Khám phá những lợi ích của việc sử dụng giải pháp điều phối container mã nguồn mở để quản lý kiến trúc Microservices.

Kubernetes, còn được gọi là K8s, là một nền tảng điều phối container mã nguồn mở được thiết kế để lên lịch, tự động hóa và mở rộng quy mô các ứng dụng được chứa trong container (microservices) một cách hiệu quả. Với sự tập trung vào tối ưu hóa, Kubernetes đơn giản hóa các nhiệm vụ triển khai, quản lý và mở rộng thủ công, đồng thời giảm thiểu công việc cho các nhà phát triển phần mềm và tự động hóa các quy trình DevOps đa dạng.

Vậy điểm mấu chốt trong thành công đáng kinh ngạc của nền tảng này là gì? Dịch vụ Kubernetes đóng một vai trò quan trọng bằng cách cung cấp khả năng cân bằng tải và đơn giản hóa việc quản lý container trên nhiều máy chủ. Những dịch vụ này cho phép các doanh nghiệp đạt được khả năng mở rộng, tính linh hoạt, tính di động và năng suất tốt hơn cho các ứng dụng của họ.

Thực tế, Kubernetes đã có sự tăng trưởng chưa từng có và trở thành dự án phát triển nhanh nhất trong lĩnh vực phần mềm mã nguồn mở, theo bước chân của Linux. Theo một nghiên cứu được tiến hành bởi Cloud Native Computing Foundation (CNCF) vào năm 2021, số lượng kỹ sư Kubernetes đã tăng lên 67% - đạt 3,9 triệu người từ năm 2020 đến năm 2021. Điều này tương đương với 31% tổng số nhà phát triển Backend, đánh dấu một sự tăng 4 điểm phần trăm trong vòng một năm.

Việc các nhóm DevOps ứng dụng Kubernetes ngày càng nhiều cho thấy rằng các doanh nghiệp sẽ có một quá trình học tập dễ dàng hơn khi bước vào lĩnh vực quản lý container. Tuy nhiên, những lợi thế không chỉ dừng lại ở đó. Hãy tìm hiểu sâu hơn về lý do tại sao các công ty chọn Kubernetes để quản lý các loại ứng dụng khác nhau.

Dưới đây là một số lợi ích chính mà việc sử dụng Kubernetes để quản lý kiến trúc microservices mang lại.

1. Tiết kiệm chi phí thông qua quản lý container

Các công ty, bao gồm cả các doanh nghiệp nhỏ khởi nghiệp và các tập đoàn lớn, đều hưởng lợi từ việc tiết kiệm chi phí khi sử dụng dịch vụ Kubernetes để quản lý container. Kubernetes tự động hóa các quy trình thủ công và quản lý hệ sinh thái một cách hiệu quả, giúp giảm chi phí. Bằng cách tự động cung cấp và tối ưu hóa việc đặt container trong các node, Kubernetes đảm bảo tận dụng tài nguyên một cách tối ưu. Trong một số trường hợp, các nền tảng đám mây công cộng tính phí quản lý cho mỗi cluster, vì vậy chạy ít hơn số cluster sẽ giảm chi phí liên quan đến các máy chủ API và các thành phần dư thừa khác.

Khi các Kubernetes Clusters được cấu hình đúng cách, các ứng dụng sẽ giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và đạt hiệu suất cao. Điều này làm giảm sự phức tạp khi có sự cố xảy ra với node hoặc pod, mà không cần đến sự can thiệp thủ công. Quy trình làm việc được tối ưu hóa do tính chất quản lý container của Kubernetes giúp tăng hiệu suất và giảm nhu cầu thực hiện các nhiệm vụ lặp đi lặp lại, dẫn đến việc sử dụng ít máy chủ hơn và giảm sự phụ thuộc vào các quy trình quản lý không hiệu quả.

2. Nâng cao hiệu suất DevOps cho kiến trúc microservices

Kubernetes cung cấp hiệu suất DevOps tốt hơn bằng cách tích hợp mượt mà với bộ chứa và quyền truy cập vào các tài nguyên lưu trữ đa dạng từ các nhà cung cấp đám mây khác nhau. Điều này đơn giản hóa quá trình phát triển, thử nghiệm và triển khai. Việc tạo hình ảnh container, nơi chứa tất cả các thành phần cần thiết để thực thi ứng dụng, được chứng minh là đơn giản và hiệu quả hơn so với tạo máy chủ ảo (hay virtual marchine - VM). Do đó, chu kỳ phát triển được rút ngắn và thời gian triển khai được tối ưu hóa.

Tích hợp Kubernetes vào giai đoạn phát triển sẽ mang lại lợi ích đáng kể. Các nhà phát triển có thể kiểm tra mã ở giai đoạn đầu, từ đó giảm thiểu nguy cơ mắc phải những sai lầm tốn kém trong các giai đoạn sau. Ứng dụng dựa trên kiến trúc microservices được xây dựng từ các đơn vị chức năng mô-đun giao tiếp thông qua các API. Điều này cho phép đội ngũ phát triển làm việc theo các nhóm nhỏ hơn, mỗi nhóm tập trung vào các tính năng cụ thể, trong khi đội ngũ CNTT hoạt động với hiệu quả cao hơn. Sử dụng Namespaces cho phép tạo nhiều môi trường con ảo trong một Kubernetes Cluster vật lý duy nhất, từ đó việc kiểm soát quyền truy cập được cải thiện và tăng hiệu quả vận hành hơn nữa.

3. Triển khai dễ dàng các khối công việc trong môi trường đa đám mây (multi-cloud)

Trước đây, việc triển khai một ứng dụng liên quan đến việc cung cấp máy ảo và cấu hình máy chủ hệ thống tên miền (Domain Name System - DNS). Tuy nhiên, Kubernetes mang đến những lợi ích bổ sung, bao gồm khả năng triển khai các khối công việc trong một đám mây duy nhất hoặc phân phối chúng dễ dàng qua nhiều dịch vụ đám mây khác nhau. Kubernetes Clusters tạo điều kiện thuận lợi cho việc di chuyển nhanh chóng các ứng dụng được chứa trong bộ chứa từ cơ sở hạ tầng on-premises sang các mô hình kết hợp trên các cơ sở hạ tầng public cloud hoặc private cloud được cung cấp bởi các nhà cung cấp đám mây khác nhau. Điều này cho phép doanh nghiệp chuyển dịch hoạt động một cách liền mạch mà không mất đi bất kỳ chức năng hay giảm hiệu suất. Do đó, các tổ chức có thể di chuyển khối công việc của mình đến hệ thống đóng hoặc độc quyền mà không lo bị ràng buộc. Các nhà cung cấp dịch vụ đám mây nổi tiếng tại Việt Nam có thể kể đến như VNG Cloud, Viettel IDC, CMC Cloud và FPT Smart Cloud đều cung cấp khả năng tích hợp mượt mà với các ứng dụng dựa trên Kubernetes.

Có một số phương pháp để di chuyển các ứng dụng lên đám mây:

• Lift and shift: Đây là việc di chuyển một ứng dụng lên đám mây mà không cần thay đổi mã nguồn gốc của nó.
• Replatforming: Phương pháp này bao gồm các thay đổi tối thiểu vào ứng dụng để đảm bảo chức năng của nó trong môi trường mới.
• Refactoring: Phương pháp tương đối phức tạp hơn, yêu cầu viết lại cấu trúc và chức năng của ứng dụng để tối ưu hóa nó cho môi trường đám mây.

4. Tính di động nâng cao với việc giảm nguy cơ khóa nhà cung cấp

Sử dụng container cho việc triển khai ứng dụng mang lại một giải pháp thay thế nhẹ nhàng và linh hoạt hơn so với VM. Container chỉ chứa các tài nguyên cần thiết cho ứng dụng như mã nguồn, bản cài đặt và phần phụ thuộc, tận dụng các tính năng và tài nguyên của hệ điều hành (Operating System - OS). Kết quả là những container nhỏ gọn, nhanh chóng và dễ di chuyển. Trong một kịch bản truyền thống nơi bốn ứng dụng được lưu trữ trên bốn máy ảo riêng biệt, mỗi máy ảo thường yêu cầu một bản sao riêng của hệ điều hành (guest OS). Ngược lại, việc sử dụng container cho phép cả bốn ứng dụng cùng tồn tại trong một container duy nhất, chia sẻ một phiên bản thống nhất của hệ điều hành môi trường chạy container.

Sự linh hoạt của Kubernetes được thể hiện qua khả năng điều phối container trên nhiều cơ sở hạ tầng, bao gồm public cloud, private cloud và máy chủ on-premises, miễn là hệ điều hành máy chủ môi trường chạy container là Linux hoặc Windows. Hơn nữa, Kubernetes tích hợp liền mạch với hầu hết các container runtime, phần mềm chịu trách nhiệm chạy container. Khác với nhiều bộ điều phối bị ràng buộc chặt chẽ với runtime cụ thể hoặc các cơ sở hạ tầng đám mây, Kubernetes tránh được việc bị phụ thuộc vào một nhà cung cấp cụ thể. Điều này cho phép các doanh nghiệp tự do mở rộng quy mô mà không cần phải thay đổi toàn bộ kiến trúc cơ sở hạ tầng hiện có.

5. Triển khai tự động và khả năng mở rộng

Kubernetes vượt trội trong việc tự động hoá việc triển khai container trên nhiều node khác nhau, bất kể chúng được đặt trong đám mây công cộng, VM hoặc các máy chủ on-premises. Sự tự động hóa này cũng bao gồm khả năng mở rộng, cho phép các nhóm nhanh chóng điều chỉnh tài nguyên để đáp ứng với nhu cầu biến đổi. Với khả năng tự động thay đổi quy mô, Kubernetes có thể tự động tạo ra các container mới khi nhu cầu khối lượng công việc lớn hoặc tăng cao đột ngột. Kubernetes cũng có khả năng tự động co dãn dựa trên các yếu tố như CPU usage, ngưỡng bộ nhớ hoặc các số liệu tuỳ chỉnh, đảm bảo phân bổ tài nguyên tối ưu.

Khi nhu cầu giảm đi, Kubernetes sẽ tự động thu nhỏ tài nguyên để tránh lãng phí. Nền tảng này không chỉ hỗ trợ việc mở rộng quy mô tài nguyên hạ tầng lên và xuống theo nhu cầu mà còn đơn giản hóa việc mở rộng theo chiều ngang và chiều dọc. Hơn nữa, Kubernetes có khả năng khôi phục lại phiên bản trước của ứng dụng trong trường hợp xảy ra sự cố bất ngờ, cung cấp thêm một lớp an toàn và ổn định trong quá trình triển khai.

6. Đảm bảo tính ổn định và tính khả dụng của ứng dụng trong môi trường đám mây

Kubernetes đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của các ứng dụng trong container. Nó tận dụng các kỹ thuật cân bằng tải và sắp xếp khối lượng công việc tự động để phân phối hiệu quả khối lượng công việc và thay đổi quy mô sao cho phù hợp, đáp ứng nhu cầu tăng đột biến trong khi vẫn duy trì hệ thống hoạt động. Trong trường hợp một node trong cluster gặp sự cố, Kubernetes tự động phân phối lại công việc cho các node khác, duy trì tính sẵn có liên tục cho người dùng.

Ngoài ra, Kubernetes còn cung cấp khả năng tự phục hồi, tự động phát hiện và xử lý các sự cố xảy ra với container hoặc sự cố gián đoạn node. Nó bắt đầu thực hiện các hành động như khởi động lại container, lên lịch lại công việc hoặc thay thế để nhanh chóng khôi phục hoạt động bình thường. Hơn nữa, Kubernetes tạo điều kiện cho việc triển khai các bản cập nhật cho ứng dụng phần mềm, cho phép áp dụng các bản cập nhật luân phiên mà không gây gián đoạn hoặc mất dịch vụ. Ngay cả các ứng dụng có tính khả dụng cao cũng có thể triển khai trong Kubernetes trên một hoặc nhiều dịch vụ đám mây công cộng, đảm bảo thời gian hoạt động liên tục và duy trì tính sẵn có của dịch vụ.

Một ví dụ nổi bật về hiệu quả của Kubernetes là Amazon, công ty đã sử dụng Kubernetes để chuyển từ một kiến trúc monolithic sang một kiến trúc microservices, nâng cao khả năng mở rộng và sự bền vững của ứng dụng.

7. Ưu điểm mã nguồn mở của Kubernetes

Kubernetes là một dự án hướng đến cộng đồng và là một công cụ mã nguồn mở hoàn toàn, nó được công nhận là một trong những dự án phần mềm mã nguồn mở phát triển nhanh nhất cho đến nay. Tính chất mở này thúc đẩy một hệ sinh thái rộng lớn gồm các công cụ mã nguồn mở bổ sung được thiết kế đặc biệt để hoạt động trơn tru với Kubernetes. Sự cộng tác và hỗ trợ mạnh mẽ của cộng đồng Kubernetes đảm bảo sự đổi mới và cải tiến liên tục, bảo vệ các khoản đầu tư được thực hiện trong nền tảng và ngăn chặn sự ràng buộc công nghệ có thể nhanh chóng khiến các giải pháp trở nên lỗi thời.

Hơn nữa, Kubernetes được hỗ trợ rộng rãi và có tính di động trên các nhà cung cấp đám mây công cộng hàng đầu như VNG Cloud. Sự hỗ trợ rộng rãi đến từ các nhà lãnh đạo trong ngành giúp nâng cao tính linh hoạt và sự lựa chọn cho các tổ chức, cho phép họ tận dụng Kubernetes trên các môi trường đám mây khác nhau mà không bị ràng buộc.

Điều quan trọng là phải làm rõ một quan niệm sai lầm phổ biến rằng Kubernetes cạnh tranh trực tiếp với Docker. Trên thực tế, Docker hoạt động như một công cụ container hóa, trong khi Kubernetes hoạt động như một nền tảng điều phối container. Kubernetes thường được sử dụng để điều phối nhiều Docker Clusters, cho phép quản lý và điều phối hiệu quả các ứng dụng được chứa trong quy mô lớn.

Kubernetes và VNG Cloud

vContainer trong VNG Cloud là một dịch vụ dựa trên Kubernetes đảm bảo tính khả dụng và hiệu quả cao cho các doanh nghiệp bằng cách chạy tất cả các ứng dụng trong đám mây. Kubernetes quản lý các vServer clusters và chạy containers trên các clusters đó thông qua quy trình triển khai, bảo trì và mở rộng quy mô. Bằng cách sử dụng Kubernetes, doanh nghiệp có thể chạy bất kỳ loại ứng dụng nào có trong cùng một bộ công cụ on-premises và trên đám mây.

Các tính năng của vContainer:

• Quản lý cluster: Cho phép khách hàng tạo các cluster dựa trên yêu cầu kinh doanh: từ yêu cầu cơ bản đến yêu cầu nâng cao trên Cluster Container như Non_HA với 1 Master hoặc HA với 3 hoặc 5 Master nodes.
• Tích hợp với vVPC: Triển khai hoàn toàn trên VPC khởi tạo, dễ dàng tích hợp từ VPC đến các Pod.
• Tích hợp với vLB: Cung cấp dịch vụ cân bằng tải với tất cả các tính năng từ layer 4 đến layer 7, cho phép thêm worker mới hoặc xóa worker khỏi vLB.
• Tích hợp với Autoscale: Cho phép người dùng xác định số lượng tối thiểu và tối đa của các worker nodes, hệ thống sẽ tự động tăng/giảm số lượng node khi hệ thống cần mở rộng/thu nhỏ để vận hành.

Bằng cách khám phá những dịch vụ này, tổ chức có thể mở khoá tiềm năng của container hoá và tận dụng cơ sở hạ tầng mạnh mẽ của VNG Cloud để thúc đẩy sự đổi mới và hiệu quả trong việc phát triển ứng dụng và vận hành công nghệ thông tin.