Kubernetesの基本を学ぶ

コンセプト

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Kubernetesとは何か？

このページでは、Kubernetesの概要について説明します。

Kubernetesは、宣言的な構成管理と自動化を促進し、コンテナ化されたワークロードやサービスを管理するための、ポータブルで拡張性のあるオープンソースプラットホームです。

Kubernetesは膨大で、急速に成長しているエコシステムを備えており、それらのサービス、サポート、ツールは幅広い形で利用可能です。

Googleは2014年にKubernetesプロジェクトをオープンソース化しました。KubernetesはGoogleが大規模な本番ワークロードを動かしてきた10年半の経験と、コミュニティから得られた最善のアイデア、知見に基づいています。

なぜKubernetesが必要で、どんなことができるのか？

Kubernetesには多くの機能があります。考えられるものとしては

  • コンテナ基盤
  • マイクロサービス基盤
  • ポータブルなクラウド基盤

など、他にもいろいろ

Kubernetesは、コンテナを中心とした管理基盤です。ユーザーワークロードの代表格であるコンピューティング、ネットワーキング、ストレージインフラストラクチャのオーケストレーションを行います。それによって、Platform as a Service(PaaS)の簡単さの大部分を、Infrastructure as a Service(IaaS)の柔軟さとともに提供し、インフラストラクチャプロバイダの垣根を超えたポータビリティを実現します。

Kubernetesが基盤になるってどういうこと？

Kubernetesが多くの機能を提供すると言いつつも、新しい機能から恩恵を受ける新しいシナリオは常にあります。アプリケーション固有のワークフローを効率化して開発者のスピードを早めることができます。最初は許容できるアドホックなオーケストレーションでも、大規模で堅牢な自動化が必要となることはしばしばあります。これが、Kubernetesがアプリケーションのデプロイ、拡張、および管理を容易にするために、コンポーネントとツールのエコシステムを構築するための基盤としても機能するように設計された理由です。

ラベルを使用すると、ユーザーは自分のリソースを整理できます。アノテーションを使用すると、ユーザーは自分のワークフローを容易にし、管理ツールが状態をチェックするための簡単な方法を提供するためにカスタムデータを使ってリソースを装飾できるようになります。

さらに、Kubernetesコントロールプレーンは、開発者やユーザーが使えるAPIの上で成り立っています。ユーザーはスケジューラーなどの独自のコントローラーを、汎用のコマンドラインツールで使える独自のAPIを持たせて作成することができます。

このデザインによって、他の多くのシステムがKubernetes上で構築できるようになりました。

Kubernetesにないこと

Kubernetesは伝統的な何でも入りのPaaSシステムではありません。Kubernetesはハードウェアレベルではなくコンテナレベルで動作するため、PaaS製品が提供するような、共通のいくつかの一般的に適用可能な機能(デプロイ、拡張、負荷分散、ログ記録、監視など)を提供します。ただし、Kubernetesはモノリシックではなく、これらのデフォルトのソリューションは任意に脱着可能です。Kubernetesは開発者の基盤を構築するための構成要素を提供しますが、重要な場合はユーザーの選択と柔軟性を維持します。

Kubernetesは…

  • サポートするアプリケーションの種類を限定しません。Kubernetesはステートレス、ステートフル、およびデータ処理ワークロードなど、非常に多様なワークロードをサポートするように作られています。アプリケーションをコンテナ内で実行できる場合は、Kubernetes上でもうまく動作するはずです。
  • ソースコードのデプロイやアプリケーションのビルドを行いません。継続的インテグレーション、デリバリー、デプロイ(CI/CD)ワークフローは、技術選定がそうであるように、組織の文化や好みによって決まるからです。
  • ミドルウェア(例: message buses)、データ処理フレームワーク(例: Spark)、データベース(例: mysql)、キャッシュ、クラスターストレージシステム(例: Ceph) のような、アプリケーションレベルの機能は組み込みでは提供しません。これらのコンポーネントはKubernetesの上で動作できますし、Open Service Brokerのようなポータブルメカニズムを経由してKubernetes上のアプリケーションからアクセスすることもできます。
  • ロギング、モニタリング、アラーティングソリューションへの指示は行いません。概念実証(PoC)としていくつかのインテグレーション、およびメトリックを収集およびエクスポートするためのメカニズムを提供します。
  • 設定言語/システム(例： jsonnet)を提供も強制もしません。任意の形式の宣言仕様の対象となる可能性がある宣言APIを提供します。
  • 包括的なインフラ構成、保守、管理、またはセルフヒーリングシステムを提供、導入しません。

さらに、Kubernetesは単なる オーケストレーションシステム ではありません。実際、オーケストレーションは不要です。オーケストレーション の技術的定義は、定義されたワークフローの実行です。最初にA、次にB、次にCを実行します。対照的に、Kubernetesは現在の状態を提供された望ましい状態に向かって継続的に推進する一連の独立した構成可能な制御プロセスで構成されます。AからCへのアクセス方法は関係ありません。集中管理も必要ありません。これにより、使いやすく、より強力で、堅牢で、回復力があり、そして拡張性のあるシステムが得られます。

なぜコンテナなのか？

なぜコンテナを使うべきかの理由をお探しですか？

なぜコンテナなのか？

アプリケーションをデプロイするための古い方法は、オペレーティングシステムのパッケージマネージャを使用してアプリケーションをホストにインストールすることでした。これには、アプリケーションの実行ファイル、構成、ライブラリ、ライフサイクルがそれぞれ、またホストOS自身と絡み合うというデメリットがありました。予測可能なロールアウトとロールバックを実現するために、不変の仮想マシンイメージを作成することもできますが、VMは重く、移植性がありません。

新しい方法は、ハードウェア仮想化ではなく、オペレーティングシステムレベルの仮想化に基づいてコンテナを展開することです。各コンテナは互いに、そしてホストから隔離されています。また、独自のファイルシステムを持ち、お互いのプロセスを見ることができず、計算リソースの使用量を制限することができます。これはVMよりも構築が簡単で、基盤となるインフラストラクチャとホストのファイルシステムから分離されているため、クラウドやOSのディストリビューション間で移植性があります。

コンテナは小さくて速いので、1つのアプリケーションを各コンテナイメージにまとめることができます。この1対1のアプリケーションとイメージの関係により、コンテナの利点が完全に引き出されます。コンテナを使用すると、各アプリケーションを残りのアプリケーションスタックと合成したり、本番インフラストラクチャ環境と結合したりする必要がないため、不変のコンテナイメージをデプロイ時ではなく、ビルド時またはリリース時に作成できます。ビルド/リリース時にコンテナイメージを生成することで、開発から運用に一貫した環境を持ち込むことができます。同様に、コンテナはVMよりもはるかに透過的であるため、監視と管理が容易になります。これは、コンテナのプロセスライフサイクルがコンテナ内のプロセススーパーバイザによって隠されるのではなく、インフラストラクチャによって管理される場合に特に当てはまります。最後に、コンテナごとに1つのアプリケーションを使用すると、コンテナの管理はアプリケーションのデプロイ管理と同等になります。

コンテナの利点をまとめると:

  • アジャイルなアプリケーション作成とデプロイ: VMイメージの使用と比べ、コンテナイメージ作成は容易で効率も高いです。
  • 継続的な開発、インテグレーション、デプロイ: 迅速で簡単なロールバックで、信頼性の高い頻繁なコンテナイメージのビルドとデプロイを提供します(イメージの不変性にもよります)。
  • 開発と運用の懸念を分離: デプロイ時ではなくビルド時またはリリース時にアプリケーションのコンテナイメージを作成することで、アプリケーションをインフラストラクチャから切り離します。
  • 可観測性 OSレベルの情報や測定基準だけでなく、アプリケーションの正常性やその他のシグナルも明確にします。
  • 開発、テスト、本番環境に跨った環境の一貫性: 手元のノートPC上でも、クラウド上と同じように動作します。
  • クラウドとOSディストリビューションの移植性: Ubuntu、RHEL、CoreOS、オンプレミス、Google Kubernetes Engine、その他のどこでも動作します。
  • アプリケーション中心の管理: 仮想ハードウェア上でのOS実行から、論理リソースを使用したOS上でのアプリケーション実行へと、抽象度のレベルを上げます。
  • 疎結合で、分散された、伸縮自在の遊離したマイクロサービス: アプリケーションは小さな独立した欠片に分割され、動的に配置および管理できます。1つの大きな単一目的のマシンで実行されるモノリシックなスタックではありません。
  • リソース分割: アプリケーションパフォーマンスが予測可能です。
  • リソースの効率利用: 高効率で高密度です。

Kubernetesってどういう意味？K8sって何？

Kubernetes という名前はギリシャ語で 操舵手 や パイロット という意味があり、知事 やサイバネティックスの語源にもなっています。K8s は、8文字の「ubernete」を「8」に置き換えた略語です。

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