В чем разница между Docker и Kubernetes: руководство для выбора

Микросервисная архитектура — это подход, при котором один крупный сервис (монолит) разбивается на несколько независимых друг от друга приложений, микросервисов. Каждое из них решает свою задачу, например, отвечает за авторизацию пользователей, обработку платежей или поиск по каталогу. Микросервисы работают отдельно друг от друга и взаимодействуют с другими через API.

Микросервисы — альтернатива монолитной архитектуре, где на все приложение — единый блок кода, одна база данных и один сервер. Каждый из элементов приложения отвечает за что-то свое, но все они действуют как неделимая система. В начале 2010-х годов большинство сервисов разрабатывались как монолит, но у этого подхода есть минусы:

1. Нельзя масштабировать только один сервис, на который идет больше всего нагрузки. Для масштабирования придется раздувать весь монолит.

2. Для перезапуска или обновления одного сервиса нужно перезапускать весь монолит.

3. Если падает один сервис, то он тянет за собой всю систему.

4. Трудно внедрять новые технологии, отличные от первоначальной структуры приложения.

Материалы по теме:

• Микросервисная архитектура: чем она хороша и кому нужна

• Как работает API: что это такое и как его использовать

Docker — это платформа, с помощью которой сервисы приложения со всеми его зависимостями упаковываются в контейнеры. Контейнер везде работает одинаково: на ноутбуке разработчика, сервере в дата-центре, облачной платформе.

Без Docker микросервисы были бы гораздо сложнее в поддержке. Пришлось бы разворачивать каждый сервис на отдельной виртуальной машине или настраивать общее окружение.

Контейнеризация, то есть упаковка приложений в контейнеры, — основа микросервисной архитектуры. Здесь одними из основных инструментов выступают Docker и Kubernetes.

Что можно делать с Docker:

• Создавать образы — шаблоны контейнеров, в которых есть само приложение и все необходимое для его работы: от версии языка программирования до конфигурационных файлов.

• Запускать десятки контейнеров. Docker работает на базе движка Docker Engine — это основная часть платформы Docker, которая отвечает за запуск и управление контейнерами. Движок создает контейнеры из образов, управляет их жизненным циклом (запуск, остановка, перезапуск), распределяет между ними ресурсы процессора, памяти и диска, настраивает виртуальные сети для их взаимодействия.

• Изолировать контейнеры, чтобы те работали независимо друг от друга. При этом они взаимодействуют через виртуальные сети, которые настраиваются в несколько команд. Это полезно в микросервисной архитектуре, где компоненты приложения должны быть одновременно изолированы и связаны между собой.

• Хранить и публиковать готовые образы в Docker Hub и других репозиториях. Официальный Docker Hub содержит тысячи проверенных образов: от базовых ОС до сложных стэков. Есть возможность создавать разные версии одного и того же образа, а также делать их приватными, например, для корпоративных нужд. А еще разработчики хранят образы в других репозиториях, обмениваются образами с коллегами. Это ускоряет разработку и развертывание.

Материал по теме:

• Что такое контейнеризация и зачем она нужна в разработке приложений

Kubernetes (K8s) — это платформа для оркестрации, то есть управления уже настроенными и запущенными контейнерами. Инструмент пригодится в крупных проектах с большим числом микросервисов, каждый из которых работает в своем Docker-контейнере.

K8s масштабирует контейнеры под нагрузку, обеспечит отказоустойчивость, балансировку нагрузки между узлами кластера и эффективное распределение ресурсов. Без Kubernetes это все пришлось бы делать вручную, а при большом количестве микросервисов это сложно.

Без Kubernetes микросервисная архитектура превратилась бы в хаос: администраторам пришлось бы вручную балансировать нагрузку, отслеживать падения сервисов, масштабировать инфраструктуру под рост запросов.

Возможности Kubernetes:

• Автоматическое масштабирование. Kubernetes сам распределяет ресурсы в зависимости от нагрузки. Если один из сервисов получает больше запросов, система запускает дополнительные копии контейнера и распределяет между ними трафик. Когда нагрузка падает, лишние копии отключаются. 

• Мониторинг и восстановление. Если контейнер падает из-за ошибки или сбоя сервера, Kubernetes немедленно перезапускает его. Система может переносить контейнеры на другие узлы в кластере, если текущий сервер перегружен или недоступен.

• Гибкость. Kubernetes работает с любыми контейнерами, не только Docker. А еще поддерживает различные операционные системы, облачные платформы и локальные серверы. Это позволяет легко мигрировать приложения между разными средами без переписывания кода.

• Балансировка нагрузки. Kubernetes распределяет контейнеры между серверами так, чтобы ни один узел не был перегружен, а ресурсы использовались оптимально.

Docker Swarm — встроенный в Docker инструмент для простой оркестрации контейнеров, функциональный аналог Kubernetes. Swarm отлично подходит для небольших и средних проектов, где достаточно базовой отказоустойчивости и балансировки нагрузки. Позволяет управлять 10–30 узлами и несколькими сотнями контейнеров. Плюсы Docker Swarm: простота установки и управления, а также низкий порог входа, особенно если вы уже знаете Docker. 

Kubernetes подойдет для управления более масштабными кластерами с сотнями узлов и тысячами контейнеров. Применяется в крупных и сложных проектах, где важны высокая отказоустойчивость и автоматическая масштабируемость. При этом Kubernetes требует глубокого изучения, а также ручной настройки сети, хранилищ и множества компонентов.

Разработка в облаке позволяет сосредоточиться на создании приложений, а не на обслуживании собственной инфраструктуры. Облачные провайдеры берут на себя управление серверами, сетями и хранилищами, что снижает затраты на IT-персонал и оборудование. А еще есть возможность легко арендовать дополнительные ресурсы, если повышается нагрузка, и платить только за те, что использованы по факту.

Для запуска контейнерных приложений в облаке пригодится сервис Evolution Container Apps. Вам не придется настраивать кластеры Kubernetes —достаточно загрузить Docker-образы в реестр и создать контейнеры через удобный личный кабинет.

Для управления контейнерами в больших системах с высокой нагрузкой у Cloud.ru есть сервис Evolution Managed Kubernetes. Доступно автоматическое масштабирование, создание кластеров со встроенным мониторингом и логированием. Предусмотрен плагин «Платформа безопасности контейнеров» — он защищает приложения, контейнеры, поды и хосты во время выполнения в кластере, снижает риск утечки данных и других инцидентов, связанных с безопасностью.

Ежемесячно в личном кабинете начисляется бесплатный объем ресурсов для работы контейнера: 480 ГБ RAM и 120 vCPU. Тестируйте и запускайте небольшие приложения, не оплачивая потребление

В микросервисной разработке Docker и Kubernetes используются вместе. Docker применяют для создания контейнеров, а Kubernetes присоединяется к Docker, если контейнеров становится много и их приходится оркестрировать.

Основные отличия Docker и Kubernetes: 

Docker нужен для создания контейнеров в проектах с микросервисной архитектурой. Рассмотрим несколько примеров того, как его используют в реальных проектах.

Тестирование новых версий приложений. Представьте, что надо проверить, как приложение будет работать с разными версиями базы данных, например, MySQL 5.7 и MySQL 8. Вместо того, чтобы устанавливать эти версии вручную, просто создайте два Docker-контейнера. В каждом контейнере будет своя версия базы данных, а настройка сведется к запуску одной команды. Вы быстро проверите совместимость, сэкономите время и избежите путаницы с локальной установкой.

Обучение сотрудников. Новички приходят в компанию и осваивают работу с базами данных или веб-серверами. Вместо того, чтобы настраивать окружение на их компьютерах, вы создаете Docker-контейнер с уже установленными и настроенными инструментами. В результате каждый сотрудник получает идентичное окружение и может сосредоточиться на обучении, а не на настройке программ.

Простая доставка обновлений. Предположим, что вы создали обновление для своей IT-платформы. С Docker вы можете упаковать обновление в контейнер, протестировать его на сервере разработки и быстро перенести на основной сервер. Оно будет работать так же, как на тестовом окружении без всяких неожиданностей.

Унификация разработки в команде. Допустим, команда разработчиков использует разные операционные системы: Windows, macOS, Linux. С Docker это не проблема: контейнер с приложением работает одинаково на любой ОС.

Еще разработчики сталкиваются с проблемой, когда приложение использует разные библиотеки. В Docker можно описать, какие зависимости нужны для работы контейнера. Тогда не будет локальных проблем или потребности в расширениях для работы приложения.

Kubernetes раскрывает свой потенциал в крупных и сложных проектах, где на первом месте автоматизация, масштабируемость и надежность. Рассмотрим несколько сценариев его применения.

Интернет-магазин с высоким трафиком. Представьте интернет-магазин, где в обычные дни сайт посещают тысячи пользователей, а во время «черной пятницы» их число возрастает в десятки раз. Kubernetes автоматически увеличит количество серверов под нагрузку, чтобы сайт не упал из-за наплыва пользователей. После окончания распродажи система сама уменьшит количество ресурсов.

Системы обработки больших данных. Компания анализирует большие объемы данных из разных источников, например, из Google Cloud и Azure. Kubernetes распределяет обработку данных между разными кластерами. При этом гарантирует, что задачи выполняются быстро и эффективно. Это полезно, когда данные поступают непрерывно и в больших объемах.

Автоматизация разработки. В крупных компаниях разработчики регулярно тестируют новые функции. Kubernetes помогает полностью автоматизировать этот процесс: вы создаете пайплайн, то есть последовательность шагов для тестирования и развертывания приложений, где для каждого теста создаются временные контейнеры. После завершения проверки Kubernetes автоматически удаляет лишнее и освобождает ресурсы под новые задачи.

• Docker и Kubernetes — это два ключевых инструмента для работы с контейнерами, которые используются вместе, но решают разные задачи.

• Docker используется для упаковки приложений в контейнеры, он обеспечивает их изоляцию и переносимость между разными средами. Если проект небольшой и контейнеров немного, понадобится только Docker.

• Kubernetes присоединяется к Docker, когда контейнеров становится много и требуется оркестрация. Kubernetes управляет кластерами контейнеров, автоматизирует их масштабирование, балансировку нагрузки и восстановление.