Che cos'è Kubernetes?

Che cos'è Kubernetes?

Kubernetes (spesso abbreviato K8s) è una piattaforma open source per l'orchestrazione di container che consente di automatizzare la distribuzione, lo scaling e la gestione delle applicazioni containerizzate. Sviluppata originariamente da Google, Kubernetes permette agli utenti di gestire e coordinare i container in un cluster, fornendo un'infrastruttura altamente scalabile e resiliente per l'esecuzione di applicazioni distribuite.

La piattaforma, creata inizialmente per uso interno, è stata poi resa disponibile al pubblico nel 2014 come sistema open source da Google. Da allora è stata adottata su larga scala ed è diventata un tassello fondamentale nell'ecosistema cloud native. Kubernetes, insieme ai container, è universalmente considerato il building block fondamentale delle applicazioni e delle infrastrutture cloud contemporanee.

Kubernetes funziona su un'ampia gamma di infrastrutture, inclusi ambienti di cloud ibrido, cloud pubblico, private cloud, macchine virtuali e server bare metal, e offre ai team IT una flessibilità eccellente.

Come funziona Kubernetes?

L'architettura di Kubernetes è costituita da diversi componenti chiave quali:

Cluster e nodi

I cluster, ossia i building block alla base di Kubernetes, sono costituiti da macchine di calcolo fisiche o virtuali chiamate nodi. Un singolo nodo master opera come piano di controllo del cluster e gestisce quali applicazioni eseguire in un dato momento e quali immagini container utilizzare, il tutto grazie all'esecuzione di un servizio di pianificazione che automatizza la distribuzione dei container in base ai requisiti definiti dagli sviluppatori e ad altri fattori.

Vi sono poi una serie di nodi worker responsabili dell'esecuzione, dell'implementazione e della gestione dei carichi di lavoro e delle applicazioni containerizzate. I nodi worker comprendono gli strumenti di gestione dei container scelti dall'azienda, come per esempio Docker, e un Kubelet, ossia un agente software che riceve gli ordini dal nodo master e li esegue.

I cluster possono includere nodi che coprono l'intera architettura dell'organizzazione, dall'on-premise ai cloud pubblici e private cloud fino agli ambienti di cloud ibrido. Questo è uno dei motivi per cui Kubernetes può essere considerato un componente fondamentale delle architetture cloud native, nonché il sistema ideale per ospitare applicazioni cloud native che necessitano di scalare rapidamente.

Container

I container sono una tecnologia leggera e portabile utilizzata per creare pacchetti software al fine di distribuire ed eseguire applicazioni in modo coerente in diversi ambienti di calcolo. Un container è un'unità eseguibile in maniera indipendente che incapsula un'applicazione insieme a tutte le sue dipendenze, inclusi librerie, framework e ambienti di runtime.

I container offrono una soluzione per isolare le applicazioni dall'infrastruttura sottostante, garantendo che vengano eseguite in maniera coerente indipendentemente dal sistema che le ospita. L'isolamento si ottiene grazie a tecnologie di containerizzazione come Docker, che utilizzano la virtualizzazione a livello di sistema operativo per creare ambienti isolati, i container, appunto.

Pod

I pod sono la più piccola unità distribuibile di Kubernetes. Sono essenzialmente gruppi di container che condividono le stesse risorse di rete e di calcolo. Raggruppare i container è vantaggioso perché se uno di essi riceve troppo traffico, Kubernetes crea automaticamente una replica del pod in altri nodi del cluster in modo da distribuire il carico di lavoro.

Come funziona il tutto

La piattaforma Kubernetes viene eseguita sul sistema operativo dell'ambiente utilizzato (solitamente Linux) e comunica con i pod che operano sui nodi. Utilizzando un'interfaccia a riga di comando chiamata kubectl, gli amministratori o i DevOps impostano lo stato desiderato di un cluster, incluso quali applicazioni devono essere eseguite, con quali immagini e risorse, e altre informazioni.

Il nodo master del cluster riceve i comandi e li trasmette ai nodi worker. La piattaforma è in grado di determinare automaticamente qual è il nodo del cluster migliore per l'esecuzione del comando, e assegna quindi le risorse e i pod specifici nel nodo che completerà l'operazione richiesta.

Kubernetes non modifica i processi di base della gestione dei container: semplicemente, li automatizza e si fa carico di una parte del lavoro, in modo che i DevOps e i team che si occupano dell'amministrazione possano beneficiare di un livello elevato di controllo senza però dover gestire ogni nodo o container separatamente. In pratica i team umani si limitano a configurare il sistema Kubernetes e a definire gli elementi al suo interno, mentre l'orchestrazione dei container vera e propria viene affidata interamente a Kubernetes.

Caratteristiche e funzionalità di Kubernetes

Kubernetes vanta una gamma piuttosto ampia di caratteristiche e funzionalità che semplificano l'orchestrazione dei container su più nodi, consentono l'automazione della gestione dei cluster e ottimizzano l'utilizzo delle risorse. Eccone alcune:

• Scalabilità automatica: permette di eseguire lo scaling dei container e delle relative risorse in base all'utilizzo;
• Gestione del ciclo di vita: gli amministratori possono mettere in pausa o riprendere le implementazioni, ma anche tornare alle versioni precedenti;
• Dichiarazione dello stato desiderato: gli amministratori stabiliscono ciò di cui hanno bisogno, e Kubernetes realizza la loro richiesta;
• Self‑healing e resilienza: riavvii automatici, posizionamenti, replica e scaling;
• Storage scalabile: gli amministratori possono aggiungere storage dinamicamente in base alle necessità;
• Bilanciamento dei carichi: il sistema utilizza una serie di strumenti per bilanciare i carichi internamente ed esternamente;
• Supporto per DevSecOps: contribuisce a semplificare la sicurezza delle operazioni sui container lungo tutto il loro ciclo di vita e su tutti i cloud, e permette ai team di immettere sul mercato applicazioni sicure più rapidamente.

A che cosa serve Kubernetes?

Kubernetes aiuta le organizzazioni a gestire meglio le applicazioni più complesse e a sfruttare al massimo le risorse esistenti. Contribuisce inoltre a garantire la disponibilità delle applicazioni e a ridurre notevolmente i downtime. Tramite l'orchestrazione dei container la piattaforma automatizza numerose attività, tra cui l'implementazione delle applicazioni, i rollout, la rilevazione dei servizi, il provisioning dello storage, il bilanciamento dei carichi, lo scaling automatico e le funzionalità di self‑healing. In questo modo buona parte dell'onere legato alla gestione del sistema passa a Kubernetes, lasciando i team IT o DevOps liberi di occuparsi di attività a più alto valore aggiunto.

Facciamo un esempio pratico: supponiamo che un container non funzioni più. Al fine di ridurre al minimo il downtime (o eliminarlo del tutto), Kubernetes è in grado di rilevare il malfunzionamento del container e di eseguire automaticamente il passaggio di consegne riavviando, sostituendo e/o eliminando i container malfunzionanti. Inoltre, il sistema supervisiona tutti i cluster e determina dove è meglio eseguire i container in base a dove e come vengono già consumate le risorse. Tutto questo avviene automaticamente e in pochi millisecondi: nessun team umano è in grado di garantire prestazioni simili.

Vantaggi dell'utilizzo di Kubernetes

Kubernetes offre moltissimi vantaggi soprattutto alle organizzazioni che fanno ampio uso di applicazioni cloud native, alcuni dei quali hanno contribuito a renderlo il sistema di gestione dei container di gran lunga più diffuso. Kubernetes infatti permette di:

• Spostare i carichi di lavoro nell'ambiente in cui funzionano al meglio: la piattaforma è in grado di funzionare sia on‑premise che nel cloud, rendendo tutto più semplice;
• Semplificare il monitoraggio, la gestione, l'implementazione e la configurazione di applicazioni containerizzate di qualsiasi dimensione e su qualsiasi scala;
• Integrare Kubernetes nell'architettura esistente in tutta semplicità grazie alla sua elevata estensibilità;
• Tenere sotto controllo le spese IT grazie all'ottimizzazione delle risorse integrata in Kubernetes, alla possibilità di eseguire i carichi di lavoro ovunque, e alla scalabilità automatica basata sulla domanda;
• Lasciare i team IT e DevOps liberi di concentrarsi su attività più importanti, anziché impegnarli a gestire e orchestrare le applicazioni containerizzate;
• Ottimizzare l'utilizzo delle risorse hardware, incluse la banda di rete, la memoria e l'I/O dello storage, con la possibilità di definire limiti di utilizzo;
• Aumentare l'efficienza e l'uptime delle applicazioni grazie alle funzioni di self‑healing di Kubernetes;
• Pianificare gli aggiornamenti software senza causare downtime;
• Creare un'infrastruttura a prova di futuro sfruttando le potenzialità di Kubernetes, come il funzionamento su architetture disaccoppiate e la capacità di gestire una crescita rapida e massiccia. 

Che cos'è Kubernetes‑as‑a‑Service?

Kubernetes‑as‑a‑Service (KaaS) è un'offerta basata su cloud che fornisce dei cluster Kubernetes gestiti, consentendo alle aziende di sfruttare la potenza di Kubernetes senza doversi preoccupare di configurazioni complesse o della manutenzione dell'infrastruttura sottostante. Grazie a KaaS, gli utenti possono concentrarsi sull'implementazione e sulla gestione delle applicazioni anziché occuparsi delle complessità della gestione dei cluster Kubernetes.

I provider KaaS gestiscono attività quali il provisioning, lo scaling, gli aggiornamenti e il monitoraggio dei cluster, sollevando i clienti dagli oneri legati all'operatività. Offrono inoltre interfacce o API di facile utilizzo per interagire con i cluster Kubernetes e spesso forniscono funzionalità aggiuntive come il bilanciamento dei carichi, lo scaling automatico, e il logging e il monitoraggio integrati.

Offrendo Kubernetes come servizio, i provider di cloud e di servizi gestiti consentono agli sviluppatori e alle organizzazioni di distribuire e gestire applicazioni containerizzate su ampia scala in modo semplice e rapido, sfruttando così i vantaggi di Kubernetes anche senza avere una vasta esperienza con la piattaforma o competenze nella gestione delle infrastrutture.

Kubernetes e Docker a confronto

Docker è un'altra soluzione open source che permette agli utenti di automatizzare la distribuzione delle applicazioni. A differenza di Kubernetes, però, Docker è anche un formato di file per container e anzi è diventato il formato di file principale per i container Linux. Utilizzando Docker Engine puoi creare ed eseguire container in un ambiente di sviluppo. Un registro di container come Docker Hub ti permette di condividere e archiviare le immagini di container. La suite di soluzioni Docker è insomma un'ottima scelta per facilitare l'implementazione e l'esecuzione di singoli container.

Kubernetes e Docker sono due tecnologie distinte ma complementari che vengono spesso utilizzate in tandem nelle moderne distribuzioni di applicazioni basate su container. Ecco un confronto più dettagliato tra le due:

Docker

• Docker è una piattaforma e un set di strumenti per la creazione e l'esecuzione di container, e consente di raggruppare le applicazioni e le relative dipendenze in container leggeri e isolati;
• Con Docker, gli sviluppatori possono creare immagini di container che includono tutto il necessario per eseguire un'applicazione, compresi codice, librerie e ambienti di runtime;
• Docker consente di distribuire le applicazioni in modo coerente in diversi ambienti, garantendo che le applicazioni vengano eseguite in maniera affidabile indipendentemente dal sistema che le ospita;
• Offre un'interfaccia a riga di comando (CLI) facile da usare, e un ricco ecosistema di strumenti e servizi per gestire i container;

Kubernetes

• Kubernetes, spesso abbreviato K8s, è una piattaforma open source per l'orchestrazione di container che automatizza l'implementazione, lo scaling e la gestione di applicazioni containerizzate;
• Fornisce un framework per l'esecuzione e il coordinamento dei container in un cluster di macchine;
• Kubernetes offre funzionalità quali lo scaling automatico, il bilanciamento dei carichi, la rilevazione dei servizi e il self‑healing;
• Permette la configurazione dichiarativa e lo scaling, semplificando così la gestione delle implementazioni di applicazioni complesse;
• Possiede un elevato livello di resilienza e di tolleranza agli errori, garantendo che le applicazioni siano sempre in esecuzione e disponibili anche in caso di guasti.

Best practice per la sicurezza in Kubernetes

La sicurezza è oggi una priorità assoluta per tutte le organizzazioni, indipendentemente da dove eseguono i carichi di lavoro e le applicazioni. Ecco alcune best practice consigliate per proteggere il tuo sistema Kubernetes e le applicazioni e i dati al suo interno:

Accesso sicuro ai cluster:

Limita l'accesso all'API di Kubernetes utilizzando meccanismi di autenticazione e autorizzazione forti come il controllo degli accessi basato sui ruoli (RBAC). Usa password forti e univoche o implementa metodi di autenticazione più sicuri, come l'autenticazione basata su certificati. Abilita l'auditing e monitora l'accesso alle API per individuare eventuali attività non autorizzate o sospette.

Aggiornamenti periodici dei componenti di Kubernetes:

Mantieni i componenti di Kubernetes (piano di controllo, nodi worker, etcd) aggiornati alle ultime versioni stabili per beneficiare delle patch di sicurezza e delle correzioni dei bug.

Applicazione delle policy di rete:

Implementa le policy di rete per controllare il flusso del traffico all'interno del cluster e limitare la comunicazione tra i pod. Utilizza le policy di rete per imporre canali di comunicazione sicuri e limitare l'accesso a servizi o dati sensibili.

Immagini di container sicure:

Usa solo immagini di container affidabili e provenienti da fonti attendibili. Esegui regolarmente una scansione delle immagini di container per verificare che non ci siano vulnerabilità e assicurarti che siano al passo con patch e aggiornamenti. Usa la firma e la verifica delle immagini per garantirne l'integrità. Per ambienti ad alta sensibilità, valuta anche l'adozione di un approccio air-gapped per isolare i cluster Kubernetes da reti esterne non attendibili.

Uso di RBAC e privilegio minimo:

Implementa il controllo degli accessi basato sui ruoli (RBAC) per assegnare i permessi e i ruoli appropriati agli utenti e ai servizi. Segui il principio del privilegio minimo, concedendo solo i permessi strettamente necessari a ogni utente o servizio.

Utilizzo delle policy di sicurezza dei pod:

Abilita le policy di sicurezza dei pod (PSP) per applicare restrizioni di sicurezza alla creazione di pod, in modo per esempio da impedire l'accesso agli host o ai container privilegiati.

Monitoraggio e logging delle attività:

Abilita il logging e il monitoraggio dei cluster Kubernetes per rilevare gli incidenti di sicurezza e reagire tempestivamente. Monitora i log del server API, i log dei container e gli eventi a livello di cluster per individuare eventuali attività sospette o tentativi di accesso non autorizzati.

Protezione dell'archivio dati etcd:

Proteggi l'archivio dati etcd abilitando la crittografia a riposo e in transito. Limita l'accesso all'etcd assicurandoti che solo le entità autorizzate possano accedere ai dati di configurazione del cluster e modificarli.

Backup periodici e test del disaster recovery:

Crea backup periodici dei componenti, della configurazione e dei dati critici di Kubernetes per facilitare il disaster recovery in caso di problemi o attacchi. Fai un test periodico del processo di disaster recovery per assicurarti che funzioni correttamente.

Ultime novità e pratiche consigliabili:

Mantieniti sempre al corrente sulle best practice e sulle raccomandazioni di sicurezza più recenti della community Kubernetes e degli esperti del settore.

Casi d'uso per Kubernetes

Oggi Kubernetes è utilizzato per una vastissima gamma di casi d'uso, inclusi:

• Implementazione di applicazioni su larga scala;
• Gestione di microservizi;
• Sviluppo di software di integrazione continua/implementazione continua (CI/CD);
• Abilitazione del serverless computing;
• Implementazioni di cloud ibrido e multicloud;
• Analytics per i Big Data;
• Progetti di calcolo complessi o di grandi dimensioni;
• Progetti di apprendimento automatico;
• Migrazione di dati da server on‑premise al cloud.

Come funziona Kubernetes con lo sviluppo di applicazioni?

Kubernetes ha un ruolo chiave nello sviluppo delle applicazioni perché offre una piattaforma scalabile e resiliente per l'implementazione, la gestione e lo scaling delle applicazioni containerizzate. Vediamo come funziona:

Containerizzazione:

Gli sviluppatori racchiudono le applicazioni e le relative dipendenze in immagini di container utilizzando tecnologie quali per esempio Docker. I container assicurano che le applicazioni vengano eseguite in modo coerente in ambienti diversi e che possano essere facilmente implementate.

Configurazione dichiarativa:

Gli sviluppatori definiscono lo stato desiderato della loro applicazione e dei relativi componenti utilizzando i file di configurazione Kubernetes, tipicamente scritti in formato YAML o JSON. I file di configurazione specificano le modalità di implementazione dell'applicazione, tra cui il numero di repliche, i requisiti di rete, i limiti di risorse e altro ancora.

Implementazione:

Kubernetes è utilizzato anche per implementare le applicazioni containerizzate. Gli sviluppatori creano implementazioni in Kubernetes, specificando il numero di repliche e le immagini di container desiderate. Kubernetes si occupa invece di pianificare i container sui nodi disponibili nel cluster.

Scaling e bilanciamento dei carichi:

Kubernetes offre meccanismi integrati per lo scaling delle applicazioni. Per ridimensionare automaticamente un'applicazione, gli sviluppatori possono definire criteri di scaling automatico basati sull'utilizzo della CPU o su altre metriche. Kubernetes gestisce anche il bilanciamento dei carichi, distribuendo il traffico in entrata tra le repliche dell'applicazione al fine di garantire un'elevata disponibilità e un utilizzo ottimale delle risorse.

Rilevazione dei servizi e networking:

Kubernetes offre un'astrazione dei servizi che consente alle applicazioni di individuarsi e comunicare tra loro all'interno del cluster. Gli sviluppatori definiscono i servizi che espongono gli endpoint per le loro applicazioni, mentre Kubernetes assegna automaticamente un nome DNS e un indirizzo IP univoci a ciascun servizio. In questo modo le diverse parti dell'applicazione possono comunicare fra loro senza intoppi.

Rolling update e rollback:

Kubernetes supporta i rolling update, permettendo agli sviluppatori di aggiornare le applicazioni senza downtime. Gli sviluppatori possono specificare una nuova versione dell'immagine di container e Kubernetes sostituisce gradualmente i container esistenti con quelli nuovi, garantendo una transizione fluida. In caso di problemi o errori, Kubernetes supporta il rollback alla precedente versione funzionante.

Osservabilità e monitoraggio:

Kubernetes offre funzioni di monitoraggio e osservabilità. Gli sviluppatori possono integrare le loro applicazioni con sistemi di logging e monitoraggio, mentre Kubernetes fornisce metriche, log ed eventi relativi all'applicazione e ai suoi componenti. In questo modo gli sviluppatori possono ricavare informazioni preziose sulle prestazioni dell'applicazione, risolvere i problemi e ottimizzare l'utilizzo delle risorse.

Gestisci Kubernetes con Nutanix

Kubernetes presenta una serie di vantaggi che vanno dalla semplificazione e automazione dell'orchestrazione e della gestione dei container alla possibilità di beneficiare di scalabilità flessibile, oltre a poter contare su una community open source particolarmente attiva. La piattaforma svolge un ruolo cruciale nelle strategie cloud native e si adatta a modelli IT ibridi e multicloud: per questo è una scelta strategica per le organizzazioni che vogliono accelerare lo sviluppo, distribuire facilmente le applicazioni e ottimizzare l'operatività di applicazioni e servizi.

Nutanix contribuisce a semplificare ulteriormente il funzionamento e la gestione di Kubernetes grazie Nutanix Kubernetes Platform (NKP). NKP consente infatti di:

• Implementare e configurare cluster Kubernetes pronti per la produzione in pochi minuti, anziché impiegare giorni o settimane;

• Integrare facilmente lo storage, il monitoraggio, il logging e gli avvisi di Kubernetes per uno stack cloud native completo;

• Fornire un'esperienza utente nativa di Kubernetes con API aperte.