Kubernetes ist eine Open-Source-Plattform zur Automatisierung der Bereitstellung, Skalierung, Vernetzung und Verwaltung von containerisierten Anwendungen. Sie bietet eine konsistente Steuerungsebene für das Ausführen von Arbeitslasten über Maschinencluster hinweg und ermöglicht es Teams, den gewünschten Zustand ihrer Anwendungen zu definieren.
Kubernetes wird häufig in cloud-nativen Umgebungen verwendet, ist jedoch keine Voraussetzung für jede containerisierte Anwendung. Sein Wert hängt vom Umfang, den betrieblichen Anforderungen, den Teamfähigkeiten und der Komplexität der verwalteten Arbeitslasten ab.
Was ist Kubernetes?
Kubernetes, oft auf K8s abgekürzt, ist eine Container-Orchestrierungsplattform, die ursprünglich bei Google entwickelt wurde und nun als Open-Source-Projekt unter der Cloud Native Computing Foundation gepflegt wird. Es koordiniert Container über ein Cluster und bietet Mechanismen für Planung, Dienstentdeckung, Skalierung, Konfiguration und Wiederherstellung von Arbeitslasten.
Anstatt manuell einzelnen Servern genau zu sagen, was sie ausführen sollen, beschreiben Administratoren den gewünschten Zustand der Anwendung. Kubernetes-Controller arbeiten kontinuierlich daran, die tatsächliche Umgebung in diesen Zustand zu bringen.
Wie Kubernetes funktioniert
- Ein Team definiert die Anwendungsanforderungen in Kubernetes-Ressourcen.
- Die Steuerungsebene von Kubernetes speichert und verarbeitet den gewünschten Zustand.
- Der Scheduler wählt geeignete Arbeitsknoten für die Arbeitslasten aus.
- Kubelet-Agenten auf den Arbeitsknoten sorgen dafür, dass die zugewiesenen Arbeitslasten ausgeführt werden.
- Controller überwachen Ressourcen und reagieren, wenn der tatsächliche Zustand vom gewünschten Zustand abweicht.
- Netzwerkkomponenten machen Dienste im Cluster oder außerhalb des Clusters erreichbar.
Dieses deklarative Modell ist eine der zentralen Ideen von Kubernetes. Wenn ein Container ausfällt oder eine Arbeitslast zusätzliche Replikate benötigt, kann Kubernetes gemäß seiner Konfiguration Korrekturmaßnahmen ergreifen.
Kernkomponenten von Kubernetes
Cluster
Ein Kubernetes-Cluster ist die gesamte Umgebung, in der Arbeitslasten ausgeführt werden. Er enthält die Steuerungsebene und einen oder mehrere Arbeitsknoten.
Kontroll-Ebene
Die Steuerungsebene verwaltet den gewünschten Zustand des Clusters und koordiniert wichtige Orchestrierungsfunktionen. Zu den Hauptkomponenten gehören der API-Server, der Scheduler, der Controller-Manager und der Cluster-Zustands-Speicher.
Knoten
Arbeitsknoten stellen die Computerressourcen bereit, auf denen Anwendungsarbeitslasten ausgeführt werden. Jeder Knoten hat Komponenten, die mit der Steuerungsebene kommunizieren und Container verwalten.
Pods
Ein Pod ist die grundlegende bereitstellbare Einheit von Kubernetes. Er kann einen oder mehrere eng verwandte Container enthalten, die Netzwerk- und Speicherkapazitäten teilen.
Dienstleistungen
Ein Kubernetes-Dienst bietet eine stabile Möglichkeit, eine Gruppe von Pods zu erreichen. Diese Abstraktion hilft Anwendungen, zu kommunizieren, selbst wenn einzelne Pods ersetzt werden.
Bereitstellungen
Ein Deployment verwaltet replizierte Anwendungs-Pods und unterstützt kontrollierte Updates und Rollbacks für viele gängige zustandslose Arbeitslasten.
Kubernetes vs. Docker
| Bereich | Kubernetes | Docker |
|---|---|---|
| Hauptrolle | Container-Orchestrierung und Arbeitslastverwaltung | Containerentwicklung und Laufzeitwerkzeuge |
| Terminplanung | Plant Arbeitslasten über Clusterknoten hinweg | Docker selbst ist kein vollständiger Cluster-Orchestrator |
| Skalierung | Unterstützt Mechanismen zur Skalierung von Arbeitslasten | Hängt von der umgebenden Plattform ab |
| Service-Entdeckung | Bietet Cluster-Netzwerkinfrastruktur und Service-Abstraktionen | Primär auf Container und Images fokussiert |
| Typischer Umfang | Anwendungsumgebungen mit mehreren Knoten | Workflows zum Erstellen und Ausführen von Containern |
Docker und Kubernetes sind keine direkten Ersatzprodukte. Entwickler können Docker-kompatible Werkzeuge verwenden, um Images zu erstellen und zu verpacken, und Kubernetes, um Arbeitslasten zu orchestrieren, wobei Kubernetes mehrere Container-Laufzeiten und Image-Workflows unterstützt.
Wichtigste Kubernetes-Funktionen
- Deklarative Konfiguration: Teams beschreiben den gewünschten Zustand von Arbeitslasten und Ressourcen.
- Planung: Kubernetes platziert Arbeitslasten auf verfügbaren Knoten gemäß Ressourcen- und Planungsregeln.
- Selbstheilung: Controller können fehlgeschlagene Pods ersetzen und angeforderte Replikate aufrechterhalten.
- Service-Entdeckung: Dienste bieten stabile Netzwerkendpunkte für Arbeitslasten.
- Skalierung: Arbeitslasten können manuell oder über unterstützte Automatisierungsmechanismen skaliert werden.
- Rollende Updates: Bereitstellungen können schrittweise Anwendungsversionen ersetzen.
- Konfigurationsmanagement: ConfigMaps und Secrets bieten Mechanismen zur Anwendungs- konfiguration und für sensible Werte.
Warum Organisationen Kubernetes verwenden
Kubernetes kann standardisieren, wie Teams containerisierte Anwendungen bereitstellen und betreiben. Eine gemeinsame Plattform kann gemeinsame Muster für Planung, Netzwerk, Beobachtbarkeit, Sicherheit und Automatisierung der Bereitstellung bieten.
Es kann auch Anwendungen unterstützen, die mehrere Replikate, häufige Bereitstellungen oder die Platzierung von Workloads über verschiedene Knoten hinweg benötigen. Diese Vorteile müssen jedoch gegen die betriebliche Komplexität des Betriebs und der Sicherung einer Kubernetes-Umgebung abgewogen werden.
Kubernetes und Cloud-Computing
Wichtige Cloud-Anbieter bieten verwaltete Kubernetes-Dienste an. Verwaltete Steuerungsebenen können einige Infrastrukturverantwortungen reduzieren, obwohl die Teams weiterhin Workloads, Netzwerk, Identität, Sicherheit, Speicher, Kosten und Cluster-Operationen verstehen müssen.
Kubernetes kann auch auf privater Infrastruktur oder über hybride Umgebungen hinweg betrieben werden. Portabilität ist möglich, aber Anwendungen können dennoch Abhängigkeiten von anbieter-spezifischen Diensten und Infrastrukturen entwickeln.
Kubernetes-Netzwerk
Das Kubernetes-Netzwerk ermöglicht Pods und Services, innerhalb eines Clusters zu kommunizieren. Das Netzwerkmodell der Plattform basiert auf einer Implementierung der Container-Netzwerkschnittstelle und kann durch Netzwerkrichtlinien und andere Netzwerkkomponenten erweitert werden.
Für externen Datenverkehr können Teams Mechanismen wie Ingress oder neuere auf der Gateway-API basierende Ansätze verwenden, abhängig von der Plattform und dem Netzwerk-Stack. Netzwerkrichtlinien können einschränken, welche Workloads kommunizieren dürfen.
Kubernetes-Speicher
Container werden oft als ersetzbar betrachtet, sodass Anwendungen, die persistente Daten benötigen, ein explizites Speicherkonzept erfordern. Kubernetes bietet Abstraktionen wie PersistentVolumes und PersistentVolumeClaims zur Anforderung von persistentem Speicher.
Das Speicherverhalten hängt von der zugrunde liegenden Infrastruktur und dem Speicher- treiber ab. Teams sollten Backup-, Wiederherstellungs-, Leistungs- und Ausfallszenarien testen, anstatt anzunehmen, dass persistenter Speicher automatisch geschützt ist.
Kubernetes-Sicherheit
Die Sicherheit von Kubernetes umfasst den Cluster, Workloads, Identitäten, Images, Netzwerkpfade, Secrets und die zugrunde liegende Infrastruktur. Eine sichere Konfiguration sollte das Minimalprinzip anwenden und unnötigen Zugriff reduzieren.
- Verwenden Sie rollenbasierte Zugriffskontrolle mit entsprechenden Berechtigungen.
- Schützen Sie den Zugriff auf die Kubernetes-API.
- Scannen Sie Container-Images und Abhängigkeiten auf Sicherheitsanfälligkeiten.
- Verwenden Sie vertrauenswürdige Bildquellen und kontrollierte Registries.
- Schützen Sie Secrets und vermeiden Sie es, Anmeldeinformationen im Quellcode offenzulegen.
- Wenden Sie Netzwerkrichtlinien an, wo es angemessen ist.
- Halten Sie Kubernetes- und Knotenkomponenten aktuell.
- Überwachen Sie die Cluster- und Workload-Aktivität.
Kubernetes-Beobachtbarkeit
Die Überwachung einer Kubernetes-Umgebung erfordert Sichtbarkeit sowohl in die Infrastruktur als auch in das Verhalten der Anwendungen. Teams sammeln häufig Metriken, Protokolle und verteilte Traces.
Nützliche Signale sind die Ressourcennutzung der Knoten, Pod-Neustarts, Einsatzgesundheit, API-Server-Aktivität, Anwendungs-Latenz, Fehlerraten und Ressourcensättigung. Standardisierte Beobachtbarkeit kann verteilte Fehler einfacher untersuchen.
Wie man mit Kubernetes anfängt
- Lernen Sie die Grundlagen von Containern, bevor Sie mit der Orchestrierung beginnen.
- Erstellen Sie ein kleines Anwendungs-Image und führen Sie es lokal aus.
- Pods, Deployments, Services, ConfigMaps und Secrets lernen.
- Die Anwendung in einem Entwicklungscluster bereitstellen.
- Ressourcenanforderungen und -grenzen konfigurieren.
- Gesundheitsprüfungen und grundlegende Beobachtbarkeit hinzufügen.
- Zugriffskontrollen und Sicherheitsrichtlinien anwenden.
- Bereitstellung automatisieren und Fehlerszenarien vor der Produktion testen.
Expertentipps
- Mit der einfachsten Clusterarchitektur beginnen, die die Arbeitslastanforderungen erfüllt.
- CPU- und Speicheranforderungen sowie -grenzen basierend auf gemessenem Verhalten definieren.
- Bereitschafts- und Lebendprüfungen sorgfältig verwenden.
- Manifeste in der Versionskontrolle halten und deklaratives Management bevorzugen.
- Sicherheit und Bildscans in der Bereitstellungspipeline automatisieren.
- Clusterkosten überwachen, während sich die Arbeitslasten skalieren.
- Dokumentieren Sie das Eigentum an Clustern, Namespaces, Arbeitslasten und kritischen Services.
Häufige Kubernetes-Fehler
- Kubernetes übernehmen, wenn eine einfachere Hosting-Plattform die Anforderungen erfüllen würde.
- Arbeitslasten ohne Ressourcenanforderungen und -grenzen ausführen.
- Services öffentlich ohne angemessene Zugriffskontrollen exponieren.
- Backup und Wiederherstellung des persistenten Speichers ignorieren.
- Übermäßige administrative Berechtigungen verwenden.
- Pod-Fehler und Ressourcensättigung nicht überwachen.
- Annehmen, dass verwaltetes Kubernetes alle betrieblichen Verantwortlichkeiten entfernt.
Häufig gestellte Fragen
Was ist Kubernetes in einfachen Worten?
Kubernetes is a platform that automates the deployment, scaling, networking, and management of containerized applications across a cluster of machines.
Warum wird Kubernetes K8s genannt?
K8s is a common abbreviation for Kubernetes. The number 8 represents the eight letters between the first and last letters of the word.
Ist Kubernetes ein Container?
No. Kubernetes is an orchestration platform. It manages containerized workloads rather than being a container itself.
Ist Kubernetes dasselbe wie Docker?
No. Docker provides container development and runtime tooling, while Kubernetes coordinates containerized workloads across clusters.
Brauchen alle Anwendungen Kubernetes?
No. Small applications and straightforward workloads may be better served by simpler deployment platforms. Kubernetes becomes more relevant when orchestration capabilities justify its complexity.
Was ist ein Kubernetes-Pod?
A Pod is the basic deployable unit in Kubernetes and can contain one or more containers that share networking and storage resources.
Kann Kubernetes Anwendungen automatisch skalieren?
Yes. Kubernetes supports several scaling mechanisms, including workload replicas and autoscaling features, when configured appropriately.
Ist Kubernetes sicher?
Kubernetes provides security mechanisms such as RBAC and network policies, but secure operation depends on correct configuration, maintenance, workload security, and monitoring.
Fazit
Kubernetes provides a powerful framework for deploying and operating containerized applications. Its declarative model, scheduling, service discovery, scaling, and self-healing capabilities can help organizations manage complex workloads consistently.
However, Kubernetes also adds significant operational complexity. Teams should adopt it when its orchestration capabilities solve real requirements and should invest in security, observability, automation, and cost management from the beginning.
Want to continue exploring modern infrastructure? Next in this technology series is Container Orchestration, where we examine the broader concepts behind managing containers at scale.
