Kubernetes detailliert

Kubernetes detailliert

Kubernetes ist ein Open-Source-System zur Orchestrierung und Verwaltung von Containern, das ursprünglich von Google entwickelt und später der Cloud Native Computing Foundation (CNCF) übergeben wurde. Kubernetes automatisiert den Bereitstellungs-, Skalierungs- und Betrieb von containerisierten Anwendungen und ist heute eines der meistgenutzten Systeme zur Verwaltung von Microservices-Architekturen und Cloud-nativen Anwendungen.

Container sind eine leichtgewichtige Möglichkeit, Anwendungen und ihre Abhängigkeiten zu isolieren und in jeder Umgebung auszuführen. Kubernetes hilft dabei, diese Container effizient zu verwalten, indem es die Bereitstellung und Skalierung von Containern automatisiert, die Überwachung von Systemzuständen übernimmt und eine hohe Verfügbarkeit sowie Fehlerbehebung bereitstellt.

Wie Kubernetes funktioniert:

Kubernetes besteht aus verschiedenen Komponenten, die zusammenarbeiten, um Container-Anwendungen in großem Maßstab zu verwalten:

  • Cluster: Ein Kubernetes-Cluster besteht aus einem Master-Knoten und mehreren Worker-Knoten. Der Master verwaltet das Cluster, koordiniert die Ausführung der Anwendungen und überwacht den Zustand des Systems. Die Worker-Knoten führen die Container aus, die von Kubernetes orchestriert werden.
  • Pods: In Kubernetes sind Pods die kleinste und einfachste Deployable-Einheit. Ein Pod kann einen oder mehrere Container enthalten, die zusammen auf einem Knoten ausgeführt werden. Container innerhalb eines Pods teilen sich Ressourcen wie Netzwerknamen und Volumes.
  • Deployments: Ein Deployment ist eine abstrakte Schicht, die die Bereitstellung von Pods verwaltet. Es sorgt dafür, dass immer eine gewünschte Anzahl von Pods läuft und ermöglicht die Skalierung der Anwendung sowie das Rollout von neuen Versionen.
  • Services: Ein Service in Kubernetes ist eine Abstraktion, die es ermöglicht, einen Satz von Pods unter einer einheitlichen IP-Adresse und einem DNS-Namen anzusprechen. Services ermöglichen die Kommunikation zwischen Pods und bieten Load Balancing.
  • Namespaces: Namespaces bieten eine Möglichkeit, Ressourcen in einem Kubernetes-Cluster zu isolieren und zu organisieren. Sie sind nützlich für die Verwaltung von unterschiedlichen Umgebungen (z. B. Entwicklung, Test, Produktion) innerhalb desselben Clusters.

Wichtige Funktionen von Kubernetes:

  • Automatisierte Bereitstellung: Kubernetes ermöglicht die einfache Bereitstellung von containerisierten Anwendungen, indem es die Konfiguration und das Management der Infrastruktur automatisiert. Dies erleichtert das Deployment und minimiert menschliche Fehler.
  • Skalierung: Kubernetes kann Anwendungen automatisch skalieren, sowohl vertikal (Hinzufügen von Ressourcen wie CPU und RAM) als auch horizontal (Hinzufügen von mehr Instanzen, um den Traffic zu bewältigen). Skalierungen erfolgen entweder manuell oder basierend auf der aktuellen Last.
  • Selbstheilung: Kubernetes überwacht die ausgeführten Pods und stellt sicher, dass diese korrekt laufen. Sollte ein Pod ausfallen, wird er automatisch neu gestartet oder durch einen anderen ersetzt, um eine hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten.
  • Lastverteilung: Kubernetes bietet integriertes Load Balancing für Services, sodass eingehender Traffic gleichmäßig auf die verfügbaren Pods verteilt wird. Dies gewährleistet eine optimale Nutzung der Ressourcen und verhindert Engpässe.
  • Ressourcenverwaltung: Kubernetes bietet detaillierte Steuerungsmöglichkeiten über die Ressourcen (z. B. CPU, RAM), die einem Container zugewiesen werden. Es stellt sicher, dass die Ressourcen effizient und gerecht genutzt werden.
  • Rolling Updates: Mit Kubernetes können Anwendungen ohne Ausfallzeiten aktualisiert werden. Neue Versionen einer Anwendung können schrittweise ausgerollt werden, sodass im Falle von Fehlern schnell auf die alte Version zurückgegriffen werden kann.

Vorteile von Kubernetes:

  • Effiziente Ressourcenverwaltung: Kubernetes maximiert die Ressourcennutzung, indem es Container automatisch auf den verfügbaren Knoten im Cluster verteilt. Dies sorgt für eine optimale Nutzung der Infrastruktur und reduziert Kosten.
  • Skalierbarkeit: Kubernetes ermöglicht die horizontale Skalierung von Anwendungen mit minimalem Aufwand. Wenn die Last auf einer Anwendung steigt, kann Kubernetes automatisch zusätzliche Instanzen der Anwendung starten, um die Last zu verteilen.
  • Hohe Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit: Kubernetes bietet hohe Verfügbarkeit, indem es die Anwendungen kontinuierlich überwacht und sicherstellt, dass im Falle eines Ausfalls von Pods oder Knoten neue Instanzen automatisch gestartet werden.
  • Portabilität: Da Kubernetes auf allen großen Cloud-Anbietern und On-Premise-Umgebungen ausgeführt werden kann, ermöglicht es eine hohe Portabilität. Dies bedeutet, dass Anwendungen, die mit Kubernetes entwickelt wurden, einfach zwischen verschiedenen Cloud-Plattformen oder Umgebungen migriert werden können.
  • Automatisierte Verwaltung: Kubernetes automatisiert viele Verwaltungsaufgaben wie das Überwachen von Systemzuständen, die Bereitstellung von Anwendungen, das Rollout von Updates und das Skalieren von Systemen. Dies erleichtert die Arbeit von DevOps-Teams und reduziert den Verwaltungsaufwand.

Verwendung von Kubernetes in der Praxis:

  • Microservices: Kubernetes wird häufig in Microservices-Architekturen verwendet, da es die Bereitstellung, Verwaltung und Skalierung von unabhängigen, kleineren Komponenten einer Anwendung ermöglicht. Jede Komponente kann als ein Container innerhalb von Kubernetes betrieben werden.
  • CI/CD-Pipelines: Kubernetes wird oft in Continuous Integration/Continuous Delivery (CI/CD)-Pipelines integriert, um eine nahtlose und schnelle Bereitstellung von Software in Produktion zu gewährleisten. Kubernetes ermöglicht es, neue Versionen von Anwendungen schnell und sicher auszurollen.
  • Cloud-native Anwendungen: Kubernetes bildet die Grundlage für viele Cloud-native Anwendungen und wird in modernen DevOps-Umgebungen genutzt, um containerisierte Anwendungen effizient und zuverlässig zu verwalten.
  • Verwaltung von Multi-Cloud-Umgebungen: Kubernetes erleichtert die Verwaltung von Anwendungen, die über verschiedene Cloud-Anbieter hinweg betrieben werden, und hilft, eine einheitliche Infrastruktur- und Anwendungsverwaltung auf mehreren Plattformen zu gewährleisten.

Verwandte Begriffe:

Containerization, Docker, Microservices, Cloud Computing, IaaS, DevOps, Kubernetes Dashboard, Helm, Continuous Deployment, Virtualisierung, CI/CD

Glossar / Begriffserklärungen