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Tout savoir sur Clusters Kubernetes

Avec l’essor des micro services et des architectures cloud-native, Kubernetes est devenu l’outil incontournable pour déployer, gérer et orchestrer des conteneurs à grande échelle. Un cluster Kubernetes est un élément clé dans la transformation numérique des organisations. Il simplifie la gestion des infrastructures complexes tout en assurant une haute disponibilité et une scalabilité dynamique.

 

Qu’est-ce qu’un cluster Kubernetes ?

La plateforme open source Kubernetes, abrégé K8s, permet d’automatiser le déploiement, la mise à l’échelle et la gestion des applications conteneurisées. Un cluster Kubernetes est un ensemble de machines virtuelles ou physiques fonctionnant ensemble pour orchestrer l’exécution de conteneurs.

Constituée d’un nœud maître et de plusieurs nœuds de travail, son infrastructure robuste et évolutive permet d’exécuter des applications conteneurisées de manière fiable et performante. La distribution commerciale de Kubernetes est proposée par Red Hat OpenShift, et offre des fonctionnalités de sécurité et de gestion d’entreprise avancées.

 

Quelles sont les principales composantes d’un cluster Kubernetes ?

L’architecture d’un cluster Kubernetes est construite autour de plusieurs composants clés fonctionnant en synergie pour assurer le bon fonctionnement du système, notamment le Master Node et les Worker Nodes.

Le nœud maître, ou Master Node

Le Master Node est le cerveau du cluster Kubernetes. Il est responsable de la gestion et de la coordination de toutes les activités du cluster. Le Master Node se compose de plusieurs sous-composants critiques.

  • L’API Server est le point d’entrée pour toutes les commandes administratives et expose l’API Kubernetes. C’est ce dernier qui permet aux utilisateurs et aux composants internes de communiquer avec le cluster.
  • L’etcd est une base de données clé-valeur distribuée, un élément essentiel pour le fonctionnement cohérent et fiable du cluster. Elle stocke toutes les données de configuration et l’état du cluster.
  • Le Kube-controller-manager exécute les contrôleurs régulant l’état du cluster. Ces contrôleurs sont responsables de tâches comme la gestion des réplications, des nœuds, et des endpoints.
  • Le Kube-Scheduler assigne des pods aux nœuds de travail pour garantir une répartition optimale des ressources du cluster.

 

Les nœuds de travail, ou Worker Nodes

Les nœuds de travail exécutent les applications conteneurisées et hébergent les pods. Chaque nœud contient plusieurs composants essentiels.

Le Kubelet

Le Kubelet est un agent qui s’exécute sur chaque nœud de travail. Il communique avec le nœud maître et garantit que les conteneurs sont bien en cours d’exécution. Il observe les spécifications des pods et s’assure du fonctionnement et de l’état des conteneurs.

Le Kube-proxy

Ce composant de mise en réseau gère les règles de réseau sur chaque nœud et facilite la communication réseau entre les services du cluster. Le Kube-proxy s’appuie sur les règles de service définies, pour assurer la distribution du trafic aux pods.

Les autres composants importants

En plus des composants maîtres et des nœuds de travail, Kubernetes comprend plusieurs autres éléments clés. Par exemple, un Pod est la plus petite unité déployable dans Kubernetes. Il peut contenir un ou plusieurs conteneurs partageant les mêmes ressources réseau et stockage. Le pod est éphémère, car il est destiné à être remplacé plutôt que réparé.

Les services sont un ensemble logique de pods et sa politique d’accès. Ils définissent comment accéder aux applications exécutées sur les pods de manière stable, indépendamment du cycle de vie individuel d’un pod. Les ConfigMaps permettent quant à eux de décorréler la configuration des applications des images conteneur. Du côté de la sécurité, les secrets stockent et gèrent des informations sensibles, comme les mots de passe et les clés de chiffrement.

Pour partitionner un cluster Kubernetes en plusieurs environnements virtuels, on utilise des namespaces. Ils permettent de faciliter la gestion des ressources et des permissions à grande échelle. L’Ingress est un objet Kubernetes qui gère l’accès externe aux services dans un cluster, généralement via HTTP/HTTPS. Il permet de définir des règles de routage pour diriger le trafic vers les services appropriés.

 

Quels sont les prérequis pour installer un cluster Kubernetes ?

L’installation d’un cluster Kubernetes nécessite un environnement informatique de base incluant :

  • des machines virtuelles ou physiques avec suffisamment de ressources (CPU, RAM, stockage), qui vont héberger le Master Node et les Workers Nodes ;
  • un réseau fiable pour permettre une communication efficace entre les nœuds ;
  • un système d’exploitation compatible, sachant que Linux est le plus couramment utilisé pour les clusters Kubernetes, ainsi qu’un Container Runtime comme Docker ou Containerd ;
  • des outils de commande comme kubectl, pour interagir avec le cluster Kubernetes, ou kubeadm pour configurer les nœuds et initialiser le cluster.

 

Il est également primordial de disposer de compétences en réseau et en administration système. Configurer et gérer l’infrastructure du cluster requiert en effet de solides connaissances.

 

Comment gérer et maintenir un cluster Kubernetes ?

Pour garantir le bon fonctionnement, la sécurité et la performance des applications conteneurisées, il est essentiel de mettre en place des processus de gestion et de maintenance de vos clusters Kubernetes.

La mise à jour de clusters

Votre cluster doit impérativement utiliser la dernière version stable de Kubernetes afin de bénéficier des fonctionnalités récentes et des correctifs de sécurité. Vous devez également maintenir à jour les composants essentiels comme etcd, kubelet, kube-proxy et le Container Runtime.

En utilisant des techniques de rolling updates, vous pourrez minimiser les interruptions lors de la mise à jour des composants du cluster. Il est recommandé de tester les mises à jour dans un environnement dédié avant déploiement en production. N’hésitez pas à effectuer des sauvegardes régulières des données et de la configuration du cluster, afin de faciliter la reprise en cas de panne. 

La surveillance de l’état du cluster

Des outils de surveillance comme Prometheus ou Grafana permettent de collecter des métriques sur l’état du cluster. Vous avez ainsi une visibilité sur l’utilisation des ressources CPU, la mémoire, le réseau, la latence et les erreurs. Vous pouvez alors visualiser ces métriques sur votre dashboard et configurer des alertes de manière à être notifié en cas d’anomalie.

Utilisez un outil de gestion adapté et performant

Il existe des outils facilitant la gestion et la maintenance des clusters Kubernete, en simplifiant les tâches complexes comme : 

  • Amazon Elastic Kubernetes Service, ou EKS, est un service géré de AWS pour provisionner, gérer et exécuter vos clusters Kubernetes sur le cloud AWS ;
  • Azure Kubernetes Service (AKS) de Microsoft s’intègre avec Azure CLI et Azure Portal ;
  • Red Hat OpenShift est une application basée sur Kubernetes qui offre des outils supplémentaires, un support commercial et des certifications.

 

Comment déployer vos applications dans un cluster Kubernetes ?

Le déploiement d’une application dans un cluster Kubernetes implique plusieurs étapes, à commencer par la création du fichier de configuration. Celui-ci prend généralement la forme d’un fichier manifeste rédigé en YAML ou JSON. Ce type de fichier doit inclure des informations sur l’image conteneur, le nombre de répliques de pods à exécuter, le port à exposer et les ressources à allouer.

L’outil en ligne de commande kubectl va ensuite vous permettre de créer ou mettre à jour les ressources Kubernetes au sein de votre cluster. 

kubectl apply -f deployment.yaml

kubectl apply -f service.yaml

kubectl apply -f ingress.yaml

#vérifiez le déploiement

kubectl get deployments

kubectl get pods

#vérifiez la mise en route du service et obtenez l’adresse IP

kubectl get services

#vérifiez l’ingress

kubectl get ingress

#ajustez le nombre de réplicas

kubectl scale deployment nginx-deployment –replicas=5

#mettez à jour l’image de conteneur

kubectl set image deployment/nginx-deployment nginx=nginx:1.19.0

Vous pouvez également opter pour un processus de configuration simplifié avec kubeadm, qui vous permet de démarrer un cluster Kubernetes minimum, viable et conforme aux meilleures pratiques. Ou vous pouvez démarrer avec Minikube. Cette implémentation légère va créer une machine virtuelle sur votre machine locale et gérer le déploiement d’un cluster simple contenant un nœud unique.

 

Quels sont les cas d’usage ?

La plateforme d’orchestration de conteneurs offre une multitude d’applications dans divers secteurs. Elle est particulièrement adaptée aux micro services. Dans ce type d’architecture, une application est divisée en plusieurs petits services indépendants, exécutant chacun une fonction spécifique. 

Souvent utilisée pour automatiser les pipelines de Continuous Integration/Continuous Deployment (CI/CD), la plateforme permet de tester et de déployer les applications de manière continue. Elle a la capacité d’orchestrer des tâches de traitement par lots, ou batch processing ainsi que des charges de travail Big Data, comme le traitement de données massives ou l’analyse de données.

Elle offre une infrastructure flexible pour le développement et le déploiement de modèles d’Intelligence Artificielle et de machine learning. On utilise également la plateforme container dans le domaine du Edge Computing, qui nécessite que les applications soient déployées en périphérie du réseau, au plus près des utilisateurs finaux, afin de réduire la latence.

 

Quels sont les défis courants rencontrés lors de l’utilisation des clusters Kubernetes ?

Kubernetes est une plateforme puissante, mais complexe, et sa courbe d’apprentissage peut être particulièrement raide, ralentissant son adoption. D’autant plus que de nombreuses tâches manuelles sont nécessaires pour la configuration, la maintenance et le débogage du cluster. 

Les politiques de sécurité et les listes de contrôle statiques étant inadaptées à cet environnement dynamique, il est impératif de renforcer la sécurité du pipeline de conteneur. Les développeurs doivent se montrer prudents et contrôler les accès, les politiques de réseau et les configurations pour minimiser les risques d’attaques et préserver la confidentialité des données sensibles.

Maîtriser les clusters Kubernetes est essentiel pour tirer pleinement parti des avantages de la conteneurisation et des architectures cloud-native. Et pour rester compétitif sur le marché du travail, il est crucial de rester à jour sur les évolutions rapides de cet outil et d’adapter continuellement ses compétences aux nouvelles fonctionnalités.