Понимание основного различия между подами и узлами Kubernetes

Kubernetes — это отраслевой стандарт для автоматизации развертывания, масштабирования и управления контейнеризированными приложениями. В основе любой архитектуры кластера Kubernetes лежат две фундаментальные, но часто путаемые концепции: Под (Pod) и Узел (Node). Понимание различий между этими компонентами имеет решающее значение для эффективного проектирования кластера, устранения неполадок и оптимизации.

В этой статье мы четко разграничим архитектурные роли подов и узлов, изучив, что представляет собой каждый из них, как они связаны друг с другом и как они взаимодействуют, чтобы обеспечить надежную и эффективную работу ваших приложений в среде кластера.

Обзор архитектуры кластера Kubernetes

Кластер Kubernetes состоит из набора машин (физических или виртуальных), работающих совместно. Эти машины широко категоризируются на Control Plane (мозг, управляющий состоянием кластера) и Worker Nodes (рабочие узлы — сила, выполняющая фактические рабочие нагрузки). Под и Узел взаимодействуют в рамках этой структуры.

Узел (Node): Физическая или виртуальная машина, предоставляющая вычислительные ресурсы.
Под (Pod): Наименьшая развертываемая единица, в которой размещается один или несколько контейнеров.

Понимание этой иерархии — где узлы размещают поды, а поды — контейнеры — является отправной точкой для освоения Kubernetes.

Узел Kubernetes: Основа вычислительной мощности

Узел Kubernetes (иногда называемый рабочей машиной) — это машина, которая предоставляет необходимые вычислительные ресурсы — ЦП, ОЗУ и сеть — для запуска ваших приложений. В кластере должен быть как минимум один узел, хотя в производственных средах обычно используется множество узлов для резервирования и масштабируемости.

Ключевые обязанности узла

Каждый узел запускает важные компоненты, которые позволяют ему общаться с Control Plane и размещать рабочие нагрузки приложений:

Kubelet: Агент, работающий на каждом узле и отвечающий за связь с Control Plane. Он гарантирует, что контейнеры, описанные в PodSpecs, запущены и исправны на его узле.
Container Runtime: Программное обеспечение, отвечающее за загрузку образов и запуск контейнеров (например, Docker, containerd, CRI-O).
Kube-proxy: Поддерживает сетевые правила на узле, обеспечивая связь с подами и из них, как внутри кластера, так и снаружи.

Практический пример: представление узла

Когда вы просматриваете узлы в своем кластере, вы видите базовую инфраструктуру, которую использует Kubernetes:

kubectl get nodes

NAME           STATUS   ROLES    AGE     VERSION
worker-node-01 Ready    <none>   2d1h    v1.27.4
worker-node-02 Ready    <none>   2d1h    v1.27.4

Ключевой вывод: Узел — это аппаратный/виртуальный уровень, на котором происходит выполнение.

Под Kubernetes: Наименьшая развертываемая единица

Под — это атомарная единица развертывания в Kubernetes. Это не сам контейнер, а скорее оболочка вокруг одного или нескольких контейнеров, которые гарантированно размещаются совместно на одном узле и используют общие ресурсы.

Зачем нужны поды вместо прямых контейнеров?

Kubernetes управляет подами, а не отдельными контейнерами, по нескольким критически важным причинам:

Общий контекст: Все контейнеры в одном поде разделяют одно сетевое пространство имен (IP-адрес и диапазон портов) и могут легко общаться через localhost.
Общее хранилище: Контейнеры в одном поде могут получить доступ к одним и тем же смонтированным томам хранилища.
Управление жизненным циклом: Kubernetes рассматривает под как единую сущность. Если какой-либо контейнер в поде выходит из строя, Kubernetes обрабатывает перезапуск или пересоздание всей структуры пода.

Анатомия пода

Чаще всего под содержит один основной контейнер приложения. Однако они часто используются для шаблона «Sidecar» (попутчик), когда вторичный контейнер помогает основному (например, агент ведения журналов, прокси сервис-меша).

Пример определения пода (упрощенный YAML)

Следующий YAML определяет под, оборачивающий один контейнер Nginx:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
spec:
  containers:
  - name: nginx-container
    image: nginx:latest
    ports:
    - containerPort: 80

Ключевой вывод: Под — это логический хост для ваших контейнеров приложений, и это единица, которая планируется на узел.

Основное взаимоотношение: Планирование и размещение

Фундаментальное взаимодействие между подами и узлами управляется планировщиком Kubernetes (Kubernetes Scheduler), который находится в Control Plane.

Как поды попадают на узлы

Создание пода: Пользователь отправляет YAML-определение пода (или объект более высокого уровня, такой как Deployment, который создает поды) в API-сервер.
Решение о планировании: Планировщик определяет лучший доступный узел для запуска этого пода на основе запрошенных ресурсов, ограничений и доступной мощности.
Привязка: Как только узел выбран, под привязывается к этому конкретному узлу.
Выполнение: Kubelet на назначенном узле замечает новое назначение пода, загружает необходимые образы и запускает контейнеры.

Критически важный момент: Как только под запланирован на узел, он остается на этом узле до тех пор, пока не будет завершен, окончательно не завершится с ошибкой или узел не выйдет из строя. Kubernetes обычно не перемещает запущенные поды между узлами.

Функция	Узел Kubernetes	Под Kubernetes
Роль	Предоставляет физические/виртуальные вычислительные ресурсы.	Запускает один или несколько контейнеров приложений.
Область действия	Уровень инфраструктуры кластера.	Уровень рабочей нагрузки приложения.
Единица планирования	Получает поды от Планировщика.	Единица, которая планируется на узел.
Компоненты	Kubelet, Container Runtime, Kube-proxy.	Контейнеры приложений, общие тома, общий IP.
Количество	Обычно от нескольких до многих на кластер.	Может быть сотни или тысячи, в зависимости от рабочей нагрузки.

Лучшие практики и инсайты по устранению неполадок

Понимание этой архитектуры помогает в практическом управлении кластером:

Управление ресурсами

Запросы/ограничения ресурсов: Всегда определяйте requests (запросы) и limits (ограничения) ресурсов в спецификациях ваших подов. Это позволяет Планировщику точно сопоставлять поды с узлами, имеющими достаточную мощность, предотвращая конкуренцию за ресурсы.
Давление на узел: Если узел перегружен (не хватает дискового пространства или памяти), Kubelet сообщает об этом состоянии. Kubernetes может затем выселить поды с этого узла для поддержания стабильности.

Высокая доступность (HA)

Резервирование: Для достижения высокой доступности вы должны запускать несколько копий (реплик) ваших подов, управляемых Deployments или StatefulSets. Планировщик попытается разместить эти реплики на различных узлах, чтобы отказ одного узла не привел к остановке всего приложения.

Устранение неполадок

Когда приложение не запускается:

Проверьте статус пода: Используйте kubectl describe pod <pod-name>. Посмотрите раздел «Events» (События), чтобы увидеть, на каком узле был запланирован под.
Проверьте статус узла: Если под застрял в состоянии Pending (Ожидание), проблема обычно связана с планированием (например, ни один узел не соответствует требуемым ограничениям). Если под запущен, но завершается с ошибкой, проверьте журналы Kubelet на конкретном узле, на котором он оказался.

Заключение

Узел Kubernetes — это физическая или виртуальная машина, предоставляющая среду выполнения и ресурсы, управляемая Kubelet. Под — это абстрактная, логическая оболочка, которая определяет, какой код выполняется и как этот код упакован (вместе с общим хранилищем и сетью) для выполнения. Поды планируются на узлы, образуя необходимое сочетание для выполнения, которое обеспечивает оркестрацию контейнеров в Kubernetes.