KUBERNETES

Mundarija

1. Kubernetes Nima?
2. Kubernetes Tarixi
3. Nima uchun Kubernetes?
4. Kubernetes Arxitekturasi
5. Asosiy Kontseptsiyalar

---

Kubernetes Nima?

Ta'rif va Umumiy Ko'rinish

Kubernetes (k8s deb ham ataladi, chunki "k" va "s" o'rtasida 8 ta harf bor) - bu konteynerlashtrilgan ilovalarni avtomatik tarzida deploy qilish, masshtablash va boshqarish uchun mo'ljallangan ochiq kodli platformadir. Bu container orchestration tizimi bo'lib, zamonaviy mikroservis arxitekturasida asosiy vosita hisoblanadi.

Asosiy Maqsad

Kubernetes asosiy maqsadi - dasturchilar va DevOps muhandislariga infratuzilma bilan bog'liq murakkabliklarni yashirib, ilovalarni boshqarishni soddalashtirishdir. Bu platforma quyidagi asosiy vazifalarni bajaradi:

1. Deklarativ Konfiguratsiya: Siz tizimning kerakli holatini (desired state) belgilaysiz, Kubernetes esa bu holatni ta'minlash uchun zarur barcha amallarni bajaradi.

2. Avtomatik Orkestrlash: Konteynerlarni avtomatik ravishda joylashtirish, ishga tushirish va boshqarish.

3. Self-Healing: Noto'g'ri ishlayotgan konteynerlarni avtomatik ravishda qayta ishga tushirish yoki almashtirish.

4. Masshtablash: Ilovalarni avtomatik yoki qo'lda horizontal va vertikal masshtablash.

5. Load Balancing: Trafikni konteynerlar o'rtasida teng taqsimlash.

Kubernetes Ekotizimi

Kubernetes - bu faqat orkestrlash platformasi emas, balki butun ekotizimdir:

• Core Kubernetes: Asosiy platforma
• CNCF Projects: Kubernetes bilan ishlash uchun to'plangan yuzlab loyihalar
• Cloud Providers: AWS, Google Cloud, Azure kabi provayderlarning managed servislari
• Community Tools: Helm, Kustomize, Istio, Prometheus va boshqalar

---

Kubernetes Tarixi

Google'ning Borg va Omega Sistemalari

Kubernetes Google'ning 15 yillik tajribasiga asoslangan. Google ichki infratuzilmasida Borg va Omega nomli ikkita muhim tizim ishlatilgan:

Borg Tizimi (2003-2004):

• Google'ning birinchi konteyner boshqarish tizimi
• Millionlab konteynerlarni boshqarish imkoniyati
• Resource scheduling va allocation
• Fault tolerance va high availability

Omega Tizimi (2013):

• Borg'ning takomillashtirilgan versiyasi
• Yanada moslashuvchan arxitektura
• Yaxshilangan scheduling algoritmlari
• Distributed architecture

Kubernetes'ning Tug'ilishi

2014-yil, Iyun:

• Google tomonidan Kubernetes loyihasi e'lon qilindi
• Ochiq kodli (open-source) sifatida chiqarildi
• Go dasturlash tilida yozildi
• Apache 2.0 litsenziyasi ostida

2015-yil, Iyul:

• Kubernetes 1.0 versiyasi chiqarildi
• Google va Linux Foundation tomonidan Cloud Native Computing Foundation (CNCF) tashkil etildi
• Kubernetes CNCF'ning birinchi loyihasi bo'ldi

2016-2018:

• Kubernetes industrial standartga aylandi
• Barcha yirik cloud provayderlar qo'llab-quvvatlashni boshladi
• Kubernetes keng qamrovli qabul qilindi

2018-dan buyon:

• Kubernetes eng mashhur container orchestration platformasi
• 90%+ cloud-native ilovalar Kubernetes'da ishlamoqda
• CNCF'ning eng muvaffaqiyatli loyihasi

Nomi va Ma'nosi

"Kubernetes" nomi yunon tilidan kelib chiqqan va "rul'chi" yoki "kema boshqaruvchisi" degan ma'noni anglatadi. Logo'dagi rulning 7 ta nuqtasi 7 ta original Google muhandisiga ishora qiladi.

---

Nima uchun Kubernetes?

An'anaviy Deployment vs Zamonaviy Yondashuv

Traditional/Physical Deployment Era

Xususiyatlari:

• Ilovalar to'g'ridan-to'g'ri fizik serverlarda ishga tushirilgan
• Resurslar ajratilmagan (no resource isolation)
• Bir serverda bir nechta ilova ishlasa, resurs konfliktlari yuzaga keladi

Muammolar:

• Agar bitta ilova barcha resurslarni iste'mol qilsa, boshqalari zarar ko'radi
• Masshtablash qimmat (yangi fizik server sotib olish kerak)
• Resource utilization past (serverlar to'liq ishlatilmaydi)
• Maintenance murakkab

Virtualized Deployment Era

Xususiyatlari:

• Virtual Machines (VMs) orqali resurslar ajratilgan
• Bir fizik serverda bir nechta VM ishlatish mumkin
• Hypervisor (VMware, KVM, Hyper-V) orqali boshqariladi

Afzalliklar:

• Yaxshiroq resource isolation
• Xavfsizlik yaxshilandi
• Oson masshtablash
• Hardware'dan mustaqillik

Muammolar:

• Har bir VM to'liq OS kerak (heavy weight)
• Boot vaqti sekin (daqiqalar)
• Resource overhead yuqori
• Portability chegaralangan

Container Deployment Era

Xususiyatlari:

• Konteynerlar OS kernelini baham ko'radi
• Lightweight va tez
• Microseconds ichida ishga tushadi
• Portable (istalgan joyda ishlaydi)

Afzalliklar:

• Agile: Tez yaratish va deploy qilish
• Portable: Lokal mashina, cloud, hybrid - hamma joyda bir xil ishlaydi
• Efficient: Kam resurs talab qiladi
• Isolated: Har bir konteyner ajratilgan muhitda ishlaydi
• Consistent: Development, testing, production - hamma joyda bir xil

Muammolar (Kubernetes kelib chiqish sababi):

• Ko'p konteynerlarni qo'lda boshqarish qiyin
• Scaling murakkab
• Networking va service discovery muammolari
• Storage boshqaruvi qiyin
• Zero-downtime deployment qiyin
• Load balancing kerak

Kubernetes Bu Muammolarni Qanday Hal Qiladi?

1. Avtomatik Orkestrlash

Kubernetes konteynerlarni avtomatik ravishda to'g'ri joyga joylashtiradi (scheduling):

• Available resurslarni hisobga oladi
• Hardware va software requirement'larni tekshiradi
• Affinity va anti-affinity qoidalarini qo'llaydi
• Resource requests va limits'ga amal qiladi

2. Self-Healing

Kubernetes muammoli konteynerlarni avtomatik tuzatadi:

• Noto'g'ri ishlayotgan konteynerlarni qayta ishga tushiradi
• O'lib qolgan konteynerlarni almashtiradi
• Health check'lar orqali holatni kuzatadi
• Tayyor bo'lmagan konteynerlarni trafikdan ajratadi

3. Horizontal va Vertikal Masshtablash

Horizontal Scaling:

• Pod'lar sonini avtomatik oshirish yoki kamaytirish
• CPU/Memory utilization'ga qarab
• Custom metrics asosida (masalan, request count)

Vertical Scaling:

• Mavjud pod'larga ko'proq resurs berish
• Resource limits'ni dinamik o'zgartirish

4. Deklarativ Konfiguratsiya

YAML/JSON fayllar orqali:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.14.2
        ports:
        - containerPort: 80

Siz faqat "3 ta nginx pod kerak" deb aytasiz, Kubernetes qolgani haqida o'ylaydi.

5. Service Discovery va Load Balancing

Kubernetes avtomatik ravishda:

• Konteynerlar uchun DNS nomlarini beradi
• Service endpoint'larini boshqaradi
• Trafikni pod'lar orasida taqsimlaydi
• Internal va external load balancing

6. Storage Orchestration

Kubernetes turli xil storage sistemalarini qo'llab-quvvatlaydi:

• Local storage
• Cloud storage (AWS EBS, Google Persistent Disk, Azure Disk)
• Network storage (NFS, iSCSI, Ceph)
• Dinamik volume provisioning

7. Automated Rollouts va Rollbacks

Zero-downtime deployment:

• Rolling updates (bosqichma-bosqich yangilash)
• Blue-green deployments
• Canary deployments
• Avtomatik rollback agar muammo yuzaga kelsa

8. Secret va Configuration Management

• Parollar, tokenlar, SSH keys'ni xavfsiz saqlash
• Configuration'larni kod'dan ajratish
• Environment-specific settings
• Runtime'da secret injection

9. Batch Execution

• One-time jobs
• Scheduled jobs (cron)
• Parallel processing
• Work queue pattern

---

Kubernetes Arxitekturasi

Umumiy Ko'rinish

Kubernetes cluster ikkita asosiy qismdan iborat:

1. Control Plane (Master Nodes): Cluster'ni boshqaradi
2. Worker Nodes: Amaliy ilovalar ishlaydi

Control Plane Komponentlari

1. API Server (kube-apiserver)

Vazifasi: API Server - bu Kubernetes'ning "miyasi". Bu cluster'dagi barcha operatsiyalar uchun markaziy nuqta.

Funktsiyalari:

• REST API endpoint'larini taqdim etadi
• Barcha so'rovlarni qabul qiladi va validate qiladi
• etcd bilan o'zaro aloqa qiladi
• Authentication va authorization
• Admission control

Qanday ishlaydi:

kubectl → API Server → etcd
                  ↓
              Controllers, Scheduler

Port: 6443 (HTTPS)

Misol so'rov:

kubectl get pods
# Bu aslida quyidagi API call:
GET https://api-server:6443/api/v1/namespaces/default/pods

2. etcd

Vazifasi: etcd - bu distributed key-value store bo'lib, cluster'ning barcha ma'lumotlarini saqlaydi.

Xususiyatlari:

• Distributed va highly-available
• Consistency: Raft consensus algorithm
• Key-value store (har bir key bir qiymatga ega)
• Watch mechanism (o'zgarishlarni kuzatish)

Nima saqlanadi?

• Cluster state (barcha resource'lar)
• Configuration data
• Metadata
• Secrets (encrypted)

Muhimligi: etcd - bu "haqiqat manbai" (source of truth). Agar etcd yo'qolsa, cluster ma'lumotlari yo'qoladi.

Backup muhim! etcd'ning muntazam backup'ini olish zarur.

Port: 2379 (client), 2380 (peer communication)

3. Scheduler (kube-scheduler)

Vazifasi: Yangi yaratilgan pod'larni qaysi node'da ishga tushirish kerakligini aniqlaydi.

Scheduling Jarayoni:

Bosqich 1: Filtering (Saralash)

• Node'larni filtering qiladi
• Pod requirement'lariga javob bermaydigan node'larni chiqarib tashlaydi

Filtering kriteriylari:

• Resource requirements (CPU, Memory)
• Node selector
• Affinity/Anti-affinity rules
• Taints va tolerations
• Volume requirements

Bosqich 2: Scoring (Baholash)

• Qolgan node'larni baholaydi
• Har bir node'ga ball beradi
• Eng yuqori ball olgan node'ni tanlaydi

Scoring kriteriylari:

• Resource balance
• Pod spread (pod'larni teng taqsimlash)
• Image locality (image allaqachon mavjudmi?)
• Custom priorities

Misol:

Agar siz quyidagi pod yaratsa:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    resources:
      requests:
        memory: "64Mi"
        cpu: "250m"

Scheduler:

1. Barcha node'larni tekshiradi
2. Kamida 64Mi memory va 250m CPU bo'lgan node'larni topadi
3. Eng mos node'ni tanlaydi
4. Pod'ni shu node'ga assign qiladi

4. Controller Manager (kube-controller-manager)

Vazifasi: Controller'larni ishga tushiradi va boshqaradi. Har bir controller alohida jarayon bo'lib, cluster'ning ma'lum bir qismini boshqaradi.

Asosiy Controller'lar:

a) Node Controller:

• Node'larni monitoring qiladi
• Node heartbeat'larini tekshiradi
• Node noto'g'ri ishlasa harakatlarni boshlaydi

b) Replication Controller:

• Kerakli miqdorda pod'lar ishlab turganini ta'minlaydi
• Agar pod o'lsa, yangisini yaratadi

c) Endpoints Controller:

• Service va pod'lar o'rtasidagi bog'lanishni boshqaradi
• Endpoints obyektini yangilaydi

d) Service Account & Token Controllers:

• Yangi namespace'lar uchun default account yaratadi
• API access token'larini boshqaradi

e) Namespace Controller:

• Namespace o'chirilganda barcha resurslarni tozalaydi

Controller Loop (Control Loop):

Har bir controller doimiy sikl ichida ishlaydi:

1. Hozirgi holatni o'qi (read current state)
   ↓
2. Kerakli holat bilan solishtir (compare with desired state)
   ↓
3. Farq bormi? (is there a difference?)
   ↓
4. Ha: Harakatlarni boshla (take action)
   ↓
5. Qayta 1-bosqichga o't (repeat)

Bu doimiy sikl tizimni desired state'ga yaqin tutadi.

5. Cloud Controller Manager (CCM)

Vazifasi: Cloud provider bilan integratsiya. Faqat cloud'da ishlatiladi.

Controller'lar:

• Node Controller: Cloud provider'dan node ma'lumotlarini oladi
• Route Controller: Network route'larni sozlaydi
• Service Controller: Cloud load balancer'larni boshqaradi

Misol (AWS):

• LoadBalancer type Service yaratganingizda
• CCM AWS ELB yaratadi
• ELB'ni service bilan bog'laydi

---

Worker Node Komponentlari

1. Kubelet

Vazifasi: Har bir node'da ishlaydigan agent. Pod'larni boshqaradi.

Funktsiyalari:

• API Server'dan pod spec'larini oladi
• Container runtime bilan gaplashadi
• Pod'larni ishga tushiradi va to'xtatadi
• Pod va konteyner health'ini monitor qiladi
• API Server'ga node va pod status'ini yuboradi

Qanday ishlaydi:

1. API Server PodSpec yuboradi
2. Kubelet container runtime'ga buyruq beradi
3. Container runtime konteynerlarni yaratadi
4. Kubelet pod holatini kuzatadi
5. Status'ni API Server'ga yuboradi

Health Checks:

Kubelet uchta turdagi probe'lar ishlata oladi:

a) Liveness Probe:

• Konteyner ishlab turibmi?
• Fail bo'lsa → konteyner restart qilinadi

b) Readiness Probe:

• Konteyner trafikni qabul qilishga tayyormi?
• Fail bo'lsa → service endpoint'dan olib tashlanadi

c) Startup Probe:

• Konteyner ishga tushganmi?
• Sekin ishga tushadigan konteynerlar uchun

Port: 10250 (API), 10255 (read-only API)

2. Container Runtime

Vazifasi: Konteynerlarni ishga tushirish.

Qo'llab-quvvatlanadigan Runtime'lar:

a) containerd:

• Eng ko'p ishlatiladigan
• Docker'dan ajratilgan
• CNCF loyihasi
• Yengil va tez

b) CRI-O:

• Kubernetes uchun maxsus
• OCI-compatible
• Minimalist

c) Docker (deprecated):

• Kubernetes 1.20'dan boshlab deprecated
• Kubernetes 1.24'da o'chirildi
• Dockershim orqali ishlagan

Container Runtime Interface (CRI):

• Kubernetes va container runtime o'rtasidagi standart interfeys
• Plugin arxitekturasi
• Runtime'ni osongina almashtirish imkoniyati

3. kube-proxy

Vazifasi: Network proxy. Service abstraction'ni implement qiladi.

Funktsiyalari:

• Network rules'ni boshqaradi (iptables yoki IPVS)
• Service IP'larini real pod IP'lariga yo'naltiradi
• Load balancing
• Service discovery

Ishlash Rejimi:

a) iptables mode (default):

Service IP (10.96.0.1:80)
       ↓ (iptables rules)
Pod IP (10.244.1.5:80) yoki (10.244.2.3:80)

b) IPVS mode:

• Yanada samarali
• Ko'proq load balancing algoritmlari
• Katta cluster'lar uchun yaxshi

Misol:

Service:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: MyApp
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 9376

kube-proxy quyidagilarni qiladi:

1. Service uchun virtual IP yaratadi (ClusterIP)
2. iptables/IPVS rules qo'shadi
3. Trafikni backend pod'larga yo'naltiradi
4. Load balancing qiladi

---

Add-on'lar

Kubernetes o'zida ba'zi core funktsiyalar yo'q. Ular add-on'lar orqali qo'shiladi:

1. DNS (CoreDNS)

Vazifasi: Cluster ichidagi DNS server.

Funktsiyalari:

• Service'lar uchun DNS record yaratadi
• Pod'lar DNS orqali service'larni topishi mumkin

Misol:

# Service name: my-service
# Namespace: default

# Pod ichidan:
curl http://my-service.default.svc.cluster.local
# yoki qisqasi:
curl http://my-service

2. Dashboard

Web-based UI. Cluster'ni browser orqali boshqarish.

3. Container Resource Monitoring

Prometheus, Metrics Server va boshqalar.

4. Cluster-level Logging

Fluentd, Elasticsearch, Kibana (EFK stack).

---

Asosiy Kontseptsiyalar

Pod

Ta'rif: Pod - Kubernetes'dagi eng kichik va asosiy deploy birlik. Bir yoki bir nechta konteynerlarni o'z ichiga oladi.

Xususiyatlari:

• Bir pod bitta IP address'ga ega
• Ichidagi konteynerlar localhost orqali gaplashadi
• Shared storage (volumes)
• Ephemeral (vaqtinchalik) - pod o'chsa, yangi pod yangi IP bilan yaratiladi

Qachon bir nechta konteyner bitta pod'da?

Faqat quyidagi holatlarda:

• Konteynerlar bir-biriga juda bog'liq (tightly coupled)
• Bir xil lifecycle
• Resource sharing kerak

Misol:

• Web server + Log collector
• Application + Sidecar proxy (Envoy, Istio)

Oddiy Pod YAML:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.19
    ports:
    - containerPort: 80

Multi-container Pod:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: multi-container-pod
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.19
    ports:
    - containerPort: 80
  - name: log-aggregator
    image: busybox
    command: ['sh', '-c', 'tail -f /var/log/nginx/access.log']

Node

Ta'rif: Node - bu cluster'dagi worker mashina (fizik yoki virtual).

Node Komponentlari:

• Kubelet
• Container Runtime
• kube-proxy

Node Holatlari:

1. Ready: Node sog'lom va pod'larni qabul qilishi mumkin
2. NotReady: Node muammoli, yangi pod'lar joylanmaydi
3. Unknown: Node bilan aloqa yo'q

Node Ma'lumotlari:

kubectl get nodes -o wide

Output:

NAME     STATUS   ROLES    AGE   VERSION   INTERNAL-IP   EXTERNAL-IP
node-1   Ready    master   10d   v1.28.0   10.0.1.10     <none>
node-2   Ready    worker   10d   v1.28.0   10.0.1.11     <none>

Node Capacity: Har bir node o'zining capacity'siga ega:

capacity:
  cpu: "4"
  memory: "8Gi"
  pods: "110"

Namespace

Ta'rif: Namespace - bu cluster ichida virtual cluster yaratish uchun mexanizm. Resource'larni guruhlash va ajratish imkonini beradi.

Default Namespace'lar:

1. default: Oddiy resource'lar uchun
2. kube-system: Kubernetes tizim komponentlari
3. kube-public: Hammaga ochiq ma'lumotlar
4. kube-node-lease: Node heartbeat'lari

Namespace Yaratish:

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: development

yoki:

kubectl create namespace development

Namespace'da Resource Yaratish:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  namespace: development
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx

Foydalanish holatlari:

• Development, Staging, Production'ni ajratish
• Turli jamoalar (teams) uchun
• Multi-tenant cluster'lar

Labels va Selectors

Labels:

Labels - bu key-value juftliklari bo'lib, obyektlarni tashkil qilish uchun ishlatiladi.

Misol:

metadata:
  labels:
    environment: production
    app: nginx
    tier: frontend
    version: "1.0"

Naming Conventions:

• Harflar, raqamlar, tire, nuqta ishlatiladi
• 63 belgidan kam
• Harf yoki raqam bilan boshlanishi va tugashi kerak

Selectors:

Selector'lar label'lar orqali obyektlarni tanlaydi.

Equality-based:

selector:
  environment: production
  tier: frontend

Set-based:

selector:
  matchExpressions:
  - key: environment
    operator: In
    values:
    - production
    - staging
  - key: tier
    operator: NotIn
    values:
    - backend

kubectl bilan:

# Barcha production pod'lar
kubectl get pods -l environment=production

# Production va frontend
kubectl get pods -l environment=production,tier=frontend

# Set-based
kubectl get pods -l 'environment in (production,staging)'

Annotations

Ta'rif: Annotations - bu metadata bo'lib, tool'lar va library'lar uchun ma'lumot saqlaydi.

Labels vs Annotations:

Labels	Annotations
Selectors uchun	Metadata uchun
Qisqa qiymatlar	Uzun qiymatlar mumkin
Tashkiliy maqsad	Ma'lumotli maqsad

Misol:

metadata:
  annotations:
    description: "Nginx web server for production"
    contact: "devops@company.com"
    last-updated: "2024-01-15"
    build-version: "v1.2.3-abc123"

---

Kubernetes Cluster Tuzilishi

Cluster Tiplari

1. Single-Node Cluster

Xususiyatlari:

• Bitta node (master + worker)
• Development va testing uchun
• Resource minimal

Misollar:

• Minikube
• Kind (Kubernetes in Docker)
• K3s (single node)
• MicroK8s

2. Multi-Node Cluster

Xususiyatlari:

• Ko'p node'lar
• High availability
• Production uchun

Tipik konfiguratsiya:

• 3 master node (HA)
• 5-100+ worker node'lar

3. Managed Kubernetes

Cloud provider tomonidan boshqariladigan:

• Google Kubernetes Engine (GKE)
• Amazon Elastic Kubernetes Service (EKS)
• Azure Kubernetes Service (AKS)
• DigitalOcean Kubernetes

Afzalliklar:

• Control plane boshqariladi
• Avtomatik yangilanishlar
• Cloud integratsiyasi

High Availability (HA) Cluster

HA Control Plane:

Kam 3 ta master node:

Master-1: API Server, Scheduler, Controller Manager
Master-2: API Server, Scheduler, Controller Manager
Master-3: API Server, Scheduler, Controller Manager

etcd-1, etcd-2, etcd-3 (alohida yoki master'lar bilan)

Load Balancer:

User/kubectl → Load Balancer → Master-1/2/3

etcd Cluster:

• Raft consensus algorithm
• Leader election
• Toq son node'lar (3, 5, 7)

Networking

Kubernetes networking 4 ta asosiy muammoni hal qiladi:

1. Container-to-Container: Bitta pod ichida, localhost orqali
2. Pod-to-Pod: Har bir pod unique IP, flat network
3. Pod-to-Service: Service abstraction orqali
4. External-to-Service: Ingress, LoadBalancer, NodePort

CNI (Container Network Interface):

• Flannel
• Calico
• Weave Net
• Cilium

---

Xulosa

Kubernetes - bu zamonaviy cloud-native ilovalar uchun fundamental platforma. U konteyner orkestratsiyasini soddalashtiradi va avtomatlashtirishning yuqori darajasini ta'minlaydi.

Asosiy Afzalliklar: ✅ Avtomatik orkestrlash ✅ Self-healing ✅ Horizontal va vertikal masshtablash ✅ Service discovery va load balancing ✅ Storage orkestrlash ✅ Automated rollouts va rollbacks ✅ Secret va configuration management ✅ Keng qamrovli ekotizim