Kubernetes vs Docker: Những điểm khác biệt mà mọi nhà phát triển cần biết

Docker là gì?

Docker là một nền tảng mã nguồn mở cung cấp cách thức nhẹ, có tính di động để tạo, triển khai và quản lý container. Khác với máy ảo truyền thống, container Docker đóng gói mọi thứ — gồm mã ứng dụng, runtime, công cụ hệ thống và thư viện — cho phép ứng dụng chạy nhất quán trên các môi trường khác nhau.

Docker hoạt động như thế nào

Docker hoạt động bằng cách tạo ra các container, như đã đề cập, là các gói nhẹ bao trùm mọi thành phần cần thiết để chạy một ứng dụng.

Container được tạo từ Docker image, vốn đóng vai trò như bản thiết kế xác định những gì nằm trong mỗi container. Một Docker image có thể bao gồm hệ điều hành, các binary của ứng dụng và tệp cấu hình, giúp việc sao chép môi trường trở nên dễ dàng. 

Khi image đã được tạo, nhà phát triển có thể dùng Docker để chạy container dựa trên image đó. Một trong những điểm mạnh lớn nhất của Docker là tính đơn giản và nhất quán: bất kể container chạy ở đâu — trên máy cục bộ của nhà phát triển, trong trung tâm dữ liệu on-premises hay trên đám mây — hành vi vẫn như nhau. 

Tổng quan kiến trúc Docker. Nguồn ảnh: Tài liệu Docker

Ví dụ sau cung cấp cái nhìn tổng quan về cách triển khai Docker image. Hãy xem Dockerfile dưới đây:

# Use the official Python base image with version 3.9
FROM python:3.9
# Set the working directory within the container
WORKDIR /app
# Copy the requirements file to the container
COPY requirements.txt .
# Install the dependencies
RUN pip install -r requirements.txt
# Copy the application code to the container
COPY . .
# Set the command to run the application
CMD ["python", "app.py"]

Dockerfile là một script chứa chuỗi chỉ dẫn để Docker xây dựng image, sau đó có thể dùng để tạo container.

Sau khi tạo Dockerfile trong dự án, bước tiếp theo là build Docker image. Điều này được thực hiện bằng lệnh docker build, lệnh này đọc các chỉ dẫn trong Dockerfile để lắp ghép image. 

Ví dụ, chạy docker build -t my-app . trong terminal yêu cầu Docker build một image với thẻ my-app từ thư mục hiện tại (ký hiệu bởi .).

Trong quá trình build, Docker thực thi từng bước trong Dockerfile, như kéo image nền tảng, cài đặt phụ thuộc và sao chép mã ứng dụng vào image. Khi image được build xong, nó đóng vai trò như một mẫu có thể tái sử dụng để tạo nhiều container.

Sau khi image được build thành công, bạn có thể tạo và chạy container từ image đó bằng lệnh docker run. Chẳng hạn, docker run my-app khởi động một container mới dựa trên image my-app, chạy ứng dụng của bạn trong môi trường cô lập do Docker cung cấp.

Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về các lệnh Docker phổ biến và những thực tiễn tốt trong ngành, hãy xem blog Docker for Data Science: An Introduction.

Các tính năng của Docker

• Tính di động: Container Docker có thể chạy nhất quán trên nhiều hệ thống khác nhau, mang lại trải nghiệm liền mạch giữa môi trường phát triển, kiểm thử và sản xuất.
• Dễ sử dụng: Giao diện dòng lệnh và bộ công cụ toàn diện của Docker giúp nhà phát triển dễ tiếp cận, ngay cả với người mới làm quen với container hóa.
• Gọn nhẹ: Container Docker dùng chung kernel của hệ điều hành, giảm chi phí tài nguyên so với máy ảo đầy đủ.
• Khởi động nhanh: Container Docker có thể khởi chạy trong vài giây, rất hiệu quả cho các ứng dụng cần bật/tắt nhanh.

Xem Docker cheat sheet của DataCamp, cung cấp tổng quan các lệnh Docker hiện có.

Kubernetes là gì?

Kubernetes là nền tảng điều phối container mã nguồn mở mạnh mẽ, được thiết kế để quản lý các ứng dụng dạng container trên các cụm máy. 

Ban đầu do Google phát triển, Kubernetes — thường được gọi là K8s — xử lý việc triển khai, mở rộng và vận hành các container ứng dụng, khiến nó trở thành công cụ thiết yếu để quản lý container ở quy mô lớn.

Sự phát triển của các chiến lược triển khai theo thời gian. Nguồn ảnh: Kubernetes.io

Kubernetes hoạt động như thế nào

Kubernetes được xây dựng dựa trên khái niệm cluster, node và pod, tạo thành kiến trúc phân lớp mang lại tính linh hoạt và khả năng mở rộng. Một cluster đại diện cho toàn bộ hạ tầng, bao gồm nhiều node (máy ảo hoặc máy vật lý). 

Các node phối hợp để lưu trữ và quản lý ứng dụng dạng container. Node có thể là master node, chịu trách nhiệm điều khiển và quản lý cluster, hoặc worker node, nơi chạy tải công việc ứng dụng. Master node chịu trách nhiệm quản lý trạng thái của cluster, đưa ra quyết định lập lịch và giám sát sức khỏe hệ thống.

Mỗi worker node chạy một hoặc nhiều pod, là đơn vị triển khai nhỏ nhất trong Kubernetes và bao gồm một hoặc nhiều container. 

Pod hoạt động như host logic cho các container và dùng chung mạng cũng như lưu trữ, giúp container trong cùng pod giao tiếp với nhau dễ dàng hơn. Pod có tính chất ngắn hạn, nghĩa là có thể được tạo, hủy hoặc nhân bản động theo nhu cầu của ứng dụng.

Tổng quan kiến trúc Kubernetes. Nguồn ảnh: Kubernetes.io

Kubernetes trừu tượng hóa sự phức tạp của quản lý hạ tầng bằng cách cung cấp một API mạnh mẽ và bộ công cụ để quản trị ứng dụng dạng container. Nó giữ cho ứng dụng chạy ổn định bằng cách phân phối tải công việc, mở rộng tài nguyên theo nhu cầu và khởi động lại container khi chúng gặp lỗi. 

Kubernetes cũng quản lý trạng thái mong muốn của ứng dụng, đảm bảo số lượng pod và cấu hình của chúng luôn khớp với những gì bạn chỉ định và tự động khắc phục gián đoạn. Sự tự động hóa này giảm nỗ lực thủ công khi quản lý hạ tầng và tăng độ tin cậy, khả năng phục hồi cho ứng dụng.

Các tính năng của Kubernetes

• Tự động mở rộng: Kubernetes có thể tự động mở rộng ứng dụng dựa trên nhu cầu tài nguyên, tối ưu hóa sử dụng và giữ hiệu năng ổn định.
• Cân bằng tải: Kubernetes phân phối hiệu quả lưu lượng mạng đến nhiều container, đảm bảo tính sẵn sàng và khả năng chịu lỗi.
• Khám phá dịch vụ: Kubernetes cung cấp dịch vụ tự động phát hiện container, loại bỏ nhu cầu quản lý endpoint thủ công.
• Cập nhật cuốn chiếu: Kubernetes cho phép cập nhật ứng dụng với thời gian ngừng tối thiểu, đảm bảo ổn định và tin cậy trong quá trình nâng cấp.

Kubernetes vs Docker: Khác biệt cốt lõi

Giờ chúng ta đã hiểu rõ hơn về Docker và Kubernetes, hãy điểm qua những khác biệt chính:

1. Mục đích và chức năng

Docker và Kubernetes giải quyết các bài toán khác nhau trong quy trình container hóa. Docker dùng để xây dựng, đóng gói và chạy container — cung cấp phương tiện tạo môi trường cô lập cho ứng dụng. 

Trong khi đó, Kubernetes tập trung vào điều phối container, tức là giúp quản lý, mở rộng và đảm bảo vận hành trơn tru cho những tập hợp container lớn.

2. Quản lý container

Docker quản lý từng container riêng lẻ, còn Kubernetes quản lý nhiều container trên các cluster. 

Docker cung cấp khả năng điều phối cơ bản thông qua Docker Compose và Docker Swarm, nhưng Kubernetes đưa điều phối lên tầm cao mới, xử lý các kịch bản phức tạp liên quan tới hàng nghìn container.

3. Điều phối ứng dụng

Về điều phối nâng cao, Kubernetes cung cấp các tính năng như tự phục hồi, cân bằng tải, rollout tự động và mở rộng. 

Docker Swarm là công cụ điều phối riêng của Docker, nhưng Kubernetes đã trở thành lựa chọn ưu tiên để điều phối môi trường quy mô lớn, phức tạp nhờ khả năng vượt trội và hệ sinh thái rộng.

Docker vs Kubernetes. Nguồn ảnh: Alex Xu / ByteByteGo

Các trường hợp sử dụng của Docker

Với những thông tin trên về Docker, dưới đây là một số trường hợp sử dụng phổ biến:

1. Phát triển và kiểm thử cục bộ

Docker vô cùng hữu ích cho phát triển cục bộ. Nhà phát triển có thể tạo môi trường dạng container mô phỏng môi trường sản xuất, đảm bảo hành vi nhất quán xuyên suốt vòng đời phát triển phần mềm.

2. Ứng dụng gọn nhẹ

Docker là lựa chọn tuyệt vời cho các tình huống đơn giản không cần điều phối. Tính đơn giản của nó phát huy trong các kịch bản như chạy ứng dụng nhỏ hoặc triển khai dịch vụ độc lập.

3. Pipeline CI/CD

Docker được sử dụng rộng rãi trong các pipeline Tích hợp liên tục và Triển khai liên tục (CI/CD). Nó đảm bảo mọi bước — từ tạo mã đến kiểm thử — đều diễn ra trong môi trường nhất quán, có thể tái lập, giúp hạn chế bất ngờ khi lên sản xuất.

Các trường hợp sử dụng của Kubernetes

Kubernetes thường được dùng trong các tình huống sau:

1. Quản lý ứng dụng container hóa quy mô lớn

Kubernetes tỏa sáng trong môi trường quy mô lớn. Nó có thể quản lý hàng nghìn container trên nhiều node trong một cluster phân tán. Các tổ chức như Spotify và Airbnb sử dụng Kubernetes để vận hành trơn tru các ứng dụng dựa trên microservices phức tạp.

2. Tự động mở rộng và khả năng phục hồi

Kubernetes tự động mở rộng container dựa trên yêu cầu hệ thống, phản hồi linh hoạt trước biến động nhu cầu. Ngoài ra, Kubernetes có cơ chế tự phục hồi tích hợp — khởi động lại container lỗi và thay thế node không phản hồi để duy trì thời gian hoạt động của ứng dụng.

3. Kiến trúc microservices

Kubernetes lý tưởng để quản lý microservices trong môi trường sản xuất. Khả năng quản lý nhiều dịch vụ và các phụ thuộc của chúng, đồng thời hỗ trợ giao tiếp giữa các dịch vụ, khiến nó phù hợp cho các ứng dụng phân tán phức tạp.

Kubernetes và Docker có thể hoạt động cùng nhau không?

Đến đây, dễ thấy Docker và Kubernetes được thiết kế để phối hợp cùng nhau. 

Kubernetes sử dụng các container runtime để chạy từng container, và Docker truyền thống là một trong các runtime đó. Dù Kubernetes và Docker có vai trò khác nhau, chúng phối hợp rất tốt! Docker xây dựng và chạy container, còn Kubernetes điều phối các container đó trên các cluster.

Docker Swarm vs Kubernetes

Docker Swarm là công cụ điều phối gốc của Docker, phù hợp cho môi trường đơn giản, ít yêu cầu. 

Tuy nhiên, Kubernetes đã trở thành tiêu chuẩn ngành cho điều phối container nhờ bộ tính năng phong phú, khả năng mở rộng và cộng đồng mạnh. Dù Docker Swarm dễ thiết lập hơn, Kubernetes cung cấp các tính năng điều phối tinh vi và linh hoạt hơn.

Lựa chọn giữa Kubernetes và Docker

Tóm lại, khi nào nên dùng Docker, Kubernetes, hay cả hai? Dưới đây là một số hướng dẫn chung để bạn lựa chọn. 

Khi nào dùng Kubernetes

Kubernetes lý tưởng để quản lý môi trường phức tạp, quy mô lớn. Nếu bạn xây dựng kiến trúc microservices hoặc cần mở rộng ứng dụng động với thời gian ngừng tối thiểu, đây là lựa chọn ưu tiên. Khả năng điều phối hệ thống phân tán khiến Kubernetes trở thành tiêu chuẩn cho các triển khai lớn, phức tạp.

Khi nào dùng Docker

Docker phù hợp để phát triển các ứng dụng nhỏ, độc lập hoặc môi trường không cần điều phối. Khi làm dự án cá nhân, phát triển cục bộ, hoặc quản lý ứng dụng gọn nhẹ không cần mở rộng qua nhiều node, Docker cung cấp mọi thứ bạn cần.

Khi nào dùng kết hợp Kubernetes và Docker

Như đã đề cập, Kubernetes và Docker cũng có thể (và nên) được dùng cùng nhau trong một số tình huống. 

Ví dụ, nhà phát triển thường dùng Docker để container hóa ứng dụng trong giai đoạn phát triển, sau đó triển khai và điều phối các container đó bằng Kubernetes ở môi trường sản xuất. Quy trình này cho phép đội ngũ tận dụng sự dễ dùng của Docker khi phát triển và các tính năng điều phối nâng cao của Kubernetes khi vận hành.

Muốn chứng tỏ kỹ năng Docker với thế giới? Nếu bạn sẵn sàng cho chứng chỉ, hãy xem Hướng dẫn hoàn chỉnh miễn phí về chứng chỉ Docker (DCA) cho năm 2024.

Kết luận

Kubernetes và Docker đều là công cụ thiết yếu cho container hóa, nhưng chúng phục vụ những mục đích khác nhau. 

Docker giúp việc tạo và chạy container trở nên dễ dàng, rất phù hợp cho phát triển cục bộ và ứng dụng gọn nhẹ. Ngược lại, Kubernetes là nền tảng vững chắc để điều phối các container đó ở quy mô lớn, không thể thiếu khi quản lý môi trường phức tạp, phân tán.

Cuối cùng, lựa chọn giữa Kubernetes và Docker phụ thuộc vào nhu cầu dự án — môi trường phát triển quy mô nhỏ hưởng lợi từ Docker, còn hệ thống sản xuất quy mô lớn cần Kubernetes để điều phối hiệu quả. Trong nhiều trường hợp, hai công cụ bổ trợ cho nhau, mang lại cách tiếp cận toàn diện để xây dựng và triển khai ứng dụng hiện đại.

Nếu bạn sẵn sàng nâng cao kỹ năng, hãy xem các khóa Introduction to Kubernetes và Intermediate Docker trên DataCamp để đào sâu kiến thức và thực hành.