Kubernetesアーキテクチャ：2022年に知っておくべきことすべて

公開: 2021-01-05

目次

Kubernetesについて

Kubernetesは、リソースの最大化、自動デプロイプロセスと更新、自動スケーリング、自己修復、自動ロールバックとロールアウト、コンテナオーケストレーターの負荷分散、サービスディスカバリ、自動再起動、自動配置などの機能を備えたオープンソースプラットフォームです。自動レプリケーションなど。Kubernetesはコンテナオーケストレーターだけではありません。 クラウドベースのアプリケーション用のOSでもあります。

これは、Windows、MacOS、またはLinuxで実行される他のアプリケーションと同様のアプリケーションをより柔軟に実行するためのプラットフォームのようなものです。 これにより、オーケストレーションの負荷が軽減され、開発者はセルフサービス操作の目的でコンテナ中心のワークフローに完全に集中できます。 開発者には、展開とアプリケーション管理において非常に高度な自動化という利点があります。 機能を強化するために、任意の環境と統合できます。

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Kubernetesアーキテクチャ

Kubernetesアーキテクチャは、上位層と下位層のレイヤーで構成されています。 この個人では、物理マシンまたは仮想マシンが1つのクラスターにまとめられます。 共有ネットワークは、各サーバー間の通信に使用されます。 Kubernetesには、（少なくとも）コントロールプレーンとして機能する1つのマスター、分散ストレージシステムがあります。 複数のクラスターノードは、Kubeletsとも呼ばれます。

  • Kubernetesのマスターであるコントロールプレーンは、デプロイのスケジュールを設定し、APIを公開し、Kubernetesクラスター全体を管理します。
  • クラスターノードは、コンテナーランタイム、マスターと通信するためのエージェント、およびその他の監視コンポーネント、ロギングなどを実行します。

以下の画像に、 KubernetesアーキテクチャとKubernetesコンポーネントを示します。

ソース

Kubernetesコンポーネントを見てみましょう。

Kubernetesコンポーネント

マスター：Kubernetesコントロールプレーン

マスターは、Kubernetes内のすべてのオブジェクトのデータを維持します。 クラスタ全体を管理するため、マスターと呼ばれます。 オブジェクトの状態を制御し、システムの実際の状態と必要な状態の一致を維持し、変更に応答します。

次の3つの重要なコンポーネントが含まれています。

  • Kube- APIサーバー： KubernetesAPIサーバー
  • Kube-スケジューラ：ワーカーノードでのポッドスケジューリング
  • Kube-コントローラー：ポッドレプリケーションを管理します

複数のマスターノードがある場合、これらのコンポーネントはすべてのマスターノードに複製されます。

更新、スケーリングなどを含むさまざまなアプリケーションのライフサイクルオーケストレーションは、APIサーバーによって実行されます。 これは、クラスター内にないクライアントのゲートウェイとして機能します。 APIサーバーが認証を行います。 また、ポッドとノードの仲介役のようにも機能します。

コントローラは次のタスクを実行します。

  • コア制御ループの実行
  • 必要な状態に向けて運転状態を変更します。
  • クラスターの状態を監視する

また、パブリッククラウドに統合することにより、ルーティング、ストレージサービス、負荷分散、DNSネットワークサービス、VMインスタンスも提供します。 自動スケーリング、ノード、サービス、ポッド、名前空間の状態を駆動するさまざまなコントローラー。

ノード全体のコンテナーのスケジューリングは、クラスター内のスケジューラーによって行われます。 さまざまなリソースの制限/保証、または非アフィニティ/アフィニティ仕様を検討します。

Kubernetesコントロールプレーンの分類法を以下に示します。

ソース

クラスターノード：Kubelets

Kubeletsは、コンテナーの実行を担当するさまざまなマシンです。 マスターはクラスターノードの管理を行います。 ミニオンとも呼ばれます。 クラスターノードは、Kubernetesのプライマリコントローラーと見なされます。 コンテナーの実行レイヤーであるDockerを駆動します。

次のコンポーネントが含まれています。

  • ポッド：コンテナのグループ
  • Docker：コンテナベースのテクノロジー、OSのユーザースペース
  • Kubelet：ポッドのセットの保守を担当するコンテナエージェント。
  • Kube-proxy：サービスからノードに入るトラフィックをルーティングします。

Kubernetesクラスターノードの分類法を以下に示します。

ソース

ポッドとサービス

ポッドは、開発者がやり取りするKubernetesの重要な概念です。 実行中のプロセスを表します。 WordPressLAMPアプリケーションなどの垂直統合されたアプリケーションスタックをホストできます。 以下に、さまざまなポッドタイプを示します。

ポッドタイプ機能性
ReplicaSet シンプルポッドタイプ

固定ポッドの実行を保証します

展開ReplicaSetを介した宣言型のポッド管理

ローリングアップデートとロールバックメカニズムが含まれています。

StatefulSet 永続化する必要があるポッドを管理します
デーモンセット各ノードがポッドインスタンスを実行していることを確認します。

ログ転送やヘルスモニタリングなどのクラスターサービスを管理します。

CronJobとJob スケジューラーとして短命なジョブを実行します

ポッドは、多数のコンテナーと外部ボリュームで構成できます。 ポッドの分類法を次の図に示します。

ソース

サービスはポッドの追跡を行います。 ポッドとサービスの関連付けを定義するために、IPアドレスの割り当ての代わりにセレクターまたはラベルが使用されます。 これにより、サービスへのポッドの追加と新しいバージョンのリリースが簡単になります。 さまざまなサービスタイプは次のとおりです。

サービスの種類機能性
ClusterIP デフォルトタイプ; 内部IPにサービスを公開し、サービスを到達可能にします
NodePort 開発者が独自のロードバランサーを設定できるようにします
LoadBalancer 構成を自動化します
ExternalName 一般的に、Kubernetes内でサービスを作成するために使用されます。

使用される一般的なクラウド展開は、LoadBalancerタイプです。 Kubernetesは、複雑さを解決するための高レベルのIngressの抽象化をサポートしています。 ユーザーは、同じロードバランサーを使用することにより、同じIPアドレス内で異なるサービスを表示できます。

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Kubernetesネットワーキング

ほとんどの場合、CNI（Container Network Interface）は、基本的なネットワークを隠すために使用されます。 フルルーティングオプションのCalicoも使用できます。 どちらのオプションでも、通信はクラスター全体のポッドネットワークで行われ、CalicoまたはFlannel（CNIプロバイダー）によって制御されます。 コンテナは、制限なしにローカルホストを介してポッド内で通信できます。 外部ソースからサービスまたはポッドからサービスへの移動は、Kubeプロキシを介して行われます。

永続ストレージ

一部のデータを含むディレクトリは、Kubernetesではボリュームと呼ばれます。 ディレクトリはポッドからアクセスできます。 Kubernetesには多くのストレージタイプがあります。 ポッド内のコンテナは、任意のストレージを消費できます。 NFS、Amazon Elastic Block Store、Iscsi、CephFSなどのパブリッククラウドサービスは、ファイルのマウントとポッドへのブロックストレージに使用されます。 PV（PersistentVolumes）は、既存のストレージリソースに関連付けられているクラスター全体のオブジェクトです。

名前空間内では、ストレージ消費の要求はPersistentVolumeClaimによって開始されます。 PVのさまざまな状態が利用可能であり、バインドされ、解放され、失敗します。 StorageClassesは抽象化レイヤーです。 基盤となるストレージ品質を差別化し、さまざまな特性を分離します。 ポッドは、StorageClassesとPersistentVolumeClaimを使用して、新しいストレージを動的に要求できます。

ソース

ディスカバリーおよびパブリッシングサービス

クラスターのバージョンに応じて、Kubernetesはサービスの検出をKube-DNSまたはCoreDNSのいずれかに依存します。 これらの統合DNSサービスは、DNSレコードを作成、更新、および削除します。 一貫性のあるシンプルな命名スキームを通じて、アプリケーションが他のポッドやサービスをターゲットにするのに役立ちます。

例（ソース）

Kubernetesサービスの場合、DNSレコードはservice.namespace.svc.cluster.localになります。

DNSレコード、ポッドには次のものを含めることができます： 10.32.0.125.namespace.pod.cluster.local

ソース

名前空間

仮想クラスターを含む物理クラスターは、名前空間と呼ばれます。 これは、Kubernetesオブジェクトのそれぞれのアクセス権とともに、複数のユーザーに個別の仮想環境を提供します。

ラベル

ラベルは、単一の名前空間に存在するリソースを区別するために使用されます。 属性は、キーまたは値のペアによって定義されます。 ラベルは、Kubernetesオブジェクト上で組織構造をマッピングするために使用されます。 環境、リリース状態、アプリ層、または顧客の識別について説明できます。 オブジェクトのハードリンクを防ぎます。

注釈

注釈は、任意の未確認の手荷物またはメタデータをオブジェクトに追加するために使用されます。 これは、宣言型の構成ツールとして使用されます。

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結論

Kubernetesのテクノロジーは急速に発展しており、将来に向けた費用対効果の高いソリューションです。 アプリケーションに優れた安定性を提供します。

この記事では、 KubernetesアーキテクチャとKubernetesコンポーネントのすべての基本概念について説明します。

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