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:
- 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.
- 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.
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:
- 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.
- 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.
- 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:
|
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 |
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.