Kubernetes adalah sistem orkestrasi open-source yang dirancang untuk mengelola aplikasi dalam wadah (container) secara otomatis. Jika Anda pernah mendengar tentang DevOps, deployment otomatis, atau scalability, maka Kubernetes bisa jadi jawabannya.
Artikel ini akan membahas cara kerja Kubernetes, fungsi utamanya dalam dunia TI modern, hingga manfaat dan komponen penting yang perlu diketahui. Anda akan menemukan bagaimana perusahaan besar mengandalkan sistem ini untuk efisiensi sistem mereka.
Apa itu Kubernetes?
Kubernetes adalah sebuah platform open-source yang dirancang untuk mengelola dan mengorkestrasi aplikasi yang berjalan di dalam container. Platform ini mempermudah pengelolaan aplikasi dengan cara mengotomatiskan berbagai tugas seperti deployment, penskalaan, hingga pengoperasian aplikasi-aplikasi tersebut.
Awalnya, Google mengembangkan Kubernetes untuk kebutuhan internal mereka. Namun kini, pengelolaannya berada di bawah naungan Cloud Native Computing Foundation (CNCF), dan telah menjadi salah satu platform paling populer untuk manajemen container di lingkungan produksi.
Cara Kerja Kubernetes
Ibarat seorang konduktor orkestra, Kubernetes memastikan semua aplikasi dan container berjalan sesuai partitur yang Anda tuliskan. Untuk mencapainya, Kubernetes menjalankan 4 tahap utama berikut ini:
1. Scheduling
Kubernetes memilih di mana container akan dijalankan dalam cluster berdasarkan kebutuhan sumber daya seperti CPU dan memori, serta batasan atau preferensi yang Anda tetapkan.
Komponen yang menangani hal ini bernama Scheduler atau Kube-scheduler, yang berada di Master Node (juga dikenal sebagai Control Plane). Scheduler ini akan menempatkan Pod baru ke node yang tersedia dan paling cocok dalam cluster.
2. Deployment
Setelah penempatan, Kubernetes memastikan bahwa jumlah replica atau salinan Pod sesuai dengan konfigurasi Anda tetap berjalan dan tersedia. Sistem ini juga menangani proses pembaruan (rollout) dan bisa melakukan pemulihan (rollback) secara otomatis jika pembaruan tersebut mengalami masalah.
Anda hanya perlu menentukan detail aplikasi yang ingin dijalankan melalui file seperti deployment.yml, dan Kubernetes akan mengeksekusinya secara terstruktur dan efisien.
3. Scaling
Kubernetes mampu menyesuaikan jumlah Pod secara otomatis sesuai dengan kebutuhan aplikasi. Ketika lalu lintas meningkat, sistem bisa menambah jumlah replica agar aplikasi tetap responsif, dan akan menguranginya kembali saat beban menurun. Proses ini dikenal sebagai Horizontal Scaling.
Anda juga bisa memperbesar kapasitas aplikasi dengan menambahkan node ke cluster. Dengan cara ini, Kubernetes dapat mengelola lonjakan trafik secara dinamis tanpa harus menghentikan layanan.
4. Manajemen Sumber Daya
Kubernetes terus memantau penggunaan sumber daya seperti CPU dan memori secara real-time. Sistem ini menyesuaikan alokasi sumber daya secara otomatis berdasarkan beban kerja yang ada. Melalui fitur Automatic Bin Packing, Kubernetes menempatkan beban kerja pada node yang memiliki kapasitas cukup.
Sehingga tidak ada sumber daya yang terbuang. Selain itu, Kubernetes memiliki kemampuan Self Healing, yaitu mendeteksi gangguan, lalu secara otomatis me-restart atau mengganti container dan node yang bermasalah agar sistem tetap berjalan sesuai kondisi ideal.
Fungsi Kubernetes
Platform open-source ini secara aktif menangani pengelolaan aplikasi berbasis container secara otomatis, efisien, dan skalabel. Kubernetes tidak hanya menjalankan aplikasi, tapi juga memastikan semuanya tetap berjalan dalam kondisi ideal.
1. Auto Deployment
Kubernetes memudahkan Anda dalam melakukan auto deployment aplikasi yang telah dikemas dalam container. Anda hanya perlu menetapkan kondisi ideal aplikasi pada berkas konfigurasi seperti deployment.yml.
Setelah itu, Kubernetes akan bekerja untuk mencapai dan mempertahankan kondisi tersebut, termasuk memastikan jumlah pod aplikasi yang berjalan sesuai kebutuhan. Dengan cara ini, proses peluncuran aplikasi menjadi lebih cepat dan konsisten.
2. Service Discovery & Load Balancing
Tanpa perlu repot mengatur IP satu per satu, Kubernetes menyediakan mekanisme service discovery dan load balancing secara otomatis. Setiap aplikasi dalam pod bisa diakses lewat nama layanan (DNS) atau alamat IP tetap.
Kubernetes juga secara aktif membagi beban trafik ke pod yang tersedia, sehingga trafik tetap stabil dan tidak membebani satu container saja. Fitur ini sangat penting dalam arsitektur microservices.
3. Storage Orchestration
Kubernetes mampu mengelola penyimpanan secara otomatis dengan menghubungkan penyimpanan ke container sesuai kebutuhan. Anda bisa menggunakan berbagai jenis penyimpanan seperti local storage, cloud storage (seperti AWS atau GCP), hingga penyimpanan persisten lainnya.
4. Self Healing
Fitur self healing memungkinkan Kubernetes menjaga kestabilan aplikasi. Ia secara aktif memantau kondisi pod dan node. Jika ada kesalahan atau aplikasi berhenti, Kubernetes akan segera mengambil tindakan seperti me-restart container yang bermasalah atau menggantinya dengan yang baru.
5. Secret Management
Kubernetes menyediakan sistem yang aman untuk menyimpan data sensitif seperti kata sandi, API key, atau token autentikasi. Anda bisa mengelolanya menggunakan objek seperti Secret dan ConfigMap.
Sehingga data bisa disimpan terenkripsi dan aksesnya terkontrol. Selain aman, data ini juga bisa diperbarui tanpa perlu membangun ulang container, mempermudah pengelolaan konfigurasi lintas lingkungan.
6. Auto Rollout & Rollback
Saat aplikasi butuh pembaruan, Kubernetes dapat menjalankan proses rollout secara otomatis dengan minim gangguan. Anda bisa menentukan strategi pembaruan melalui berkas YAML, dan Kubernetes akan mengatur transisi versi dengan tetap menjaga ketersediaan layanan.
Bila terjadi masalah saat pembaruan, Kubernetes dapat dengan cepat melakukan rollback ke versi sebelumnya, menjaga stabilitas aplikasi Anda selama proses deployment berkelanjutan berlangsung.
Manfaat Kubernetes
Kubernetes menawarkan berbagai manfaat penting bagi pengelolaan aplikasi dalam container. Berikut adalah beberapa manfaat utama yang bisa Anda dapatkan dari penggunaan Kubernetes:
1. Skalabilitas
Kubernetes memungkinkan Anda menambah atau mengurangi replica aplikasi dengan cepat. Sistem ini secara otomatis mengelola sumber daya untuk menangani lonjakan lalu lintas tanpa menyebabkan downtime. Dengan begitu, aplikasi tetap responsif dan efisien, bahkan saat permintaan pengguna meningkat secara tiba-tiba.
2. Ketersediaan Tinggi
Kubernetes menjaga agar setiap container tetap berjalan di node yang sehat. Jika ada node yang mengalami masalah, Kubernetes akan segera memindahkan dan memulai ulang container tersebut di node lain dalam cluster. Dengan cara ini, aplikasi Anda tetap tersedia dan tidak terganggu oleh gangguan teknis.
3. Skalabilitas Horizontal
Melalui horizontal scaling, Anda bisa menyesuaikan kapasitas aplikasi dengan mudah hanya dengan menambah atau mengurangi jumlah node atau container. Kubernetes bahkan dapat melakukan ini secara otomatis berdasarkan penggunaan CPU, sehingga kinerja tetap optimal seiring bertambahnya beban kerja.
4. Otomatisasi
Kubernetes mengotomatiskan berbagai tugas penting seperti deployment, penskalaan, hingga manajemen aplikasi dalam container. Dengan fitur otomatis ini, sistem memastikan jumlah pod yang dijalankan selalu sesuai kebutuhan. Hasilnya, Anda bisa menghadapi perubahan trafik secara dinamis tanpa khawatir aplikasi akan terganggu.
5. Pemantauan dan Logging
Kubernetes dilengkapi alat bawaan untuk memantau kesehatan dan performa aplikasi, serta mencatat aktivitas melalui sistem logging. Anda bisa menggunakan Kubernetes Dashboard atau mengintegrasikannya dengan alat pemantauan pihak ketiga untuk mendapatkan visibilitas penuh terhadap status aplikasi dan kinerjanya secara real-time.
Komponen Kubernetes
Sistem Kubernetes membangun sebuah lingkungan terintegrasi yang terdiri atas berbagai komponen penting yang saling bekerja sama untuk menjalankan dan mengelola aplikasi dalam container. Agar sistem ini berjalan optimal, Anda perlu memahami bagaimana setiap komponen berperan dalam satu kesatuan arsitektur.
1. Cluster
Sebuah Kubernetes Cluster terdiri atas satu atau lebih node (baik itu mesin fisik maupun virtual) yang berfungsi untuk menjalankan aplikasi dalam container. Dalam satu cluster, Anda akan menemukan Master Node yang mengatur jalannya sistem dan Worker Nodes yang menjalankan aplikasi.
2. Master Node
Master Node berperan sebagai otak sistem Kubernetes. Node ini mengelola seluruh operasi dalam cluster, dari pengambilan keputusan hingga penjadwalan proses. Di dalamnya terdapat beberapa komponen penting yang menentukan cara kerja sistem secara keseluruhan.
a. Kube-controller-manager
Kube-controller-manager menjalankan berbagai controller untuk memantau kondisi cluster dan melakukan penyesuaian agar sesuai dengan kondisi yang diinginkan. Ia bertugas menyelaraskan konfigurasi dan memastikan status node sesuai dengan pengaturan Deployment.
b. Kube-apiserver
Sebagai pintu masuk utama ke sistem Kubernetes, kube-apiserver menerima, memverifikasi, dan meneruskan permintaan API. Komponen ini menjadi sistem pusat yang menangani semua komunikasi dan konfigurasi, serta memastikan validasi data untuk objek seperti pod, service, dan volume.
c. Kube-scheduler
Kube-scheduler bertanggung jawab menempatkan pod baru ke node yang tersedia. Proses ini mempertimbangkan kebutuhan sumber daya dan batasan konfigurasi lainnya. Ia menjalankan perintah deployment dan memastikan aplikasi terpasang di node yang tepat.
d. Etcd
Etcd menyimpan data konfigurasi dalam bentuk pasangan key-value. Komponen ini menjadi tempat penyimpanan utama yang bersifat persisten dan mencatat kondisi serta status yang diinginkan oleh cluster.
3. Worker Node
Worker Node adalah tempat di mana aplikasi benar-benar dijalankan di dalam container. Node ini melaksanakan proses yang diperintahkan oleh Master Node.
a. Kubelet
Kubelet adalah agen yang berjalan di setiap node. Ia bertugas mengelola container yang dijadwalkan untuk berjalan di node tersebut, memastikan setiap layanan berjalan dengan baik di dalam pod.
b. Kube-proxy
Kube-proxy mengatur lalu lintas jaringan antar pod dalam satu cluster. Ia menjamin komunikasi antar pod berjalan aman dan lancar, dengan mengatur aturan jaringan dan meneruskan permintaan ke container yang tepat.
c. Container Runtime
Container runtime merupakan perangkat lunak yang menjalankan container, seperti Docker, containerd, atau CRI-O. Komponen ini menyediakan lingkungan eksekusi bagi pod.
d. Docker Image
Docker image adalah berkas konfigurasi dari Docker yang digunakan untuk membuat sebuah container. Meskipun bukan bagian langsung dari sistem Kubernetes, image ini menjadi dasar terbentuknya container yang dijalankan di dalam pod.
4. Object
Objek dalam Kubernetes adalah representasi abstrak dari aplikasi atau lingkungan kerja yang Anda definisikan dalam sistem. Anda bisa menetapkan kondisi ideal dari aplikasi melalui berkas manifest berformat YAML atau JSON. Di sinilah Anda menyatakan kondisi yang ingin diwujudkan oleh sistem dalam eksekusi aplikasinya.
a. Pod
Pod merupakan unit terkecil yang bisa dijalankan di Kubernetes. Di dalamnya, satu atau lebih container dijalankan secara bersamaan dan saling berbagi sumber daya seperti jaringan dan penyimpanan. Pod bertugas menjalankan dan mendistribusikan Docker container ke node yang tersedia.
b. Service
Service menjadi perantara untuk menghubungkan aplikasi dalam pod dengan aplikasi lain, baik di dalam maupun di luar cluster. Ia menyediakan mekanisme load balancing otomatis dan memudahkan pencarian layanan (service discovery) melalui nama atau alamat IP tetap.
c. Volume
Volume berfungsi sebagai tempat penyimpanan data yang dibutuhkan container. Penyimpanan ini berada di luar container itu sendiri, sehingga data tetap bertahan meski container dimatikan atau dipindahkan.
d. Namespace
Namespace membantu Anda mengelompokkan dan memisahkan sumber daya dalam satu cluster. Ia menciptakan ruang kerja yang logis, mendukung isolasi aplikasi, serta memudahkan pengaturan akses dan pengelolaan sumber daya.
Perbedaan Kubernetes dan Docker
Docker berperan sebagai platform pengembangan yang memungkinkan pengembang untuk membuat, mengemas, dan menjalankan aplikasi di dalam container. Dengan Docker, Anda dapat membungkus aplikasi beserta semua dependensinya ke dalam satu kesatuan yang bisa dijalankan secara konsisten di berbagai lingkungan.
Teknologi containerisation yang digunakan Docker membantu mengisolasi aplikasi dari sistem operasi host, sehingga proses eksekusinya menjadi lebih andal. Intinya, Docker berfungsi untuk membuat dan menjalankan container.
Sementara itu, Kubernetes adalah platform open-source yang dirancang untuk mengelola container dalam skala besar, terutama di lingkungan produksi. Kubernetes fokus pada otomatisasi proses deployment, penskalaan, dan manajemen aplikasi yang telah dikemas dalam container.
Ia bekerja sebagai mesin yang menjadwalkan dan menjalankan container di atas server fisik maupun virtual. Dengan kata lain, Kubernetes tidak membuat container, tetapi mengatur dan mengelolanya setelah dibuat.
Kubernetes adalah Sistem Modern dalam Manajemen Aplikasi
Sebagai platform orkestrasi container yang kuat dan fleksibel, Kubernetes telah menjadi salah satu pilihan bagi banyak perusahaan dalam mengelola aplikasi secara efisien, otomatis, dan skalabel. Kubernetes menghadirkan solusi modern untuk kebutuhan teknologi yang terus berkembang.
Dengan memahami cara kerja, fungsi, manfaat, serta komponennya, Anda kini memiliki gambaran menyeluruh tentang bagaimana Kubernetes bisa menjadi mitra strategis dalam pengembangan aplikasi cloud-native masa kini.
FAQ (Frequently Asked Question)
Mengapa pemisahan antara control plane dan data plane penting dalam arsitektur Kubernetes?
Pemisahan antara control plane dan data plane dalam Kubernetes bertujuan untuk meningkatkan skalabilitas dan keamanan sistem. Control plane bertugas mengelola status klaster, menjalankan scheduler, dan memastikan deklarasi konfigurasi dijalankan sebagaimana mestinya. Sementara itu, data plane menjalankan container dan berfokus pada operasional beban kerja aktual. Dengan memisahkan keduanya, gangguan pada node worker tidak memengaruhi kemampuan manajemen klaster secara keseluruhan, dan beban pengelolaan tidak membebani proses eksekusi workload.
Apa risiko tersembunyi dari penggunaan persistent volumes di Kubernetes tanpa strategi backup yang jelas?
Meskipun persistent volumes (PV) memungkinkan data bertahan di luar siklus hidup pod, banyak pengguna lalai dalam menyusun strategi backup dan disaster recovery yang sesuai. Risiko utamanya adalah kehilangan data yang tidak bisa dipulihkan jika terjadi kegagalan penyimpanan atau kesalahan manusia, karena Kubernetes sendiri tidak menyediakan mekanisme backup default untuk volume tersebut. Oleh karena itu, penggunaan PV harus selalu diiringi dengan integrasi solusi backup eksternal atau sistem snapshot otomatis dari storage provider.
Bagaimana Kubernetes menangani update image container secara otomatis dan apa dampaknya terhadap kontrol versi aplikasi?
Secara default, Kubernetes tidak otomatis menarik image baru dari registry jika tag image tidak berubah, seperti penggunaan latest. Hal ini bisa menjadi jebakan jika image di-push ulang dengan isi berbeda tanpa mengganti tag, karena pod yang sudah berjalan tidak akan terpengaruh. Untuk mengatasi ini, pengguna sebaiknya menerapkan tag berbasis versi yang eksplisit dan mengatur strategi deployment seperti rolling update dengan Deployment agar image baru dikenali dan diterapkan secara terkontrol.
Bagaimana Kubernetes dapat digunakan untuk menerapkan model Canary Deployment dan apa tantangan operasionalnya?
Kubernetes mendukung canary deployment dengan memanfaatkan objek seperti Deployment, Service, dan label selector untuk mengarahkan sebagian trafik ke versi aplikasi baru. Namun, tantangannya adalah memastikan observabilitas yang memadai untuk mendeteksi regresi atau anomali sebelum canary diperluas ke semua pengguna. Selain itu, pengaturan routing trafik yang lebih kompleks biasanya membutuhkan integrasi dengan service mesh seperti Istio atau Linkerd agar pengelolaan canary lebih fleksibel dan aman.
Apa dampak penggunaan terlalu banyak namespace dalam satu klaster Kubernetes terhadap performa dan manajemen?
Namespace berguna untuk isolasi logis dalam satu klaster, tetapi terlalu banyak namespace bisa menyebabkan kesulitan dalam manajemen kebijakan akses (RBAC), pengawasan resource, dan peningkatan kompleksitas observabilitas. Selain itu, tool pihak ketiga untuk monitoring atau logging bisa mengalami overhead jika harus mengelola ratusan namespace dengan konfigurasi berbeda-beda. Oleh karena itu, namespace harus digunakan secara strategis, misalnya untuk membedakan lingkungan (dev, staging, production) atau tim, bukan setiap layanan.
Dalam konteks keamanan, apa bahaya dari menjalankan container dengan hak istimewa (privileged) di Kubernetes?
Menjalankan container dalam mode privileged memberikan akses penuh ke host kernel, yang berarti container tersebut bisa memodifikasi sistem file host, menjalankan proses sistem, bahkan membahayakan seluruh node. Dalam lingkungan Kubernetes, kesalahan ini dapat menyebar karena container dapat dikloning, dibuat ulang, atau diberi akses lebih luas. Untuk itu, Kubernetes menyarankan penggunaan Pod Security Standards atau integrasi dengan OPA/Gatekeeper untuk membatasi pembuatan pod dengan akses istimewa secara default.
Apa fungsi admission controller dalam Kubernetes dan bagaimana penggunaannya untuk meningkatkan kebijakan keamanan?
Admission controller bertindak sebagai penjaga gerbang yang mengevaluasi permintaan API sebelum objek ditulis ke dalam etcd. Dengan mengaktifkan controller seperti PodSecurityPolicy, NamespaceLifecycle, atau menggunakan webhook kustom, organisasi dapat menegakkan aturan tertentu seperti larangan menjalankan container sebagai root atau mewajibkan label tertentu untuk setiap resource. Penggunaan admission controller memungkinkan kebijakan keamanan dipatuhi tanpa harus mengubah definisi aplikasi secara manual.
Bagaimana Kubernetes mengelola kegagalan node dan apa yang bisa dilakukan untuk meminimalkan downtime layanan penting?
Kubernetes secara otomatis menandai node yang tidak responsif sebagai NotReady, dan setelah grace period tertentu, pod pada node tersebut akan dipindahkan ke node lain jika ada kapasitas. Namun, untuk layanan penting, penting untuk mengatur toleration, anti-affinity, dan pod disruption budget agar aplikasi tidak mengalami penurunan SLA selama evakuasi. Selain itu, penggunaan readinessProbe yang tepat dapat memastikan hanya pod yang benar-benar siap yang menerima trafik, mempercepat proses failover.
Bagaimana Kubernetes mengatasi skenario konfigurasi rahasia, dan mengapa penggunaan Kubernetes Secret harus dilakukan dengan hati-hati?
Kubernetes menyediakan objek Secret untuk menyimpan informasi sensitif seperti token, API key, atau kredensial database. Meskipun encoded dalam base64 dan disimpan di etcd, data ini tetap bisa dibaca oleh siapa pun dengan akses ke API server dan izin RBAC yang sesuai. Oleh karena itu, sebaiknya digunakan enkripsi Secret at-rest dan integrasi dengan external key management service (KMS). Selain itu, audit log harus diaktifkan agar setiap akses terhadap Secret bisa dilacak secara forensik.
Dalam pengelolaan skala besar, mengapa cluster federation di Kubernetes masih belum banyak diadopsi secara luas?
Meskipun cluster federation menjanjikan manajemen lintas klaster dengan deklarasi tunggal, tantangan implementasinya cukup tinggi, mulai dari inkonsistensi fitur, keterbatasan dokumentasi, hingga masalah replikasi state yang kompleks. Banyak organisasi akhirnya lebih memilih pendekatan alternatif seperti manajemen multi-klaster dengan tool seperti ArgoCD atau Rancher yang menawarkan kontrol deklaratif dan integrasi lebih baik tanpa kompleksitas federasi. Oleh karena itu, federasi cenderung dihindari kecuali benar-benar dibutuhkan.
