Ces dernières années, les conteneurs se sont imposés comme le moyen privilégié de déployer et de gérer des applications dans un système distribué abstraitement virtualisé. Selon Gartner, plus de 75 % des entreprises du monde entier exécuteront des applications conteneurisées en production d’ici 2022. Par conséquent, les revenus mondiaux liés à la gestion des conteneurs devraient passer de 465,8 millions de dollars US en 2020 à 944 millions de dollars US en 2024.
Les conteneurs sont des paquets logiciels légers et portables qui permettent aux entreprises de faire évoluer et de déployer plus rapidement leurs applications. Cependant, si les conteneurs offrent davantage d’agilité, une livraison plus rapide et une efficacité accrue, il est difficile de suivre des centaines, voire des milliers de conteneurs fonctionnant simultanément au sein d’une entreprise. D’où la nécessité d’une solution d’orchestration de conteneurs capable de gérer ces problématiques à grande échelle.
Voici Kubernetes !
Kubernetes, également appelé K8s, est un système open source d’orchestration de conteneurs qui automatise la gestion et le déploiement des conteneurs dans un environnement distribué. Le déploiement manuel est fastidieux et sujet aux erreurs. En automatisant le processus de déploiement, on améliore la productivité, on réduit les temps d’attente et les entreprises lancent leurs produits beaucoup plus rapidement.
Conçu à l’origine par Google, aujourd’hui, Kubernetes est géré par la Cloud Native Computing Foundation (CNCF)— une fondation dédiée aux logiciels qui vise à rendre l’informatique cloud native accessible à tous grâce à ses projets open source. Grâce aux contributions d’une riche communauté de développeurs, Kubernetes est devenu un outil puissant d’orchestration de conteneurs.
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Qu’est-ce qui rend Kubernetes spécial ?
Kubernetes résout efficacement bon nombre de problèmes liés aux méthodes de déploiement des applications. Voici ce qui rend Kubernetes spécial.
- Kubernetes est de nature déclarative : vous pouvez déclarer l’état souhaité de vos applications et laisser Kubernetes faire correspondre l’état réel à l’état souhaité.
- Kubernetes est un système autoréparateur. Il surveille en permanence votre système afin de garantir qu’il reste à l’abri des défaillances.
- Kubernetes peut faire évoluer automatiquement les applications pour s’adapter aux charges de travail supplémentaires.
- Kubernetes rationalise et simplifie le processus de déploiement.
« Kubernetes est allé au-delà d’un simple service d’orchestration pour devenir le système d’exploitation cloud natif d’aujourd’hui », explique Dotan Horovits, évangéliste produit chez Logz.io. « Dans notre organisation, Kubernetes nous permet d’exécuter virtuellement les charges de travail critiques de notre application SaaS. L’un des avantages de Kubernetes est qu’il facilite l’exploitation uniforme dans un environnement multicloud et la gestion d’une architecture multitenant. »
Fonctionnement de Kubernetes
Kubernetes repose sur une architecture maître-esclave dans laquelle le nœud maître contrôle les nœuds workers.
Les nœuds maîtres gèrent les points de terminaison de l’API et contrôlent tout ce qui se passe au sein du cluster. Vous pouvez communiquer avec le nœud maître via la CLI ou l’API. Le nœud maître comporte quatre composants :
- Serveur d’API Kube est l’interface du plan de contrôle et effectue toutes les tâches administratives.
- Kube Scheduler sélectionne les nœuds sur lesquels exécuter les pods.
- Stockage Etcd est un magasin clé-valeur qui stocke les informations critiques.
- Contrôleur Kube maintient l’état souhaité.
Nœuds workers exécutent les applications sur instruction du nœud maître. Les composants des nœuds workers sont les suivants :
- Kubelet est l’agent principal des nœuds, exécuté sur chaque nœud worker.
- Kube-proxy est un proxy réseau exécuté sur chaque nœud worker.
- Environnement d’exécution des conteneurs est un logiciel qui gère les images de conteneurs.
Les autres composants importants de Kubernetes sont les suivants :
- Les pods sont un ensemble de conteneurs et constituent le plus petit objet déployable dans Kubernetes. Ils sont décrits dans un manifeste de pod qui définit l’état souhaité d’un objet.
- Un cluster est un ensemble de nœuds qui exécutent des applications conteneurisées au sein de pods. Chaque cluster doit comporter au moins un nœud.
- Le déploiement gère automatiquement vos pods et veille à ce que le nombre requis de réplicas soit toujours en cours d’exécution. Une fois l’état souhaité défini, le contrôleur de déploiement contribue à le maintenir.
- Volumes persistants. Les conteneurs sont par nature éphémères. Pour garantir que les données persistent au-delà du cycle de vie du conteneur, Kubernetes utilise des volumes persistants — un type de volume dont le cycle de vie est indépendant de tout pod donné.
- Service est un canal de communication qui fournit un accès réseau aux pods.
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Avantages de Kubernetes
Standardisation. Comme le note Sławek Górawski, développeur blockchain chez ULAM LABS : « L’un des principaux atouts de Kubernetes est la standardisation : son utilisation dans la plupart de nos projets nous permet de les configurer de manière similaire et prévisible. Une personne qui connaît K8s dans le cadre d’un projet peut passer à un autre, exécuter quelques commandes et obtenir en quelques secondes une bonne vue d’ensemble de l’emplacement de chaque élément. Tout se trouve là où l’on s’attend à le trouver, qu’il s’agisse des déploiements, du routage ou des certificats TLS. »
Flexibilité. Kubernetes est extrêmement flexible et peut être déployé dans différents environnements et infrastructures. Il peut ainsi être déployé sur site, dans un cloud privé ou dans un cloud public. En outre, Kubernetes peut prendre en charge des clusters allant d’un seul nœud à 5000 nœuds.
Aucun temps d’arrêt. Kubernetes adopte la stratégie des mises à jour progressives, une méthode qui garantit que votre application n’est jamais indisponible pendant les mises à jour. Dans le cadre de cette stratégie, les pods de la nouvelle version remplacent progressivement les anciens, ce qui garantit une absence totale de temps d’arrêt. En cas de problème, le déploiement est interrompu sans mettre hors service l’ensemble du cluster.
Mise à l’échelle rapide. La mise à l’échelle dynamique est l’une des principales fonctionnalités de Kubernetes. Elle est possible dans une configuration déclarative : il suffit d’indiquer le nombre dans le fichier de configuration et de déclarer l’état souhaité. Kubernetes s’occupe ensuite du reste.
En réalité, Kubernetes propose trois fonctionnalités de mise à l’échelle automatique : Horizontal Pod Autoscaler (HPA), Vertical Pod Autoscaler (VPA) et Cluster Autoscaler. Alors que le HPA augmente ou diminue le nombre de pods en fonction de l’évolution des charges de travail, le VPA ajuste les ressources mémoire et le processeur pour une utilisation optimale. De son côté, Cluster Autoscaler ajuste la taille d’un cluster Kubernetes en ajoutant ou en supprimant des nœuds.
Inconvénients de Kubernetes
S’il ne fait aucun doute que Kubernetes offre une multitude de fonctionnalités, son adoption comporte certains écueils.
« Les inconvénients de Kubernetes résident dans son déploiement initial. Kubernetes prend du temps à être déployé sur n’importe quel système, et sa flexibilité rend son apprentissage à partir de zéro difficile », explique David Johnson, directeur technique de Mulytic Labs. « Si une entreprise adopte pour la première fois une solution d’orchestration cloud et fait appel à son équipe interne pour le déploiement, elle devra relever un défi de taille. Il n’est pas conseillé de commencer à déployer Kubernetes avec des personnes totalement novices en orchestration cloud. En outre, Kubernetes peut être disproportionné pour les petites entreprises si la flexibilité qu’il offre n’est pas importante. »
Les organisations sont également confrontées à plusieurs difficultés lors de la mise en œuvre de Kubernetes.
Robert Boyd CTO, Guide-Rails.io décrit ces obstacles comme suit :
- Manque de visibilité et de surveillance des ressources au sein du cluster
- Prévention des failles dues à des erreurs de configuration
- Veiller à ce que la chaîne d’approvisionnement logicielle inspecte et signale la sécurité des conteneurs, de la configuration et des applications avant tout déploiement
- Sécurité à l’exécution – mise en œuvre d’un modèle zero trust
« Les entreprises qui migrent vers Kubernetes constatent que les pare-feu et mesures de sécurité existants ne suffisent pas à leurs nouveaux environnements conteneurisés », observe Glen Kosaka, responsable de la sécurité des produits chez SUSE. « En outre, Kubernetes ainsi que les autres orchestrateurs et outils de conteneurs présentent eux-mêmes des surfaces d’attaque vulnérables (et de plus en plus ciblées). Pour se défendre contre ces menaces, il faut mettre en place des mesures de sécurité rigoureuses sur l’ensemble du cycle de vie des applications. Cela implique de commencer dès le tout début du développement, de poursuivre avec les tests, puis d’aller jusqu’au déploiement, stade auquel les applications sont les plus vulnérables. »
Rendre Kubernetes indispensable
Malgré la courbe d’apprentissage abrupte que cela implique, l’adoption de Kubernetes en vaut largement la peine. Les conteneurs sont devenus un besoin incontournable des entreprises modernes, et seule une connaissance suffisante de Kubernetes vous permettra de gérer efficacement tous les aspects du cycle de vie des applications.
« Si je devais donner un seul conseil à une organisation qui commence son parcours avec Kubernetes, ce serait de ne pas se perdre dans des analyses sans fin ; l’un des grands avantages de Kubernetes est qu’il est infiniment reconfigurable, alors commencez par quelque chose de modeste et construisez progressivement dessus », conseille Mitchell Smith, ingénieur DevOps principal chez Relevance AI. « Mettre sa première application en production sur Kubernetes est le plus grand défi ; à partir de là, les choses deviennent nettement plus faciles. »
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