Orchestrace kontejnerů: Docker Swarm vs. Kubernetes – Podrobný průvodce

V dnešním rychle se vyvíjejícím světě vývoje softwaru se kontejnerizace stala základním kamenem moderní architektury aplikací. Platformy pro orchestraci kontejnerů hrají klíčovou roli v efektivní správě a škálování těchto kontejnerů. Dva hlavní hráči v této oblasti jsou Docker Swarm a Kubernetes. Tento podrobný průvodce se zaměří na detailní srovnání těchto platforem, prozkoumá jejich architektury, funkce, strategie nasazení a případy užití, aby vám pomohl učinit informované rozhodnutí pro vaše specifické potřeby.

Co je orchestrace kontejnerů?

Orchestrace kontejnerů automatizuje nasazování, škálování, síťování a správu kontejnerizovaných aplikací. Představte si, že máte stovky nebo tisíce kontejnerů běžících na několika serverech. Ruční správa těchto kontejnerů by byla provozní noční můrou. Orchestrace kontejnerů poskytuje nástroje a automatizaci nezbytné pro zvládnutí této složitosti.

Klíčové výhody orchestrace kontejnerů zahrnují:

Automatizované nasazení a škálování: Snadno nasazujte a škálujte své aplikace podle aktuální poptávky.
Vysoká dostupnost: Zajistěte, aby vaše aplikace zůstaly dostupné i v případě selhání některých kontejnerů nebo serverů.
Optimalizace zdrojů: Efektivně využívejte své hardwarové zdroje plánováním kontejnerů na základě dostupnosti zdrojů.
Zjednodušená správa: Zefektivněte správu svých kontejnerizovaných aplikací.

Docker Swarm: Nativní řešení orchestrace od Dockeru

Docker Swarm je nativní řešení pro orchestraci kontejnerů od společnosti Docker. Je navržen tak, aby byl snadno použitelný a bezproblémově se integroval s ekosystémem Dockeru. Swarm využívá známé Docker CLI a API, což z něj činí oblíbenou volbu pro vývojáře, kteří jsou již s Dockerem obeznámeni.

Architektura Docker Swarm

Cluster Docker Swarm se skládá ze dvou hlavních komponent:

Manažeři (Managers): Spravují cluster a orchestrují úkoly. Manažeři volí vůdce (leader), který činí rozhodnutí a udržuje požadovaný stav clusteru.
Pracovníci (Workers): Vykonávají úkoly přiřazené manažery. Pracovníci spouštějí kontejnery, které tvoří vaše aplikace.

Architektura Swarm podporuje jednoduchost a snadné pochopení. Manažeři se starají o řídicí rovinu (control plane), zatímco pracovníci vykonávají datovou rovinu (data plane). Toto oddělení odpovědností zjednodušuje celkovou správu clusteru.

Klíčové vlastnosti Docker Swarm

Snadné nastavení a použití: Swarm je neuvěřitelně snadné nastavit a používat, zvláště pokud jste již obeznámeni s Dockerem.
Integrované vyvažování zátěže (Load Balancing): Swarm poskytuje vestavěné vyvažování zátěže, které distribuuje provoz mezi vaše kontejnery.
Objevování služeb (Service Discovery): Swarm automaticky objevuje služby v rámci clusteru, což umožňuje kontejnerům vzájemně komunikovat.
Postupné aktualizace (Rolling Updates): Swarm podporuje postupné aktualizace, což vám umožňuje aktualizovat aplikace bez výpadku.
Decentralizovaný design: Swarm má decentralizovaný design, díky němuž je odolný vůči selháním.

Případy užití pro Docker Swarm

Docker Swarm je vhodný pro:

Malé až středně velké aplikace: Swarm je dobrou volbou pro menší aplikace s méně složitými požadavky.
Jednoduchá nasazení: Swarm je ideální pro jednoduchá nasazení, kde je prioritou snadné použití.
Týmy, které již používají Docker: Swarm je přirozenou volbou pro týmy, které jsou již obeznámeny s ekosystémem Dockeru.
Projekty typu „Proof-of-Concept“: Swarm je skvělou volbou pro rychlé nastavení a testování kontejnerizovaných aplikací.

Příklad: Malý e-commerce podnik může použít Docker Swarm k nasazení a správě své webové stránky, API a databáze. Snadné použití a integrované funkce Swarmu z něj činí pro tento scénář dobrou volbu.

Kubernetes: Vedoucí orchestrační platforma v oboru

Kubernetes (často zkracováno jako K8s) je open-source platforma pro orchestraci kontejnerů, která se stala průmyslovým standardem. Je známá svými výkonnými funkcemi, škálovatelností a flexibilitou.

Architektura Kubernetes

Cluster Kubernetes se skládá z několika klíčových komponent:

Řídicí rovina (Control Plane): Spravuje cluster a zahrnuje komponenty jako API server, scheduler, controller manager a etcd (distribuované úložiště klíč-hodnota).
Uzly (Nodes): Vykonávají kontejnery. Každý uzel spouští kubelet (agent, který spravuje kontejnery), kube-proxy (síťové proxy) a kontejnerové běhové prostředí (jako Docker nebo containerd).

Architektura Kubernetes je složitější než u Docker Swarm, ale poskytuje vyšší úroveň kontroly a flexibility.

Klíčové vlastnosti Kubernetes

Automatizované zavádění a vracení změn (Rollouts and Rollbacks): Kubernetes podporuje automatizované zavádění a vracení změn, což usnadňuje aktualizaci aplikací a v případě potřeby návrat k předchozím verzím.
Samooprava (Self-Healing): Kubernetes automaticky restartuje selhané kontejnery a přeplánuje je na zdravé uzly.
Objevování služeb a vyvažování zátěže: Kubernetes poskytuje vestavěné objevování služeb a vyvažování zátěže.
Horizontální škálování: Kubernetes může automaticky škálovat vaše aplikace podle poptávky.
Orchestrace úložiště: Kubernetes podporuje různá řešení úložišť, což vám umožňuje spravovat perzistentní úložiště pro vaše aplikace.
Správa tajemství a konfigurací: Kubernetes poskytuje bezpečnou správu citlivých informací, jako jsou hesla a API klíče.
Rozšiřitelnost: Kubernetes je vysoce rozšiřitelný, což vám umožňuje přizpůsobit si ho tak, aby vyhovoval vašim specifickým potřebám.

Případy užití pro Kubernetes

Kubernetes je vhodný pro:

Velké a složité aplikace: Kubernetes je navržen pro správu velkých, složitých aplikací s náročnými požadavky.
Architektury mikroslužeb: Kubernetes je přirozenou volbou pro architektury mikroslužeb, kde jsou aplikace složeny z mnoha malých, nezávislých služeb.
Aplikace s vysokým provozem: Kubernetes si díky své škálovatelnosti a funkcím vyvažování zátěže snadno poradí s aplikacemi s vysokým provozem.
Podniková prostředí: Kubernetes je široce přijímán v podnikových prostředích díky svým robustním funkcím a podpoře.
Hybridní a multi-cloudová nasazení: Kubernetes lze nasadit napříč několika cloudovými poskytovateli a v on-premise prostředích.

Příklad: Globální finanční instituce může použít Kubernetes k nasazení a správě své obchodní platformy, systému pro řízení rizik a aplikací pro klienty. Škálovatelnost, spolehlivost a bezpečnostní funkce Kubernetes jsou pro tento typ aplikací nezbytné.

Docker Swarm vs. Kubernetes: Detailní srovnání

Nyní se pojďme ponořit do detailního srovnání Docker Swarm a Kubernetes z různých hledisek:

1. Snadnost použití

Docker Swarm: Swarm je výrazně snazší na nastavení a použití než Kubernetes. Využívá známé Docker CLI a API, což z něj činí přirozenou volbu pro vývojáře, kteří jsou již s Dockerem obeznámeni. Nastavení Swarm clusteru je přímočaré a nasazování aplikací je relativně jednoduché.

Kubernetes: Kubernetes má strmější křivku učení než Swarm. Má složitější architekturu a vyžaduje hlubší porozumění jeho různým komponentám. Nasazování aplikací do Kubernetes zahrnuje definování různých souborů YAML, což může být pro začátečníky náročné.

2. Škálovatelnost

Docker Swarm: Swarm se dokáže škálovat do rozumné míry, ale není tak škálovatelný jako Kubernetes. Je vhodný pro menší až středně velké aplikace. Škálovatelnost Swarmu je omezena jeho decentralizovaným designem a režií správy velkého počtu uzlů.

Kubernetes: Kubernetes je vysoce škálovatelný a snadno si poradí s velkými, složitými aplikacemi. Je navržen tak, aby se škáloval na tisíce uzlů a dokázal spravovat obrovské množství kontejnerů. Pokročilé možnosti plánování a správy zdrojů Kubernetes mu umožňují efektivně využívat zdroje a škálovat aplikace podle poptávky.

3. Funkce

Docker Swarm: Swarm nabízí základní sadu funkcí pro orchestraci kontejnerů, včetně objevování služeb, vyvažování zátěže a postupných aktualizací. Chybí mu však některé pokročilé funkce, které najdeme v Kubernetes, jako je samooprava, orchestrace úložiště a správa tajemství.

Kubernetes: Kubernetes se pyšní bohatou sadou funkcí pro orchestraci kontejnerů, včetně automatizovaného zavádění a vracení změn, samoopravy, objevování služeb a vyvažování zátěže, horizontálního škálování, orchestrace úložiště, správy tajemství a konfigurací a rozšiřitelnosti. Jeho komplexní sada funkcí ho činí vhodným pro širokou škálu aplikací.

4. Komunita a ekosystém

Docker Swarm: Swarm má menší komunitu a ekosystém ve srovnání s Kubernetes. Ačkoliv je podporován společností Docker, nemá stejnou úroveň komunitní podpory a integrací třetích stran jako Kubernetes.

Kubernetes: Kubernetes má obrovskou a živou komunitu a ekosystém. Je podporován velkým počtem společností a jednotlivců a pro Kubernetes je k dispozici obrovské množství nástrojů a integrací. Silná komunitní podpora a bohatý ekosystém činí z Kubernetes oblíbenou volbu pro podniková prostředí.

5. Síťování

Docker Swarm: Swarm používá vestavěné síťové schopnosti Dockeru, které jsou relativně jednoduché. Podporuje překryvné sítě (overlay networks) pro komunikaci mezi kontejnery a poskytuje základní vyvažování zátěže.

Kubernetes: Kubernetes má pokročilejší síťový model, který umožňuje složité síťové konfigurace. Podporuje různé síťové pluginy, jako jsou Calico, Flannel a Cilium, které poskytují pokročilé síťové funkce, jako jsou síťové politiky a service meshes.

6. Monitorování a logování

Docker Swarm: Swarm postrádá vestavěné schopnosti monitorování a logování. Pro monitorování a logování je nutné integrovat externí nástroje jako Prometheus a Grafana.

Kubernetes: Kubernetes poskytuje základní schopnosti monitorování a logování, ale obvykle se integruje s externími nástroji jako Prometheus, Grafana, Elasticsearch a Kibana pro komplexnější monitorování a logování.

7. Bezpečnost

Docker Swarm: Swarm nabízí základní bezpečnostní funkce, jako je šifrování TLS pro komunikaci mezi uzly. Chybí mu však některé pokročilé bezpečnostní funkce, které najdeme v Kubernetes, jako jsou bezpečnostní politiky podů a síťové politiky.

Kubernetes: Kubernetes poskytuje robustní sadu bezpečnostních funkcí, včetně bezpečnostních politik podů, síťových politik, řízení přístupu na základě rolí (RBAC) a správy tajemství. Tyto funkce pomáhají zajistit bezpečnost vašich kontejnerizovaných aplikací.

8. Náklady

Docker Swarm: Swarm je obecně levnější na provoz než Kubernetes, zejména u menších nasazení. Vyžaduje méně zdrojů a má jednodušší architekturu, což se promítá do nižších nákladů na infrastrukturu.

Kubernetes: Kubernetes může být dražší na provoz než Swarm, zejména u velkých nasazení. Vyžaduje více zdrojů a má složitější architekturu, což se promítá do vyšších nákladů na infrastrukturu. Výhody Kubernetes, jako je škálovatelnost a bohatost funkcí, však pro mnoho organizací často převažují nad náklady.

Výběr správné orchestrační platformy

Volba mezi Docker Swarm a Kubernetes závisí na vašich specifických potřebách a požadavcích. Zde je shrnutí, které vám pomůže se rozhodnout:

Zvolte Docker Swarm, pokud:

Potřebujete jednoduchou a snadno použitelnou orchestrační platformu.
Jste již obeznámeni s Dockerem a chcete využít své stávající znalosti.
Máte malou až středně velkou aplikaci s méně složitými požadavky.
Upřednostňujete snadné použití a rychlé nastavení před pokročilými funkcemi a škálovatelností.

Zvolte Kubernetes, pokud:

Potřebujete vysoce škálovatelnou a na funkce bohatou orchestrační platformu.
Máte velkou a složitou aplikaci s náročnými požadavky.
Budujete architekturu mikroslužeb.
Potřebujete pokročilé funkce jako samoopravu, orchestraci úložiště a správu tajemství.
Požadujete robustní a bezpečnou platformu pro podniková prostředí.

Úvahy pro globální publikum: Při výběru orchestrační platformy pro globální publikum zvažte následující:

Globální dostupnost: Ujistěte se, že zvolená platforma je dostupná v několika regionech po celém světě. Poskytovatelé cloudu jako AWS, Google Cloud a Azure nabízejí spravované služby Kubernetes v různých regionech.
Síťová latence: Optimalizujte nasazení vaší aplikace tak, abyste minimalizovali síťovou latenci pro uživatele v různých geografických lokalitách. Zvažte nasazení aplikace do více regionů a použití sítě pro doručování obsahu (CDN) k cachování statického obsahu.
Rezidence dat: Dodržujte předpisy o rezidenci dat v různých zemích. Ukládejte data v regionu, kde je jejich uložení vyžadováno.
Vícejazyčná podpora: Zajistěte, aby vaše aplikace podporovala více jazyků.
Lokalizace: Přizpůsobte svou aplikaci specifickým kulturním a jazykovým preferencím vaší cílové skupiny.

Příklad: Globální e-learningová platforma by si mohla zvolit Kubernetes pro správu svých online kurzů, služeb pro streamování videa a systému autentizace uživatelů. Škálovatelnost a globální dostupnost Kubernetes jsou klíčové pro obsluhu velké a rozmanité uživatelské základny po celém světě. Platforma může nasadit svou aplikaci do více regionů, aby minimalizovala síťovou latenci a dodržela předpisy o rezidenci dat.

Závěr

Docker Swarm a Kubernetes jsou obě výkonné platformy pro orchestraci kontejnerů, každá se svými silnými a slabými stránkami. Docker Swarm je snazší na použití a dobře se hodí pro jednodušší nasazení, zatímco Kubernetes nabízí komplexnější sadu funkcí a je navržen pro správu velkých a složitých aplikací. Pečlivým zvážením vašich specifických potřeb a požadavků si můžete vybrat správnou orchestrační platformu, která zefektivní nasazování vašich kontejnerizovaných aplikací a urychlí vaši cestu DevOps.

Nakonec nejlepší volba závisí na vaší konkrétní situaci. Před rozhodnutím zhodnoťte dovednosti svého týmu, složitost vašich aplikací a vaše dlouhodobé cíle. Zvažte, že začnete s Docker Swarm pro jednodušší projekty a přejdete na Kubernetes, jakmile vaše potřeby porostou a stanou se složitějšími. Při navrhování a nasazování vašich kontejnerizovaných řešení nezapomeňte zohlednit globální dosah vaší aplikace.