Kubernetes, Swarm или Nomad: гайд по выбору системы оркестрации контейнеров

Принцип работы системы оркестрации контейнеров легко понять, сравнив оркестратор с дирижером оркестра. Приложения в контейнерах будут музыкантами. Они могут «играть» сами по себе, но без дирижера начнется хаос. Оркестратор следит, чтобы приложения запускались там, где нужно, когда нужно и как нужно. 

Задачи, которые решает «дирижер»:

• Размещение контейнеров — оркестратор ищет доступные серверы и выбирает, где запустить контейнеры с учетом загрузки процессора, объема памяти и других ресурсов.

• Масштабирование приложений — система управляет количеством работающих контейнеров (горизонтальное масштабирование) и выделенными ресурсами (вертикальное масштабирование) в зависимости от нагрузки, обеспечивая эластичность приложений.

• Обновление без простоя (rolling update) — внедрение новых версий приложения без остановки сервиса, что позволяет пользователям беспрерывно работать над проектами. 

• Самовосстановление (self-healing) — при сбоях контейнеры автоматически перезапускаются или заменяются на новые (за счет контроллеров, таких как ReplicaSet, которые постоянно поддерживают желаемое количество экземпляров), благодаря чему ошибки не сказываются на работе пользователей.

• Сетевое взаимодействие и балансировка нагрузки — оркестратор обеспечивает связь между контейнерами и равномерно распределяет входящие запросы (например, в Kubernetes через kube-proxy и сервисы типа Evolution Load Balancer), предотвращая перегрузку отдельных компонентов.

• Управление конфигурациями и секретами — оркестратор обеспечивает надежное централизованное хранение паролей и ключей. Они не попадают в исходный код и могут изменяться без переборки приложения. 

Система оркестрации контейнеров берет на себя большую часть операционной нагрузки, автоматизирует управление приложениями.

Мозг оркестратора — Control Plane (от англ. «панель управления»), который отвечает за принятие решений и поддержание состояния кластеров. Задачи панели управления:

• прием и обработка запросов;

• хранит данные о состоянии кластера;

• планирует размещение подов на рабочих узлах;

• мониторинг выполнения цели проекта. 

Control Plane (плоскость управления) состоит из нескольких компонентов:

• API Server (kube-apiserver) — точка входа для всех запросов к кластеру (REST API).

• Scheduler (kube-scheduler) — отвечает за назначение подов на рабочие узлы.

• Controller Manager (kube-controller-manager) — запускает контроллеры, которые следят за состоянием объектов (например, ReplicaSet) и приводят фактическое состояние к желаемому.

• Cloud Controller Manager (опционально) — интегрирует кластер с API облачного провайдера. 

Отдельно, но в тесной связке с Control Plane, работает etcd — распределенное хранилище данных кластера, где хранится вся информация о состоянии (поды, конфигурации, секреты). API Server — единственный компонент, напрямую взаимодействующий с etcd.

Control Plane управляет рабочими узлами (worker nodes) — физическими или виртуальными машинами (ВМ), на которых непосредственно выполняются контейнеры приложений.

На каждом рабочем узле работают следующие компоненты: 

• kubelet — агент, взаимодействующий с API Server, управляющий подами и сообщающий их состояние.

• kube-proxy — сетевой компонент, обеспечивающий правила коммутации и балансировку трафика внутри кластера.

• container runtime — среда выполнения контейнеров (например, containerd, CRI-O, Docker). 

Рабочие узлы принимают инструкции от Control Plane, выполняют задачи и отчитываются о состоянии контейнеров, обеспечивая отказоустойчивость и непрерывность работы сервисов.

Принцип желаемого состояния (Declarative Model)

В основе работы систем оркестрации — декларативная модель управления. Вы описываете цель без подробного плана, а платформа решает как ее достичь и поддерживать. Например, хотите, чтобы приложение работало в трех экземплярах. Команда будет такой replicas: 3. Система анализирует рабочие узлы и решает, где запустить поды. 

Дальше оркестратор постоянно следит, чтобы фактическое состояние соответствовало желаемому и устраняет проблемы. Например, если один под «упадет», она автоматически его пересоздаст. Если будет недоступен узел — запустит на другом. 

Разберем четыре решения, которые выбирают российские компании. Одно из них сложное и мощное, остальные — более адаптивные. 

Kubernetes (K8s)

Kubernetes — это система с открытым исходным кодом, разработанная Google. Она считается комплексной и мощной, благодаря чему стала индустриальным стандартом. Kubernetes может работать в разных средах — локально, в частных инфраструктурах, облаках. Используется для управления сложными распределенными приложениями и микросервисами.

Kubernetes предлагает встроенные механизмы для автоматического размещения контейнеров, масштабирования, самовосстановления и обновлений. Она интегрируется с системами мониторинга, mesh-решениями, инструментами CI/CD и средствами безопасности. Это вариант для больших проектов, поскольку для малых функциональность будет избыточной.  

Kubernetes можно использовать как в локальной, так и в облачной инфраструктуре. В первом случае предъявляются высокие требования к квалификации команды. Пользователи должны понимать архитектуру платформы и уметь применять возможности системы оркестрации. 

Docker Swarm (Swarm Mode)

Docker Swarm изначально существовал как отдельный инструмент для кластеризации, но сейчас не развивается. В настоящее время используется встроенный режим Swarm Mode, который активируется в Docker Engine без отдельной установки командой docker swarm init.

Управление сервисами в Swarm Mode выполняется через стандартные команды Docker CLI. Для описания приложений применяются stack-файлы, основанные на устаревшей версии формата Compose (v3), что упрощает переход для пользователей Docker, но может вызывать несовместимость с современными Compose-файлами (Compose Spec).

Swarm обеспечивает базовые возможности оркестрации: распределение контейнеров по узлам, репликацию сервисов и простую балансировку нагрузки. Однако экосистема расширений отсутствует, а гибкие сетевые политики и механизмы управления состоянием приложений не реализованы.

Система подойдет для небольших продакшн-сред и учебных задач. Для развитых проектов функционала не хватит.

HashiCorp Nomad

HashiCorp Nomad — оркестратор от компании HashiCorp, которая предлагает такие инструменты для управления инфраструктурой, как Vagrant и Consul. Система не ограничивается только контейнерами — она может управлять виртуальными машинами, standalone-приложениями и микросервисами. Это решение для гибридных сред.

Nomad управляет деплоями, обеспечивает перезапуск приложений при сбоях и балансирует нагрузку. Он способен масштабироваться до 10 000+ узлов и имеет развитую поддержку GPU-нагрузок (включая NVIDIA MIG), что делает его подходящим для высоконагруженных и специализированных задач (например, машинное обучение).

Однако расширенные сетевые политики и детализированное управление правами доступа в Nomad отсутствуют — для этих целей требуется интеграция со стеком HashiCorp: Consul (service discovery, сетевые политики) и Vault (управление секретами).

При необходимости Nomad можно заменить на другую систему оркестрации. Либо расширить функционал с помощью других сервисов через API.

Управляемые сервисы (Kubernetes как услуга)

Управляемые Kubernetes-сервисы — это облачные решения, где провайдер берет на себя управление Control Plane. Он отвечает за все компоненты Kubernetes: API Server, Scheduler, Controller Manager и etcd. Команде не придется настраивать и администрировать кластер, поэтому можно сосредоточиться на рабочих узлах и своих приложениях.

Что обеспечивает провайдер:

• обновление Control Plane;

• установку патчей;

• постоянную доступность компонентов кластера.

Примеры управляемых сервисов: Google GKE, Amazon EKS, Microsoft AKS, DigitalOcean Kubernetes, Evolution Managed Kubernetes от Cloud.ru. Эти решения подходят для компаний без DevOps-команды и высоконагруженных проектов и разработчиков, которые хотят сфокусироваться не на инфраструктуре, а на коде. 

Стоимость Managed Kubernetes варьируется у провайдеров:

• AKS имеет бесплатный уровень управления (Free tier), который подходит для разработки и тестирования, но не включает финансовое соглашение об уровне обслуживания (SLA). Для Production-сред с требованием SLA доступен уровень Standard стоимостью $0,10/час (~$72/мес). Также существует уровень Premium ($0,60/час), который включает расширенную поддержку (Long-Term Support) для критически важных и длительно живущих приложений.

• EKS всегда платный — $0,10/час за control plane, независимо от режима.

• Evolution Managed Kubernetes предлагает готовые тарифы с фиксированной ежемесячной платой от 8 032 до 32 258 рублей (с НДС), которые уже включают мастер-узлы, рабочие узлы с SSD-дисками и бонус 4 000 рублей при подключении — подойдут как для тестирования, так и для отказоустойчивого production.

• GKE имеет бесплатные zonal-кластеры небольшого размера (обычно до 5 узлов), а также режим Autopilot, где Google полностью управляет worker nodes, взимая плату только за ресурсы, потребляемые подами, без отдельной платы за управление кластером.

Режим GKE Autopilot особенно интересен командам, которые хотят сосредоточиться исключительно на приложениях, не вникая в настройку узлов.

При выборе платформы оркестрации учитывайте не только популярность решения, но и соответствие задачам проекта и уровню подготовки команды. Системы отличаются сложностью развертывания, функционалом, зрелостью экосистемы и другими факторами. В таблице — краткий сравнительный анализ. 

*Сообщество Docker Swarm существует, но активное развитие функциональности Swarm Mode практически остановлено, что может повлиять на долгосрочную поддержку. Для новых проектов рекомендуется оценить другие решения, если планируется длительное развитие.

Универсального решения нет, поэтому нужно отталкиваться от своих задач. Чтобы определиться, ответьте себе на несколько вопросов.

• Сложный ли у вас проект?

Если у вас немного сервисов с простой архитектурой, продвинутый оркестратор принесет больше проблем, чем пользы. Для крупных проектов повышаются требования к отказоустойчивости, интеграциям и уровню автоматизации.   

• Есть ли в команде эксперты по Kubernetes или специалисты, готовые обучаться? 

С Kubernetes не получится работать без понимания нюансов системы. В этом случае решение из помощника превратится в источник проблем. Если нужна именно эта система, будьте готовы обучать специалистов. 

• Нужна максимальная гибкость или достаточно решения «из коробки»? 

Для тонкого контроля ресурсов и реализации сложных сценариев лучше сразу выбирать Kubernetes. Для запуска сервисов достаточно менее функционального решения. 

• Как планируете использовать систему оркестрации: в облаке или on premise?

Если хотите работать с Kubernetes и при этом снять себя часть операционных проблем, выбирайте облачную реализацию. Вы получите максимум возможностей системы без необходимости полного администрирования. 

Типичные сценарии выбора

Впервые выбирать систему оркестрации может быть сложно, поскольку непонятно, как балансировать между функционалом, затратами и надежностью. Чтобы было проще определиться, предлагаем варианты сценариев и решений, которые в них впишутся и не создадут дополнительных проблем:

• Небольшой пет-проект или микросервисы. Подойдет Docker Swarm. Система позволит запускать сервисы без долгой настройки и сложного администрирования. Еще преимущества: знакомые Docker-инструменты, понятная логика и минимальный порог входа. 

• Команда, готовая к обучению. Решение — Managed Kubernetes. Вы получите все возможности системы оркестрации плюс базовую безопасность и инфраструктуру.

• Смешанные нагрузки (контейнеры+ВМ) или стек HashiCorp. Подойдет Nomad. Это решение отличается большей гибкостью, чем Docker Swarm, но не настолько сложное, как Kubernetes. Nomad легко интегрируется в стек HashiCorp и справляется как с базовыми, так и с высоконагруженными сценариями, включая поддержку виртуальных машин (через QEMU), GPU и смешанных нагрузок (контейнеры + ВМ).

• Enterprise-приложение. Выбирайте Kubernetes (Self-hosted или Managed). Managed подойдет, если вы хотите снять с себя заботы о безопасности и обновлениях системы. Self-hosted — вариант для команд, которые знают все нюансы работы с Kubernetes и готовы к сложностям. 

Заключение

Kubernetes — лидер на рынке систем оркестрации. Однако важно оценить, нужна ли вся мощь Kubernetes вашему проекту, или достаточно более легких решений (Docker Swarm, Nomad), особенно на начальном этапе. 

Решение можно развернуть самостоятельно либо использовать в качестве управляемого облачного сервиса. Только сначала убедитесь, что нужен Kubernetes. Не стоит использовать систему только потому, что она стала стандартом в оркестрации. Иногда достаточно Docker Swarm или managed K8s. При необходимости с них можно перейти на сложные self-hosted решения.