Docker Swarm против Kubernetes: обзор и сравнение

Контейнеризация — это технология, позволяющая упаковывать приложения и их зависимости в изолированные контейнеры. Эти контейнеры включают в себя все необходимые компоненты для правильного функционирования системы, в том числе библиотеки, зависимости, системные инструменты и настройки. Одним из ключевых принципов контейнеризации является изолированность, что позволяет приложениям работать внутри контейнера независимо от окружающей среды. 

Работа с контейнерами — достаточно трудоемкий процесс, который имеет свои особенности. Например, при увеличении количества контейнеров появляются сложности в их управлении. Эту проблему решают технологии контейнерной оркестровки, к которым относятся такие инструменты, как Docker Swarm, Kubernetes, Apache Mesos, Amazon ECS и другие.

На данный момент Docker Swarm и Kubernetes являются наиболее популярными оркестраторами из списка выше. В статье мы подробно рассмотрим эти инструменты, выявим их недостатки и преимущества и приведем сравнительный анализ, чтобы облегчить процесс выбора подходящей технологии контейнерной оркестровки.

Docker Swarm: краткий обзор

Docker Swarm — это оркестратор от компании Docker, который позволяет объединять несколько Docker-хостов в единый кластер и автоматически управлять запуском и масштабированием контейнеров. С помощью данного инструмента компания может с легкостью развертывать требуемые службы, управлять ими, масштабировать в процессе развития и мониторить стабильность и производительность.

Архитектура Docker Swarm представлена на диаграмме ниже.

^{Источник изображения: dockertips.readthedocs.io}

В Docker Swarm есть 2 основных типа узлов:

1. Управляющие узлы (Managers).

Менеджеры являются управляющими узлами в кластере Docker Swarm. Они отвечают за принятие решений и координацию действий в кластере. Ниже приведем основные задачи, которые решают управляющие узлы:

• Определяют, на каких рабочих узлах следует запускать контейнеры на основе текущей нагрузки и доступных ресурсов в кластере. Для оптимального распределения контейнеров они используют алгоритмы балансировки нагрузки.
• Отвечают за создание, масштабирование и обновление сервисов в кластере.
• Выполняют мониторинг работоспособности контейнеров и автоматически обнаруживают сбои, чтобы оперативно восстанавливать работоспособность приложений при появлении неполадок.

2. Рабочие узлы (Workers).

Рабочие узлы выполняют задачи, сформированные управляющими узлами. Они обрабатывают запросы от менеджеров, получают контейнеры для выполнения и отчитываются о состоянии контейнеров.

Для более детального изучения Docker Swarm обратитесь к официальной документации.

Достоинства и недостатки Docker Swarm

В данной главе мы определим основные преимущества и недостатки использования Docker Swarm. Они будут представлены в таблице ниже.

Достоинства	Недостатки
Простая установка, которая подойдет тем, кто только начинает знакомство с оркестрацией контейнеров.	Имеет ограниченный функционал из-за сильной привязки к Docker API.
Небольшой вес и высокая производительность.	Малое количество сторонних плагинов.
Является нативным оркестратором для Docker и полностью интегрирован с Docker Engine. Не требует дополнительных компонентов, кроме самого docker-engine.	Максимальное число менеджеров = 7.
Является проектом с открытым исходным кодом, что позволяет пользователям адаптировать и модифицировать его под свои нужды.	Ручное масштабирование.
Поддерживает docker-compose и другие инструменты для разработки и развертывания приложений.

Kubernetes: знакомство с оркестратором

Kubernetes (K8s) — один из наиболее популярных и мощных оркестраторов контейнеров среди существующих на рынке. Он разработан компанией Google в 2014 году и предоставляет набор высокоуровневых функций управления и автоматизации для контейнеризированных приложений. Сейчас, его поддержкой занимается компания Cloud Native Computing Foundation.

kube

Kubernetes предоставляет множество функций для работы с контейнерами. Далее в списке будут представлены некоторые из них:

• Развертывание и управление контейнерами;
• Выполнение автомасштабирования приложений;
• Управление хранилищем данных внутри контейнеров, используя подсистему Persistent Volumes;
• Управление сервисами, которые могут объединять группы подов и обеспечивать стабильную точку доступа для приложения.

Архитектура K8s построена на принципах распределенной системы. Она представлена на диаграмме ниже.

^{Источник изображения: collabnix.com}

Определим, что представляет из себя каждый из компонентов Kubernetes:

1. Мастер-ноды (Master Nodes).

Мастер-ноды — это главные управляющие узлы Kubernetes. Они отвечают за принятие решений о состоянии и размещении контейнеров, а также за управление всеми узлами в кластере. Мастер-нода состоит из:

• • API Server — интерфейс для взаимодействия с Kubernetes, который принимает запросы на управление кластером.
  • Планировщик (Scheduler) — это компонент, отвечающий за распределение контейнеров на рабочие узлы в зависимости от доступных ресурсов и требований приложения. Он обеспечивает балансировку нагрузки и оптимальное использование ресурсов кластера.
  • Контроллеры (Controllers) — это компоненты, отвечающие за отслеживание текущего состояния кластера. Они стремятся привести его к желаемому состоянию. В Kubernetes есть множество встроенных контроллеров, которые работают внутри kube-controller-manager.
  • Etcd — это БД, которая используется для хранения состояния кластера, включая конфигурацию, состояние узлов и подов. Она обеспечивает согласованность данных в кластере.

2. Рабочие узлы (Worker Nodes) — это узлы, на которых выполняются контейнеры. Они включают в себя такие компоненты, как:

• • Kubelet — агент Kubernetes, который управляет жизненным циклом подов на рабочем узле. Он запускает и останавливает контейнеры в соответствии с указаниями от мастер-нод, а также отслеживает их состояние.
  • Kube-Proxy — это компонент, обеспечивающий сетевую связность между подами и другими сервисами в кластере. Он выполняет функцию балансировщика нагрузки и маршрутизатора для обеспечения сетевой доступности приложений.

3. Поды (Pods) — это минимальные единицы развертывания в Kubernetes. Под представляет собой один или несколько контейнеров, работающих вместе на одном рабочем узле. У них есть общая сеть и хранилище. Поды могут содержать несколько контейнеров, которые работают в тесной связке и могут обмениваться данными через общее пространство имен.

Из всей информации, представленной выше, можно понять, что Kubernetes имеет более сложную структуру кластера, чем Docker Swarm.

Для более детального изучения Kubernetes обратитесь к официальной документации.

Достоинства и недостатки Kubernetes

В данной главе мы определим основные преимущества и недостатки использования Kubernetes. Они будут представлены в таблице ниже.

Достоинства	Недостатки
Имеет практически неограниченный функционал.	Сложный в установке и настройке.
Обеспечивает автоматическое восстановление при сбоях, перезапуская контейнеры и перенося их на другие узлы.	Требует много времени для обучения и освоения.
Доступен в большинстве облачных провайдеров, в том числе и в Timeweb Cloud.	Требует значительного объема ресурсов для развертывания и управления кластером.
Автоматизирован и поддерживает автомасштабирование приложений.	Настройка сети в Kubernetes может быть сложной задачей, особенно при использовании множества подсетей и различных провайдеров сетевых решений.
Имеет большое и активное пользовательское сообщество.	Расширенный функционал требует установки дополнительных плагинов от сторонних разработчиков.

Подробный анализ двух технологий оркестровки

В данной главе мы проведем сравнение Docker Swarm и Kubernetes по ряду выбранных характеристик, а после составим сравнительную таблицу.

Установка и настройка

Установка Kubernetes может быть сложной, особенно для новичков. Однако, существуют инструменты для упрощения этого процесса:

• kubeadm;
• kops;
• Minikube;
• облачные провайдеры. 

Настройка кластера может потребовать дополнительного времени и усилий, но по итогу пользователь получит широкий спектр возможностей. 

Установка Docker Swarm более простая и интуитивная, чем Kubernetes. Docker Swarm поставляется вместе с Docker Engine и может быть включен с помощью нескольких команд. Он обладает более прямолинейным процессом настройки и может быть быстро внедрен в эксплуатацию.

Масштабируемость

Kubernetes изначально разрабатывался Google и спроектирован для работы с масштабными и сложными системами. Он легко масштабируется до сотен и тысяч узлов, что делает его подходящим для организаций различных масштабов. Kubernetes позволяет выполнять:

• вертикальное автомасштабирование (повышение ресурсов у подов);
• горизонтальное автомасштабирование (увеличение количества реплик подов);
• автоматическое масштабирование для кластеров и количества узлов внутри.

Масштабирование может быть установлено вручную или автоматически, в зависимости от настроек.

В Docker Swarm также возможно масштабирование, но оно выполняется вручную и его возможности ограничены по сравнению с Kubernetes. Swarm может обрабатывать сотни или даже тысячи узлов, что делает его хорошим выбором для средних проектов и компаний. Он также поддерживает горизонтальное масштабирование, позволяя увеличивать количество реплик сервисов на основе загрузки, однако, более продвинутые сценарии масштабирования могут потребовать дополнительной настройки.

Балансировка нагрузки

Встроенная балансировка нагрузки в Kubernetes отсутствует. Ее можно подключить, используя сторонние решения. K8s поддерживает различные алгоритмы балансировки:

• Round Robin;
• Least Connections;
• IP Hash.

Более подробно изучить балансировку нагрузки в K8s поможет соответствующая статья в нашем блоге.

В Docker Swarm есть встроенная балансировка нагрузки, также использующая алгоритм Round Robin. Он автоматически распределяет запросы между репликами сервиса. Чтобы обеспечить более продвинутую и гибкую балансировку нагрузки, Docker Swarm может интегрироваться с дополнительными решениями, такими как Nginx или Traefik.

Популярность и сообщество

Kubernetes является одним из самых популярных оркестраторов контейнеров в индустрии. Он имеет огромное и активное сообщество разработчиков и пользователей, что обеспечивает обширную поддержку, регулярные обновления и развитие новых возможностей. 

Docker Swarm имеет свою аудиторию пользователей, но с каждым годом она становится все меньше и меньше. Потеря популярности происходит из-за ограниченного функционала и слабой поддержки сообщества, а также крупных компаний и облачных провайдеров в сравнении с K8s.

Мониторинг

K8s имеет встроенный мониторинг и возможность интеграции с различными сторонними инструментами, такими как Prometheus и Grafana. Он предоставляет метрики и статистику о состоянии приложений и кластера, что помогает вам отслеживать производительность и обнаруживать проблемы. Вы также можете настроить оповещения для определенных событий и условий, чтобы быть в курсе возможных проблем.

Docker Swarm также поддерживает интеграцию с инструментами мониторинга, такими как Prometheus и cAdvisor. Он предоставляет базовую метрику состояния сервисов и узлов, что помогает отслеживать их работу. Для более расширенного мониторинга Docker Swarm может интегрироваться с другими решениями, такими как ELK Stack или Datadog.

Графический интерфейс

K8s предоставляет веб-интерфейс Kubernetes Dashboard, который облегчает процесс управления и мониторинга кластера. Он предоставляет визуальное представление текущего состояния кластера и позволяет администраторам и разработчикам легко управлять приложениями и ресурсами.

В отличие от Kubernetes, Docker Swarm не имеет собственного графического интерфейса. Однако существуют сторонние инструменты для этих целей. Например:

• Portainer;
• SwarmUI;
• Shipyard.

Сравнительная таблица Docker Swarm vs Kubernetes

Характеристика	Docker Swarm	Kubernetes
Установка и настройка	Простая и быстрая.	Сложная и долгая.
Ресурсные требования	Низкие.	Высокие.
Поддерживаемые типы контейнеров	Docker	Containerd, Docker, CRI-O и другие
Масштабируемость	Ручное масштабирование.	Автоматическое масштабирование, включая: автомасштабирование для горизонтальных модулей; автомасштабирование для вертикальных модулей; автомасштабирование для кластера.
Балансировка нагрузки	Встроенная автоматическая балансировка нагрузки.	Отсутствует. Интегрируется с помощью сторонних инструментов.
Мониторинг	Отсутствует. Интегрируется с помощью сторонних инструментов.	Встроенный мониторинг.
Высокая доступность	Да.	Да.
Управление сетью	Ограниченные возможности.	Широкий набор инструментов и возможностей.
Графический интерфейс	Есть.	Есть.
Сообщество и поддержка	Меньшее количество пользователей и разработчиков, ограниченные ресурсы	Большое и активное сообщество, обширная поддержка и документация
Для кого подойдет	Малые и средние проекты, команды с небольшим опытом, простые приложения	Крупные и сложные проекты, команды с опытом, сложные и высоконагруженные приложения

Выгодные тарифы на облако в Timeweb Cloud

Заключение

В данной статье мы провели анализ двух оркестраторов контейнеров: Docker Swarm и Kubernetes. Каждый из них имеет свои особенности при установке и эксплуатации. Выбор между Docker Swarm и Kubernetes зависит от конкретных потребностей и характеристик вашего бизнеса.

Docker Swarm — это отличное решение для компаний, которые ищут простой и быстрый способ управлять контейнерами с минимальными усилиями. Kubernetes, в свою очередь, подойдет компаниям с более сложной архитектурой и высокими требованиями к масштабируемости и функциональности.