Was ist Kubernetes?

Der Erfolg Ihres Unternehmens hängt heute in immer stärkerem Maße von den Anwendungen ab, die auf Ihrer IT-Infrastruktur ausgeführt werden. So wie die beste Symphonie, die je geschaffen wurde, um ihr Publikum zu begeistern und zu fesseln, einen exzellenten Dirigenten benötigt, um das Beste aus jedem Mitglied des Orchesters herauszuholen, erkennen die dynamischsten Unternehmen den Wert von Kubernetes, um nicht nur die heutigen containerisierten Anwendungen zu verwalten, die Solisten in der Aufführung und das Lebenselixier für den Wert und den Ruf eines Unternehmens, sondern auch alle Musiker, die die vielfältige, unterstützende Infrastruktur darstellen. Kubernetes ist ein hochentwickeltes Tool zur Orchestrierung all Ihrer Anwendungen, mit automatischer Bereitstellung und Kontrolle, unabhängig davon, ob Sie öffentliche Clouds, On-Prem- oder Edge-Infrastrukturen sowie eine beliebige Kombination dieser Systeme nutzen. Es ist der Verteilungsmanager für Workloads in einem Cluster und passt automatisch die dynamischen Netzwerkanforderungen für alle Container an. Kubernetes, oft auch als "k8s" bezeichnet, verwaltet auch die Zuweisung von Speicher und persistenten Volumes und automatisiert die Skalierung, um maximale Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit zu gewährleisten.

Kubernetes-Cluster sind im Grunde eine Gruppe von Knoten, auf denen Anwendungen ausgeführt werden, die in Containern gespeichert wurden, und die alle für die Anwendung erforderlichen Dienste und Abhängigkeiten enthalten. Mit Kubernetes-Clustern können containerisierte Anwendungen in jeder virtuellen, physischen, Cloud-basierten oder lokalen Umgebung oder einer Kombination davon verwaltet werden. 

Ein Kubernetes-Cluster besteht aus einem so genannten Master-Knoten und Worker-Knoten, bei denen es sich um virtuelle oder physische Maschinen handelt.

Der Masterknoten dient als Steuerebene des Clusters und verwaltet ständig den Ist-Zustand des Clusters bis zum definierten, gewünschten Zustand. Der Masterknoten koordiniert alle Aufgaben, einschließlich der Planung und Skalierung von Anwendungen, der Ausführung von Aktualisierungen und der automatischen Aufrechterhaltung des gewünschten Zustands des Clusters.

Die Arbeitsknoten hosten die Komponenten, die für die Bereitstellung und Ausführung der containerisierten Anwendung erforderlich sind. Sie werden Worker Nodes genannt, weil sie die ihnen vom Master Node zugewiesenen Aufgaben ausführen. 

Ein funktionsfähiger Kubernetes-Cluster besteht aus mindestens einem Master- und einem Worker-Knoten.  

Darüber hinaus können Nutzer sogenannte Namespaces einsetzen, um mehrere Cluster in einem einzigen physischen Cluster anzuordnen. Namespaces sind Kubernetes-Objekte, die Kubernetes-Cluster in mehrere virtuelle Cluster aufteilen, wodurch Benutzer bestimmten Teams oder Projekten Ressourcenquoten zuweisen können.

Kubernetes cluster management is a process of managing and orchestrating multiple containers across a network or a cluster of machines. This enables developers to easily deploy and manage their containerized applications. With Kubernetes, you can run and scale applications and services using the same infrastructure, making it easier to manage and maintain. Additionally, Kubernetes offers features like automatic scaling, load balancing, and self-healing, making it a highly efficient and reliable platform for managing clusters of containers.

Kubernetes cluster management allows developers to easily deploy, manage, and scale applications and services in a more efficient and automated manner. It simplifies the complex process of managing containers, ultimately increasing productivity and reducing operational costs.

Kubernetes ist eine Open-Source-Plattform, die Container verwaltet, so dass Anwendungen rund um die Uhr verfügbar sind und neue Versionen jederzeit ohne Ausfallzeiten bereitgestellt werden können, und zwar überall und jederzeit mit den Ressourcen und Tools, die für die Erledigung der Aufgabe erforderlich sind.

Seine zahlreichen Funktionen umfassen:

Flexible, automatische Skalierung

Über den Befehl der Benutzeroberfläche oder automatisch, basierend auf der CPU-Auslastung, um die vorhandenen Ressourcen optimal zu nutzen.

Verfügbarkeit/Selbstheilung

Container werden automatisch neu gestartet, wenn sie ausfallen, und deaktiviert, wenn sie nicht mit den bestehenden Gesundheitsprüfungen übereinstimmen. Nicht funktionierende Knoten werden automatisch ersetzt und neu geplant, um maximale Ausfallsicherheit zu gewährleisten.

Speicher-Orchestrierung

Kubernetes ermöglicht es Ihnen, das Speichersystem Ihrer Wahl automatisch hinzuzufügen, einschließlich lokalem Speicher, öffentlichen Cloud-Anbietern und vielen anderen.

Dienstsuche und Lastausgleich

Die Erkennung von Diensten ist unerlässlich, wenn Sie eine Microservice-Architektur betreiben. Kubernetes weist jedem Pod eine IP-Adresse und jeder Gruppe von Pods einen DNS-Namen zu, sodass Sie Ihre Dienste leicht finden können. Wenn ein Container zu viel Datenverkehr hat, kann Kubernetes die Last ausgleichen und Ihnen eine höhere Stabilität bieten.

Ursprünglich von Google-Ingenieuren entwickelt und konzipiert, hat sich Kubernetes dank seiner wirklich quelloffenen Plattform zum beliebtesten Container-Management-System entwickelt. Dies hat auch zu bedeutenden, kontinuierlichen Beiträgen der Open-Source-Community und der Cloud Native Computing Foundation geführt, die das Projekt derzeit pflegt.

Ein Kubernetes Cluster hat:

• eine Steuerebene, die als Master-Knoten bezeichnet wird,
• einen oder mehrere Arbeitsknoten, auf denen containerisierte Anwendungen laufen.  

Der Master-Knoten ist das Zentrum des K8s-Clusters, verwaltet ihn und bietet Zugriff auf die API. Er enthält den cloud-controller-manager, etcd, den kube-controller-manager, den kube-api server und den kube-scheduler.

Control Plane / Master Cluster Komponenten

Cloud-Controller-Manager

Der Cloud-Controller-Manager steuert die Cloud-spezifische Logik. Er verbindet Ihre Cluster mit der API Ihres Cloud-Anbieters und sorgt dafür, dass die richtigen Komponenten mit der zugrunde liegenden Cloud-Infrastruktur interagieren.  

Etcd

Der Sicherungsspeicher für alle Clusterdaten ist etcd, ein Schlüsselwertspeicher, der auch den Zustand des Kubernetes-Clusters repliziert. Sobald Sie einen Kubernetes-Cluster erstellt und das Kommandozeilen-Tool für die Kommunikation mit ihm konfiguriert haben, können Sie etcd ausführen; Sie müssen nur den zusätzlichen Schritt machen und einen Sicherungsplan für diese Daten erstellen.

Kube-controller-manager

Diese Komponente ist Teil der Steuerungsebene, die die Steuerungsprozesse verwaltet. Die Steuergeräte sind in einem einzigen Binärprogramm organisiert, so dass sie in einem einfachen Prozess ausgeführt werden, obwohl streng genommen jedes Steuergerät ein separater und eigenständiger Prozess ist.

Zu den Controllern innerhalb dieses Managers gehören:

• Node Controller: steuert die Aktivitäten der Knotenpunkte
• Endpoints Controller: Verbindet Dienste und Pods durch das Auffüllen von Endpoints-Objekten
• Job-Controller: Überwacht einmalige Aufgaben und generiert Pods, um sie zu erledigen
• Replikationscontroller: verwaltet Objektreplikationen im Cluster
• Dienstkonto- und Token-Controller: Bereitstellung von Standardkonten und API-Zugangstoken bei der Erstellung eines Namensraums

Kube-apiserver

Der Kube-Apiserver stellt die Kubernetes-API zur Verfügung. Er lässt sich horizontal skalieren, indem zusätzliche Instanzen erstellt werden, und wenn Sie mehrere Instanzen haben, kann der Datenverkehr zwischen ihnen verwaltet werden. 

Kube-Scheduler

Jeder Pod, der ohne einen zugewiesenen Knoten erstellt wurde, wird von Kube-scheduler erkannt, der dann einen für diesen Pod bestimmt und auswählt.

Diese Entscheidung wird auf der Grundlage mehrerer Kriterien getroffen, einschließlich der Arbeitsbelastung, der politischen Einschränkungen, der Fristen und der erforderlichen Ressourcen.

Knotenpunkte

Ein Knoten ist entweder ein physischer oder ein virtueller Computer, der die für die Ausführung von Pods erforderlichen Komponenten enthält und von der Steuerungsebene verwaltet wird. Es gibt zwei verschiedene Arten von Knoten in Kubernetes: Master und Worker.

Masterknoten unterstützen die Steuerelemente eines Clusters, verwalten Arbeitsknoten und sind für API-Endpunkte für Benutzer und die Zeitplanung für Pods über die verfügbaren Ressourcen hinweg zuständig. Die Verteilung der Arbeitslast und der Zustand des Clusters werden vom Masterknoten verwaltet.

Arbeiterknoten werden für die Ausführung von Containern und die Durchführung der vom Masterknoten zugewiesenen Aufgaben verwendet. Sie verarbeiten die gespeicherten Daten und kommunizieren mit dem Master über Ressourcen.

Kubelet

Das Kubelet ist eine Knotenkomponente, die den Betrieb aller Zyklen jedes Knotens innerhalb jedes Pods überwacht. Es kümmert sich um den Zustand jedes Pods, indem es neue oder geänderte Spezifikationen, die von den Master-Knoten erstellt wurden, überprüft und sicherstellt, dass sein Zustand mit seinen Spezifikationen übereinstimmt.

Kube-Proxy

Auf jedem Knoten läuft Kube-proxy, ein Netzwerk-Proxy, der die Regeln für die Kommunikationssitzungen mit Pods innerhalb oder außerhalb eines Clusters verfolgt. Er wird für den Lastausgleich und zum Erreichen von Kubernetes-Diensten verwendet.

Kubernetes ist ein Open-Source-System, das Container verwaltet, um die Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von Anwendungen zu beschleunigen. Es erstellt eine Reihe von Komponenten, die diese Aktivitäten entweder auf der Grundlage von Speicher, CPU oder speziell entwickelten Messungen bereitstellen. Alle Elemente, die Teil von Kubernetes sind oder auf Kubernetes laufen, sind mit der Kubernetes-API verbunden. Die Plattform steuert Rechen- und Speicherressourcen, indem sie diese als Objekte klassifiziert und verwaltet. 

Ein grundlegendes Konzept von Kubernetes besteht darin, dass es ständig versucht, den Zustand, in dem Ihre Container tatsächlich laufen, mit dem gewünschten Zustand abzugleichen. Dieser Ansatz, der auf der Deklaration des gewünschten Zustands und der Fähigkeit von Kubernetes, diesen kontinuierlich zu überwachen und zu korrigieren, basiert, ist der Grund, warum Kubernetes bei DevOps für die Verwaltung des Anwendungslebenszyklus so beliebt ist.

There are several Kubernetes management strategies that can help you achieve high scalability for your applications:

1. Horizontal Pod Autoscaling: This strategy allows Kubernetes to automatically scale the number of pods based on CPU utilization, ensuring that your application can handle increasing user demand. This helps in maintaining a balance between cost and performance.

2. Cluster Autoscaling: This strategy allows Kubernetes to scale the number of nodes in a cluster based on resource utilization. This is particularly useful for applications that have variable workload patterns.

3. Vertical Pod Autoscaling: This strategy adjusts the CPU and memory resources allocated to a pod based on its actual resource utilization, allowing for better utilization of resources and improved application performance.

4. Rolling Updates: Kubernetes allows you to update your application without any downtime by gradually rolling out updates to a single pod at a time. This ensures that your application remains available and can handle high traffic during updates.

5. Fault Tolerance: By using Kubernetes features like ReplicaSets and self-healing mechanisms, you can ensure that your application remains available even if some of the pods fail.

6. Multiple Clusters: Another strategy is to run multiple clusters for your application, allowing you to isolate and scale different parts of your application separately. This can help you handle highly complex and large-scale applications more efficiently.

By implementing these strategies, you can ensure high scalability for your applications running on Kubernetes. It is important to regularly monitor and analyze your application’s performance to identify potential bottlenecks and optimize your Kubernetes setup for even better scalability.