Was ist ein Kubernetes Cluster?
Ein Kubernetes Cluster ist eine Gruppe von Knoten (physische oder virtuelle Maschinen), die zusammen ein gemeinsames Ziel erreichen sollen. Ein Kubernetes Cluster bietet erweiterte Orchestrierungsfunktionen, die ihn zu einer wichtigen Komponente in der DevOps-Welt machen. Der Cluster ist ein Mechanismus, der containerisierte Anwendungen über mehrere Hosts hinweg verwaltet und eine automatisierte Bereitstellung, Wartung und Skalierung von Anwendungen ermöglicht.
Ein wesentlicher Aspekt eines Kubernetes Clusters ist die Art und Weise, wie er mit Containern umgeht. Container sind leichte, eigenständige, ausführbare Softwarepakete, die alles enthalten, was zum Ausführen einer Anwendung erforderlich ist: Code, eine Laufzeitumgebung, Bibliotheken, Umgebungsvariablen und Konfigurationsdateien. Der Kubernetes Cluster gruppiert Container, die dieselbe Funktion erfüllen, in Pods. Pods werden auf Knoten ausgeführt und sind die kleinste Verwaltungseinheit in einem Kubernetes Cluster.
Die Hauptfunktion eines Kubernetes Clusters besteht darin, den Lebenszyklus von Pods und Containern skalierbar und automatisiert zu verwalten. Er überprüft ständig den Zustand von Knoten, Pods und Containern, startet ausgefallene Container neu, ersetzt und plant Pods neu, wenn Knoten ausfallen, und stellt sicher, dass Pods nur dann an Clients angekündigt werden, wenn sie einsatzbereit sind.
Vorteile der Ausführung Ihrer Workloads in Kubernetes Clustern
Skalierbarkeit
Einer der grundlegenden Vorteile von Kubernetes Clustern ist ihre inhärente Skalierbarkeit. Die Fähigkeit zur effizienten Skalierung ist der Schlüssel zu modernen Microservices und Cloud-nativen Anwendungen. Mit Kubernetes Clustern können Sie Ihre Anwendungen nahtlos skalieren, entweder manuell oder automatisch, basierend auf der CPU-Auslastung oder anderen anwendungsspezifischen Metriken.
Darüber hinaus unterstützt der Kubernetes Cluster sowohl horizontale als auch vertikale Skalierung. Bei der horizontalen Skalierung werden Ihrem Netzwerk weitere Maschinen hinzugefügt, um die Verteilung und Leistung zu verbessern, während bei der vertikalen Skalierung mehr Ressourcen für einen bestimmten Pod oder eine bestimmte Anwendung bereitgestellt werden. Mit dieser Flexibilität machen Kubernetes Cluster die Anwendungsbereitstellung effizienter und widerstandsfähiger.
Hohe Verfügbarkeit
Ein weiterer wesentlicher Vorteil von Kubernetes Clustern ist die hohe Verfügbarkeit. Hohe Verfügbarkeit ist heute für viele Unternehmen eine kritische Anforderung, da Ausfallzeiten erhebliche Schäden verursachen können. Kubernetes Cluster gehen auf dieses Problem ein, indem sie sicherstellen, dass die gewünschte Anzahl von Anwendungsinstanzen immer betriebsbereit ist.
Durch ständige Überprüfung des Zustands von Knoten und Containern gewährleistet der Kubernetes Cluster eine hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit für Ihre Anwendungen. Wenn ein Container oder Knoten ausfällt, ersetzt oder verschiebt der Kubernetes Cluster ihn automatisch und stellt so einen unterbrechungsfreien Dienst sicher.
Lastverteilung
Kubernetes Cluster bieten außerdem integriertes Lastenausgleichssystem. Lastenausgleich ist eine Methode, um den Netzwerkverkehr auf mehrere Server zu verteilen, damit kein einzelner Server zu viel beansprucht. Dies gewährleistet nicht nur eine effiziente Nutzung der Ressourcen, sondern verbessert auch die Reaktionsfähigkeit und Verfügbarkeit der Anwendung.
In einem Kubernetes Cluster kann der Lastausgleich auf zwei Ebenen implementiert werden: auf der Transportebene mit NodePort oder auf der Anwendungsebene mit Ingress. Unabhängig von der verwendeten Methode sorgt der Lastausgleich in einem Kubernetes Cluster dafür, dass sich die Container die Last teilen, was zu einer verbesserten Leistung und Benutzererfahrung führt.
Rollouts und Rollbacks
Kubernetes Cluster bieten ausgefeilte Rollout- und Rollback-Mechanismen. Wenn Sie eine neue Version Ihrer Anwendung mithilfe des Deployment-Objekts bereitstellen, kann Kubernetes Änderungen schrittweise ausrollen, um sicherzustellen, dass nicht alle Instanzen gleichzeitig betroffen sind. Wenn etwas schief geht, ist ein automatisches Rollback auf die vorherige Version möglich.
Mit einigen Anpassungen ist es möglich, erweiterte Bereitstellungsstrategien in Kubernetes zu implementieren, wie etwa Blue-Green-Bereitstellung und Canary-Bereitstellung.
Kubernetes Clusterarchitektur: Schlüsselkomponenten
Dies sind die Hauptkomponenten, aus denen ein Kubernetes Cluster besteht:
Knoten
Knoten sind die grundlegenden Elemente eines Kubernetes Clusters. Sie sind die Arbeitsmaschinen, auf denen Ihre Anwendungen und Workloads ausgeführt werden. Jeder Knoten in einem Cluster kann mehrere Pods und damit mehrere Anwendungen ausführen. Knoten können je nach Bereitstellung physische Server in einem Rechenzentrum oder virtuelle Maschinen sein, die in der Cloud ausgeführt werden.
Knoten enthalten die erforderlichen Dienste zum Ausführen von Pods, die von der Steuerebene verwaltet werden. Ein Kubernetes Cluster umfasst im Allgemeinen mehrere Knoten (bis zu Tausenden in großen Clustern), um eine hohe Verfügbarkeit und Kapazität sicherzustellen.
Pods
Während Knoten die Hardwaregrundlage bilden, sind Pods die kleinsten bereitstellbaren Einheiten in einem Kubernetes Cluster. Ein Pod kapselt einen Anwendungscontainer (oder in einigen Fällen mehrere Container), Speicherressourcen, eine eindeutige Netzwerk-IP und Optionen, die steuern, wie die Container ausgeführt werden sollen.
Jeder Pod ist dafür gedacht, eine einzelne Instanz einer Anwendung oder Arbeitslast auszuführen. Wenn die Anwendung skaliert werden muss, werden bei Bedarf zusätzliche Pods hinzugefügt. Pods in einem Kubernetes Cluster können manuell verwaltet werden, werden aber meistens von der Kubernetes-Steuerebene und automatisierten Mechanismen, sogenannten Controllern, gesteuert.
Kontrollebene
Die Kontrollebene ist das Gehirn eines Kubernetes Clusters. Sie trifft globale Entscheidungen über den Cluster (wie die Planung) und erkennt und reagiert auf Cluster-Ereignisse (wie das Starten eines neuen Pods, wenn eine Bereitstellung nicht über genügend Replikate verfügt).
Die Steuerebene besteht aus mehreren Komponenten, darunter Kube-API-Server, etcd, Kube-Scheduler, Kube-Controller-Manager, Cloud-Controller-Manager und Kubelet. Jede dieser Komponenten spielt eine wichtige Rolle bei der Verwaltung des Clusters, stellt sicher, dass er optimal funktioniert und hält den gewünschten Zustand Ihrer Anwendungen aufrecht.
Arbeitslasten
Jede Anwendung, die Sie auf einem Kubernetes Cluster ausführen, kann als Workload bezeichnet werden. Workloads sind der Grund, warum Sie überhaupt einen Cluster haben. Dabei kann es sich um einfache Anwendungen handeln, wie z. B. einen einzelnen Pod, auf dem ein Webserver ausgeführt wird, oder um komplexe Anwendungen mit mehreren Microservices, die in verschiedenen Pods ausgeführt werden und über Netzwerke miteinander verbunden sind.
Workloads in Kubernetes werden mithilfe deklarativer YAML- oder JSON-Konfigurationsdateien definiert, die den gewünschten Status der Anwendung angeben. Die Rolle der Steuerebene besteht darin, sicherzustellen, dass der tatsächliche Status Ihrer Anwendungen immer dem in diesen Dateien definierten gewünschten Status entspricht.
Wie funktioniert ein Kubernetes Cluster?
Wenn Sie eine Anwendung auf einem Kubernetes Cluster bereitstellen, erstellen Sie im Wesentlichen eine Workload. Diese Workload wird in einer Konfigurationsdatei definiert, die den gewünschten Zustand der Anwendung angibt. Die Steuerebene verwendet diese Konfiguration als Eingabe und plant die erforderlichen Pods auf verfügbaren Knoten, um die Anforderungen zu erfüllen.
Der Kube-Scheduler in der Steuerebene entscheidet, welcher Knoten einen neu erstellten Pod ausführen soll. Dabei werden die vom Pod benötigten Ressourcen und die auf den Knoten verfügbaren Ressourcen berücksichtigt. Sobald die Pods ausgeführt werden, überwacht der Kube-API-Server ständig ihren Status, um sicherzustellen, dass sie dem gewünschten Status entsprechen.
Wenn ein Pod ausfällt oder ein Knoten nicht mehr verfügbar ist, greift die Steuerebene ein, um sicherzustellen, dass der gewünschte Zustand beibehalten wird. Sie kann einen neuen Pod auf einem anderen Knoten starten oder bei Bedarf sogar neue Knoten zum Cluster hinzufügen. Dieser Prozess zur Aufrechterhaltung des gewünschten Zustands wird als Abstimmung bezeichnet – er ist die Grundlage für Skalierbarkeit und Hochverfügbarkeit in Kubernetes.
Tutorial: Erstellen und Einrichten eines Kubernetes Clusters mit Minikube
Erstellen eines Minikube-Clusters
Minikube ist ein Open-Source-Projekt, mit dem Sie einen Kubernetes Cluster auf Ihrem lokalen System einrichten können. Stellen Sie vor dem Fortfahren sicher, dass Sie Minikube auf Ihrem System installiert haben. Wenn nicht, können Sie es von der Projektwebsite herunterladen .
Sobald Minikube installiert ist, öffnen Sie Ihr Terminal und geben Sie den Befehl ein minikube start. Dieser Befehl initialisiert einen neuen Single-Node-Kubernetes Cluster innerhalb einer virtuellen Maschine auf Ihrem Computer.
Der Erstellungsprozess kann einige Minuten dauern, da Minikube die erforderlichen Docker-Images herunterladen muss. Sobald dies erledigt ist, sollten Sie eine Meldung sehen, die angibt, dass Ihr Cluster betriebsbereit ist. Sie können den Status Ihres Clusters überprüfen, indem Sie den Befehl minikube statusin Ihr Terminal eingeben. Dieser Befehl bietet eine Zusammenfassung Ihres Kubernetes Clusters, einschließlich des Status seines Hosts, Kubelets und API-Servers.
Öffnen Sie das Dashboard
Nachdem Sie Ihren Kubernetes Cluster erfolgreich erstellt haben, ist es an der Zeit, sich mit dem Kubernetes-Dashboard vertraut zu machen. Dies ist eine webbasierte Benutzeroberfläche, die Informationen zum Status Ihres Kubernetes Clusters bereitstellt. Um auf das Dashboard zuzugreifen, führen Sie den Befehl minikube dashboardin Ihrem Terminal aus. Dieser Befehl öffnet ein neues Browserfenster, in dem das Kubernetes-Dashboard angezeigt wird.
Das Dashboard bietet einen umfassenden Überblick über Ihren Kubernetes Cluster und gibt Ihnen Einblicke in seinen aktuellen Status und mögliche Probleme. Sie können unter anderem detaillierte Informationen zu Ihren Workloads, Diensten und Pods anzeigen. Darüber hinaus können Sie direkt vom Dashboard aus neue Ressourcen erstellen, vorhandene skalieren oder sogar Ressourcen löschen.
Erstellen einer Bereitstellung
Wenn der Kubernetes Cluster einsatzbereit ist und Ihnen das Dashboard zur Verfügung steht, ist es nun an der Zeit, eine Bereitstellung zu erstellen. In Kubernetes ist eine Bereitstellung eine Blaupause für Ihre Anwendung. Sie beschreibt, welche Art von Containern benötigt werden, wie viele davon und wie sie konfiguriert werden sollten. Zum Erstellen einer Bereitstellung benötigen Sie eine YAML- oder JSON-Datei, die Ihre Bereitstellungskonfiguration definiert.
Lassen Sie uns beispielsweise eine Bereitstellung für einen einfachen Nginx-Webserver erstellen. Zuerst müssen Sie eine YAML-Datei nginx-deployment.yamlmit dem folgenden Inhalt erstellen:
Sobald Sie die YAML-Datei haben, können Sie die Bereitstellung erstellen, indem Sie den Befehl ausführen kubectl apply -f nginx-deployment.yaml. Dieser Befehl erstellt eine neue Bereitstellung in Ihrem Kubernetes Cluster, die Sie in Ihrem Kubernetes-Dashboard anzeigen können agile project management.
Erstellen eines Dienstes
Nachdem Sie eine Bereitstellung erstellt haben, besteht der nächste Schritt darin, sie als Dienst verfügbar zu machen. Ein Dienst in Kubernetes ist eine Abstraktion, die eine logische Gruppe von Pods und eine Richtlinie für den Zugriff darauf definiert. Einfacher ausgedrückt ermöglicht ein Dienst den Netzwerkzugriff auf eine Gruppe von Pods.
Um einen Dienst zu erstellen, benötigen Sie eine weitere YAML- oder JSON-Datei, die Ihre Dienstkonfiguration definiert. Für unsere nginx-Bereitstellung könnte die YAML-Datei folgendermaßen aussehen:
Sobald Sie die YAML-Datei haben, können Sie den Dienst erstellen, indem Sie den Befehl ausführen kubectl apply -f nginx-service.yaml. Dieser Befehl erstellt einen neuen Dienst in Ihrem Kubernetes Cluster, den Sie auch in Ihrem Kubernetes-Dashboard anzeigen können.
Kubernetes Cluster mit Komodor
Komodor ist eine entwicklungsorientierte Kubernetes-Plattform für Betriebs- und Zuverlässigkeitsmanagement. Sie zeichnet sich durch eine vereinfachte und einheitliche Benutzeroberfläche aus, mit der Sie die täglichen Aufgaben im Zusammenhang mit Kubernetes Clustern verwalten können. Im Kern bietet Ihnen die Plattform eine Echtzeit-Übersicht auf die Integrität, Konfigurationen und Ressourcennutzung Ihres Clusters. Diese Abstraktion ist besonders nützlich für Routineaufgaben wie das Ausrollen von Updates, das Skalieren von Anwendungen und das Verwalten von Ressourcen. Sie können problemlos Engpässe, nicht ausgelastete Knoten oder Konfigurationsdrift identifizieren und dann fundierte Entscheidungen treffen, ohne YAML-Dateien durchsuchen oder ein Dutzend kubectl-Befehle ausführen zu müssen.
Komodor dient nicht nur der Beobachtung, sondern lässt sich auch in Ihre vorhandenen CI/CD-Pipelines und Konfigurationsmanagement-Tools integrieren, um Routineaufgaben reibungsloser zu gestalten. Die Plattform bietet eine optimierte Möglichkeit, Änderungen, wie z. B. das Skalieren von Bereitstellungen oder das Aktualisieren von Konfigurationen, direkt über ihre Schnittstelle vorzunehmen. Sie kann sogar CD-Tools wie Argo oder Flux automatisch erkennen und in diese integrieren, um einen GitOps-Ansatz zu unterstützen! Komodors „app-zentrierter“ Ansatz für das Kubernetes-Management ist ein Game-Changer für tägliche Betriebsaufgaben und macht es sowohl erfahrenen DevOps-Ingenieuren als auch Kubernetes-Neulingen leichter, ihre Cluster reibungslos am Laufen zu halten und die Hochverfügbarkeit ihrer Anwendungen aufrechtzuerhalten.
Um Komodor auszuprobieren, melden Sie sich über diesen Link für eine kostenlose Testversion an .