hiện đại, giúp tự động hóa việc triển khai, mở rộng và quản lý ứng dụng. Nắm vững Kubernetes sẽ giúp DevOps Engineer xây dựng quy trình CI/CD hiệu quả và quản lý hệ thống một cách linh hoạt.
• Backend Developer: Dù không cần phải thành thạo mọi khía cạnh của Kubernetes, các Backend Developer nên hiểu cách ứng dụng của họ sẽ được triển khai và vận hành trong môi trường Kubernetes. Kiến thức này giúp họ thiết kế ứng dụng tốt hơn, phù hợp với kiến trúc microservices và môi trường container.
• SysAdmin: Khi các hệ thống ngày càng chuyển sang môi trường container hóa, SysAdmin cần nắm vững Kubernetes để quản lý cơ sở hạ tầng hiệu quả. Kubernetes giúp SysAdmin tự động hóa nhiều tác vụ quản trị hệ thống và đơn giản hóa việc duy trì các dịch vụ.

Tài nguyên học miễn phí & lộ trình khởi đầu

Bạn muốn học Kubernetes có thể tham khảo các nguồn tài nguyên miễn phí sau đây:

• Trang chủ Kubernetes (kubernetes.io): Nơi cung cấp tài liệu chính thống, hướng dẫn cài đặt và các khái niệm cơ bản. Đặc biệt, phần "Kubernetes Basics" là điểm khởi đầu tuyệt vời cho người mới.
• YouTube channels: Các kênh như Academind, TechWorld with Nana và KodeKloud cung cấp nhiều video hướng dẫn chất lượng về Kubernetes, từ cơ bản đến nâng cao. Các video này thường có hình ảnh trực quan và ví dụ thực tế, giúp người học dễ tiếp cận.
• Các khóa học trên Udemy, Coursera: Có nhiều khóa học có cấu trúc và chất lượng cao về Kubernetes. Các khóa học này thường có các bài tập thực hành và dự án thực tế, giúp củng cố kiến thức đã học.

Kết luận

Kubernetes là gì? Đó không chỉ là một công nghệ quản lý container, mà còn là nền tảng đang định hình lại cách doanh nghiệp phát triển và vận hành ứng dụng trong kỷ nguyên đám mây. Với khả năng tự động hóa cao, tính linh hoạt và khả năng mở rộng, Kubernetes đang trở thành kỹ năng không thể thiếu đối với các chuyên gia công nghệ hiện đại. Bắt đầu học Kubernetes ngay hôm nay để mở ra cơ hội nghề nghiệp mới và nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống của bạn.