קוברנטיס (Kubernetes) עומד להיות הענן-בתוך-הענן של רובנו

אני לא כותב כ״כ בבלוג על נושאים "חדשותיים", זו לא ההתמחות של הבלוג - אבל בפוסט הבא אני הולך להיות טיפה ספקולטיבי, על מגמה שנראית שהולכת להיות השלטת בשנים הקרובות, גם אם כרגע היא רק החלה.

מדוע אני כותב את הפוסט דווקא עכשיו? שום דבר לא קרה בשבוע האחרון. רק יצא יום כיפור (אין קשר), אמנם הכריזו על ליין חדש של אייפונס, ויש גם את ארכיטקטורת Turing החדשה של nvidia - אבל לא באמת היה השבוע משהו גדול ורועש בגזרת ה Containers ו/או Container Orchestration Framework (בקיצור עבור הפוסט: COF).
בכל זאת, לפני כשנה כתבתי פוסט שעסק ב COFs והשווה קצת בין מזוס, ECS, קוברנטיס, Swarm ו Nomad - ובאותה עת נראה היה שהתחרות בין כמה מה COFs שהוזכרו עדיין פתוחה.

כשאני מסתכל על ההתרחשויות של השנה האחרונה - נראה שהעניין נסגר. אם "קולות החיילים" לא יבצעו מהפך של הרגע האחרון - Kubernetes הוכרזה בחודשים האחרונים כ COF שתכתיב את הטון בעתיד הנראה לעין.

תזכורת קצרה:

• קוברנטיס (לעתים נכתב בקיצור K8s) היא פריימוורק ששוחרר כפרויקט קוד פתוח ע״י גוגל באמצע שנת 2014 לניהול Orchestrations של Containers. בסה"כ בת ארבע שנים.
• לגוגל היה ניסיון קודם בפרויקטים פנימיים דומים: הראשון בשם Borg והמחליף שלו - Omegaֿ, להרצת קונטיינרים. הם לא הריצו Docker או Rkt - אלא קונטיינרים פרי פיתוח מוקדם של גוגל. הניסיון הזה הוכיח את עצמו.
• קוברנטיס (בדומה ל COFs אחרים) מספקת יכולות Load Balancing, Discovery ו Auto-Scaling ובעצם מהווה סוג של ״מיני-ענן״ בו יחידת ה compute היא Container. האיום הזה לא נחבא מעיניהם של ספקי-הענן הגדולים, והם ניסו לפתח COFs מקבילים שישמרו את ה Lock-In לענן שלהם.
• אמזון יצאה עם ECS, ומייקרוסופט עם ACS (שתי החברות שאולי היה להן הכי הרבה להפסיד) - פתרון הרצת ו Orchestrations של Containers שתפור לענן שלהן. והן הטילו את כובד משקלן בכדי לשכנע שזו אלטרנטיבה ראויה (וטובה יותר) לקוברנטיס - אלטרנטיבה שרק צריכה עוד זמן להבשיל.
• השוק לא הגיב יפה להצעות הללו - ופנה ל manual installation של קוברנטיס על גבי EC2.
• מייקורוסופט הוציאה את AKS (קרי Azure Kubernetes Service) ואמזון את EKS (קרי Elastic Kubernetes Service) כ Kubernetes מנוהל. בהתחלה נראה היה ש EKS ו AKS הולכים להיות offering משני על מנת לשמר לקוחות ולא להישאר יותר מדי מאחור, אבל מהר מאוד התברר שהשירותים הללו תופסים את תשומת-לב הלקוחות, ומשם השתנו הדברים והם התחילו לקבל גם את מירב ההשקעה מצד ספקי הענן. ECS/ACS הופכים להיות פתרונות נישה, בעיקר עבור לקוחות שכבר נרתמו לחזון שהוצג ב 2015, והשקיעו בו, או אולי יצליחו לשלב אותם גם בעולם של קוברנטיס (עבור ה worker nodes - על זה בהמשך).
• גם פתרונות ענן כגון Pivotal Container Service ו Cloud Foundary - הגיעו למסקנה דומה, ופנו לכיוון קוברנטיס.
• אפילו החברה מאחורי Docker שניסתה להציג חזון משלה בדמות Swarm (לאחר שהבינה שב COFs יש פוטנציאל עסקי גדול יותר מתמיכה ב Docker בלבד) הכריזה לפני כשנה על תמיכה ״גם״ בקוברנטיס - מה שבפועל ״הוציא את העוקץ״ מ Swarm שמותג כ"פתרון הרשמי של דוקר".
• Mesosphere DC/OS - הגרסה המסחרית של Mesos, מציעה גם היא תמיכה בקוברנטיס.

בקיצור: מלחמת ה COFs הסתיימה. Long live Kubernetes!

חשוב לציין שלמרות שקוברנטיס הוא ה COF שהפך לברירת-המחדל, יש עדיין תהליכים שלא ברור כיצד יסתיימו:

• מייקרוסופט שחררה את ACI (קרי Azure Container Instances) ואמזון את AWS Fargate כשירותים בהם ניתן להריץ container on-demand ולשלם ע״פ השימוש הנקודתי. השירותים מזכירים מאוד את AWS Lambda או Azure functions כאשר הרזולוציה היא Container ולא פונקציה, על אף שמנסים לשווק אותם כ"תחליף ל EC2".
• השימוש העיקרי הוא בהפעלה של containers המבצעים batch של עבודה - ולא בהרכבה של containers מסוגים שונים המתקשרים זה עם זה. האלמנט של Orchestration לא ממש קיים בשירותים הללו.
• גם קוברנטיס תומכת בהפעלת containers באופן on-demand, מה שעשוי לרמז שהלקוחות העיקריים של ACI ו Fargate הם לקוחות שלא מריצים קובנרטיס או כאלו שיש להם Workload מאסיבי שאינם רוצים להפעיל על ה Kubernetes cluster הרגיל שלהם (למשל: משימות AI כבדות).
• קוברנטיס עצמה נפתחה לספקי הענן, למשל: החל מגרסה 1.9 קוברנטיס תומכת באופן טבעי ב AWS NLB (קרי Network Load Balancer). מיותר לציין שיש הרבה Kubernetes-plugins שמסייעים לבצע את החיבורים לעננים ספציפיים בצורה טבעית יותר.
• ישנה השקעה בהרצה של Kubernetes בכדי להפעיל VMs ולא רק Containers. המוטיבציה היא לשלב גם שרתים שאינם לינוקס (למשל Windows או אפליקציות Unikernel) ו/או בידוד גבוה יותר - בעיקר משיקולי אבטחה.
• קוברנטיס מאפשרת יכולות ניהול משאבים טובות ברמת התשתית, אבל ניהול של מאות מיקרו-שירותים הוא עדיין דבר קשה מאוד בקוברנטיס. יש פרויקטים (למשל: lstio הנתמך ע״י Lyft, IBM וגוגל) המנסים לספק שכבת ניהול ברמה יותר ״אפליקטיבית״ שתקל על ניהול שכזה. פרויקטים כאלו יכולים להשתלב עם קוברנטיס כ plug-in ו/או להחליף כמה מיכולות הליבה שלה (למשל: Service Discovery או Load Balancing).

Amazon EKS

Managed Kubernetes

כמה שאנו אוהבים לשמוע כמה אוטומטית ו״חכמה״ היא קוברנטיס בניהול ה Containers Cluster, הפעלה של קוברנטיס היא עדיין משימה מורכבת:

• יש שורה של בחירות שיש לבצע בהתקנה של קוברנטיס. האם אתם מעדיפים א או ב, ג או ד? דוגמה טובה היא תקשורת בין Containers: האם Kubenet (ברירת-המחדל) מספיק לכם? אולי אתם צריכים scale, ביצועים, ו/או יכולות שליטה מתקדמות יותר ברמת הרשת וכדאי להשתמש ב Weave? אולי בעצם ב Calico? ואם אתם בוחרים ב Calico - אתם מעדיפים אותו עם Flannel (כלומר: Canal) או בלעדיו?
• קוברנטיס מטפל בשורה של מקרי-קצה מורכבים להבנה, שללא ניסיון ניכר - קשה להבין אותם ולוודא שהם עובדים בצורה תקינה.
• High Availability - איך להבטיח ש pods ימשיכו לתפקד ככל האפשר. לדוגמה: האם ה masters הם באמת highly available? האם אתם יכולים ליצור master חדש עם קונפיגורציה שלמה בצורה אוטומטית?
• אבטחה - האם אתם מודעים כיצד להקשיח התקנה של קוברנטיס, ויש לכם את המנגנון להתקין עדכונים בכל השכבות?
• חיבור של קוברנטיס לספק הענן הספציפי היא עוד משוכה שיש לעבור. למשל: על EC2 לא תוכלו ליצור cluster גדול מ 50 nodes ללא החלפה של ה CNI Network plugin. כנראה שתרצו כמה מה nodes שירוצו על spots. כדאי מאוד להתחבר ל IAM בצורה נכונה, לקנפג את Route53 כך שה master ימצא את כל הרכיבים שלו ואם יש כמה clusters - הם יהיו זקוקים ל subdomains, וכו׳.

הפתרון הטבעי, בדומה מאוד לבחירה בספק ענן (ולא הפעלה של Data Center של החברה) - הוא שימוש ב Managed Kubernetes. זו הבחירה הטבעית עבור הרוב הגדול של משתמשי Kubernetes, במיוחד אלו שלא הולכים להריץ אלפי שרתים ב Cluster של קוברנטיס (ולכן סביר יותר שיהיה לכם את האינטרנס והמשאבים לעבוד עם קונפיגורציה מאוד ספציפית ("לא מקובלת") לצרכים שלכם).

יש כמה פתרונות מקובלים של Managed Kubernetes בימים אלו, חלקם בשלים יותר מהאחרים. מכיוון שקוברנטיס הוא טרנד חזק כרגע - אין ספק שספקי הענן עושים מאמצים אדירים על מנת לשפר את ה offering שלהם במהירות האפשרית:

• גוגל - בתור היוצרים של Kubernetes והמאמצים הראשונים שלו כשירות Managed בענן, אין הפתעה בכך ש GKE (להלן Google Kubernetes Engine) הוא המוצר הבשל ביותר.
• האינטגרציה הטובה ביותר, UI מלוטש לניהול, והפעלה מהירה של Cluster מאשר של המתחרות.
• הבעיה היחידה: רוב החברות (בכלל, אך בישראל בפרט) לא פועלות על הענן של גוגל, והם לא יעבירו אותן לשם בשביל "Managed Kubernetes טוב יותר". זה עשוי להשתנות בעתיד - אבל כרגע לא נראה שזה המצב.
• בניגוד ל BigQuery שהוא שירות שלקוח של AWS עשוי להשתמש בו על אף שהוא שוכן בענן אחר - קוברנטיס מריצה את לב המערכת שלנו. להשתמש בקוברנטיס בענן אחר, משמע להתחיל לעבור לענן אחר.
• אמזון מציעה את EKS, שהיה עד לא מזמן plan B - שהתממש. 
• EKS תנהל עבורכם את ה Control plane מבחינת scalability ו high-availability על גבי AZs שונים. לא תהיה לכם גישה ברמת Admin אליו (בדומה ל RDS), אבל אתם ממשיכים לעבוד עם kubectl כרגיל.
• לEKS יש אינטגרציה עם שירותי אמזון בראשם IAM, אבל גם ELB, VPC ו CloudTrail.
• את ה Worker nodes עדיין עליכם לנהל לבד - ויש עוד קונפיגורציה ועבודה שעליכם לעשות על גבי EKS. יש תוכניות לבצע אינטגרציה בין EKS ל ECS כך ש ECS ינהל את ה worker nodes. מכיוון שהוא לא נבנה מלכתחילה לצורת העבודה הזו - צריך לראות כמה טוב זה יעבוד. רעיון דומה מתוכנן לאינטגרציה בין EKS ל Fargate להרצה של Containers שהם task-oriented.
• לאחרונה שוחררה גרסאת eks.2 של EKS - ויהיו עוד רבות. כרגע ל EKS יש סיכוי טוב להיות פתרון ה Managed Kubernetes הפופולארי ביותר (גם אם לא בהכרח יהיה המתקדם ביותר).
• מייקורוספט מציעה על גבי Azure את שירות AKS המנוהל, שדומה ביכולות ל EKS.
• אולי בגלל קהילה קטנה יותר ופעילה פחות, AKS נראה כשירות קצת פחות פופולארי. אפשר לנחש שהלקוחות הקלאסיים של מייקרוסופט הם ברובם לא early adapters של טכנולוגיות חדשות.
• גם OpenShift ויבמ BlueMix - מציעות פתרונות Kubernetes שנחשבים מפותחים, אך הם מתאימים בפועל בעיקר למי שכבר פעיל על תשתיות הענן הללו.
• Stackpoint מציעה פתרון של managed control plane על ידה, כאשר את ה worker nodes תתקינו על ענן לבחירתכם. הפתרון אטרקטיבי בעיקר למי שמריץ את ה workload בענן שבו אין offering סביר של managed kubernetes.

השוואה שנעשתה בין שלושת פתרונות ה Managed Kubernetes הנפוצים. מקור

גם מי שמתקין קוברנטיס לבד (על הענן או On-Premises) לרוב לא עושה זה בדרך הארוכה והקשה.
kubernetes-the-hard-way הוא שם של מדריך פופולארי ונחשב להתקנת קוברנטיס מ scratch, שבעיקר משמש בכדי ללמוד את הפרטים השונים שקיימים בהתקנת קוברנטיס, ואת השיקולים שנלקחים בכזו התקנה.

בפועל, מי שמתקין קוברנטיס, יעשה זאת כמעט תמיד עם "installer" המיועד לכך:

• Kops הוא המקובל ביותר. הוא חלק מפרויקט קוברנטיס והיה במשך תקופה כלי להתקנת קוברנטיס על גבי AWS בלבד. הוא יודע לייצר קבצי Terraform, יודע לבנות תצורות high-availability (כמובן), ותומך ב-7 אפשרויות שונות ל CNI (כלומר: plugin לתקשורת פנימית. אחת הבחירות עם הווריאציות המגוונות יותר בהתקנת קוברנטיס).
• Kubespray (לשעבר Kargo), תת-פרויקט של קוברנטיס הוא כלי להתקנת קוברנטיס בהתבסס על Ansible, כלי ה configuration management שנחשב לפופולארי ולמתקדם - עד להופעת ה COFs שהולכים ומייתרים אותו. Kubespray נחשב יותר גמיש מ Kops ומציע מגוון רחב יותר של אפשרויות התקנה. יש לו גם תמיכה ספציפית ב AWS, Azure, Google Cloud, Digital Ocean ו Open Stack.
• TK8 הוא עוד כלי פופולרי, שהדגש שלו הוא עבודה צמודה עם Terraform והוא זוכה לכמה נקודות פופולריות בזכות זה שהוא כתוב ב Go (אזהרת באזז). TK8 כולל גם אפשרות התקנה של כמה אפליקציות פופולריות בהמשך ל Kubernetes Cluster כמו Zipkin+Jagger, Prometheus ועוד. 
• עוד שמות שאפשר לציין הם RKE (להתקנה של ה Cluster בלבד, לאחר שהכנתם את המכונות באופן מסוים), מודול שקיים ומתוחזק ב Puppet להתקנה של Kubernetes, או Kubeinformation שהוא כלי online שעוזר לייצר templates של קונפיגורציות ע"פ סט בחירות שתתנו לו. Kubeinformation עשוי להיות מקור מעניין להתרשם בזריזות מתהליך ההתקנה, אבל בעת כתיבת פוסט זה הוא עדיין לא תומך ב EKS (זו הפריט הבא ב roadmap שלו).

מכיוון שהתקנת קוברנטיס הפכה לעניין שדרש הרבה השלמות, פרויקט Kubernetes החל לחשוף את ה Kubernetes Cluster API שאמור להיות בעתיד הדרך הקלה והנפוצה ליצור ולקנפג Kubernetes Cluster. התוכנית היא שה Installers השונים יעברו דרכו, ותוך כדי כך יהפכו לפשוטים, אמינים, ו"סטנדרטיים" יותר (מנקודת המבט של קוברנטיס).

כלים להתקנת קוברנטיס יכלו בקלות להפוך לסוג של Distros כמו Linux Distros אך מכיוון שנראה היום שרוב העולם ילך לכיוון של managed Kubernetes - להם תישאר נישה קטנה יחסית, של משתמשים מתקדמים שרוצים לשלוט בהתקנת ה Kubernetes שלהם בעצם.

סיכום

העולם הטכנולוגי מתקדם בחזית רחבה לכיוון קוברנטיס (גם בצורה עיוורת לפעמים - סממן חזק להפיכתו ל"באזז"). קוברנטיס היא תשתית מרשימה, אבל גם לא-פשוטה לניהול. התסריט הסביר ביותר הוא שפתרונות של Managed Kubernetes ישמשו את רוב השחקנים בשוק, בעיקר הקטנים והבינוניים (תמיד יכולה להיות שחקנית שתדמה ל Netflix ע"ג AWS, כלומר: שתחליט להריץ גם מאות-אלפי worker nodes על גבי פתרון Managed).

Enterprises שרצים On-Premises, או מריצים ענן משלהם, או סתם חברות שמריצות Workload גדול במיוחד - כנראה ימשיכו לנהל את ה Kubernetes Cluster מא' עד ת' - אבל זו התמחות שהן יכולות להרשות לעצמן לפתח ולתחזק.

בעת כתיבת הפוסט, קוברנטיס הוא עדיין "דבר ממש מגניב", אבל עוד כמה שנים הוא עשוי להפוך לדבר מובן מאליו עבור רוב החברות, כמו "ריצה בענן". אתם מדמיינים את עצמכם מתרשמים ממקום עבודה רק מכיוון שהוא עובד בענן?

EKS נראה כרגע כאופציה בעלת נקודת הפתיחה הטובה ביותר להיות הפופולרית ביותר (פופולריות שנגזרת באופן ישיר מ AWS ומגוון השירותים הטובים שהיא מציעה) - אבל הכל עוד יכול לקרות. למשל: אם הקוברנטיס יהפוך לחשוב יותר משאר שירותי הענן - אזי ל GKE (קרי Google Kubernetes Engine) יש את היתרון הברור.


בגדול, עובדות בפניכם כרגע האפשרויות הבאות:

• להתקין קוברנטיס לבד - על בסיס Installers כמובן, ולא בדרך הקשה והארוכה. יש לפניכם השקעה משמעותית בלמידה והתמחות של Infrastructure חדש ונוסף.
• להשתמש בפתרון Managed Kubernetes, תוך שאתם משלמים "מחיר התבגרות" בשנה-שנתיים הבאות עד שהפתרון שבחרתם יתבגר.
• לדחות בשנה-שנתיים את אימוץ קוברנטיס עד שהוא יהיה קל מאוד לצריכה בצורה Managed.
• אם אתם לא יודעים לומר מה Kubernetes יתרום לכם ברגע זה - זו הבחירה הנבונה (אם כי לא הכי-מגניבה)
• להחליט שאתם בוחרים לא להשתמש בקוברנטיס כעיקרון, מה שיכול לזרוק אתכם לאחת משתי נקודות קיצון חברתיות בעולם התוכנה: "סופר מיושנים" או "סופר מגניבים וחתרניים".
• להחליט שאתם מתחילים עם קוברנטיס היום, לדבר על זה הרבה, להשקיע ב POCs ולמידה - אבל בעצם להתברבר עם זה עוד שנה-שנתיים עד שנקודה שבה אימוץ Kubernetes יהיה דבר קל - מה שבעצם שם אתכם עם ה Majority של התעשייה.

שיהיה בהצלחה!



---

לינקים רלוונטיים: 

השוואה בין GKE, EKS וAKS (מקור: Kubdex)