Kubernetes は、コンテナ化されたアプリケーションのデプロイ、スケーリング、ネットワーキング、管理の自動化のためのオープンソースプラットフォームです。これは、マシンクラスタ全体でワークロードを実行するための一貫した制御レイヤーを提供し、チームがアプリケーションの望ましい状態を定義できるようにします。
Kubernetesはクラウドネイティブ環境で広く使用されていますが、すべてのコンテナ化されたアプリケーションに必要というわけではありません。その価値は、スケール、運用ニーズ、チームの能力、および管理されるワークロードの複雑さによって異なります。
Kubernetesとは？
Kubernetesは、一般にK8sと略される、Googleで最初に開発され、現在はCloud Native Computing Foundationの下でオープンソースプロジェクトとして維持されているコンテナオーケストレーションプラットフォームです。これは、クラスタ全体でコンテナを調整し、スケジューリング、サービス発見、スケーリング、構成、ワークロードの回復のためのメカニズムを提供します。
個々のサーバーに何を実行するかを手動で指示するのではなく、管理者はアプリケーションの望ましい状態を説明します。Kubernetesコントローラーは、実際の環境をその状態に移行するために継続的に作業します。
Kubernetesの仕組み
- チームはKubernetesリソースでアプリケーション要件を定義します。
- Kubernetesコントロールプレーンは、望ましい状態を保存および処理します。
- スケジューラはワークロードに適したワーカーノードを選択します。
- ワーカーノードのKubeletエージェントは、割り当てられたワークロードが実行されていることを確認します。
- コントローラーはリソースを監視し、実際の状態が望ましい状態と異なる場合に対応します。
- ネットワーキングコンポーネントは、クラスタ内または外部でサービスを到達可能にします。
この宣言型モデルはKubernetesの中心的なアイデアの一つです。コンテナが失敗するか、ワークロードに追加のレプリカが必要な場合、Kubernetesは構成に従った是正措置を講じることができます。
Kubernetesのコアコンポーネント
クラスター
Kubernetesクラスターは、ワークロードが実行される全体的な環境です。これは、コントロールプレーンと1つ以上のワーカーノードを含みます。
コントロールプレーン
コントロールプレーンはクラスターの望ましい状態を管理し、主要なオーケストレーション機能を調整します。重要なコンポーネントには、APIサーバー、スケジューラー、コントローラーマネージャー、およびクラスター状態ストレージが含まれます。
ノード
ワーカーノードはアプリケーションワークロードが実行される計算リソースを提供します。各ノードには、コントロールプレーンと通信し、コンテナを管理するコンポーネントがあります。
ポッド
PodはKubernetesの基本的なデプロイ可能ユニットです。これは、ネットワーキングとストレージリソースを共有する1つ以上の密接に関連したコンテナを含むことができます。
サービス
Kubernetesサービスは、Podのセットに到達するための安定した方法を提供します。この抽象化により、個々のPodが置き換えられてもアプリケーションが通信できます。
デプロイメント
Deploymentは複製されたアプリケーションPodを管理し、多くの一般的なステートレスワークロードの制御された更新とロールバックをサポートします。
Kubernetes対Docker
| エリア | Kubernetes | Docker |
|---|---|---|
| 主な役割 | コンテナオーケストレーションとワークロード管理 | コンテナ開発とランタイムツール |
| スケジューリング | クラスターノード間でワークロードをスケジュールする | Docker自体は完全なクラスタオーケストレーターではありません |
| スケーリング | ワークロードスケーリングメカニズムをサポート | 周囲のプラットフォームに依存する |
| サービスディスカバリ | クラスタネットワークとサービス抽象化を提供 | 主にコンテナとイメージに焦点を当てている |
| 典型的なスコープ | マルチノードアプリケーション環境 | コンテナのビルドと実行ワークフロー |
DockerとKubernetesは直接的な代替品ではありません。開発者はDocker互換のツールを使用してイメージをビルドおよびパッケージし、Kubernetesを使用してワークロードをオーケストレートすることがありますが、Kubernetesは複数のコンテナランタイムとイメージワークフローをサポートしています。
Kubernetesの主な機能
- 宣言的構成： チームはワークロードとリソースの望ましい状態を記述します。
- スケジューリング： Kubernetesはリソースとスケジューリングルールに従ってワークロードを利用可能なノードに配置します。
- 自己修復： コントローラーは失敗したPodを置き換え、要求されたレプリカを維持できます。
- サービスディスカバリ： サービスはワークロードのための安定したネットワーキングエンドポイントを提供します。
- スケーリング： ワークロードは手動またはサポートされているオートスケーリングメカニズムを通じてスケールできます。
- ロールアップデート: デプロイメントはアプリケーションのバージョンを段階的に置き換えることができます。
- 構成管理: ConfigMaps と Secrets は、アプリケーションの構成および機密値のためのメカニズムを提供します。
なぜ組織はKubernetesを使用するのか
Kubernetes は、チームがコンテナ化されたアプリケーションをデプロイおよび運用する方法を標準化できます。共通のプラットフォームは、スケジューリング、ネットワーキング、可観測性、セキュリティ、およびデプロイメントの自動化のための共有パターンを提供できます。
また、複数のレプリカ、頻繁なデプロイメント、または異なるノード間でのワークロード配置を必要とするアプリケーションをサポートすることもできます。しかし、これらの利点は、Kubernetes 環境の運用およびセキュリティの複雑さと天秤にかける必要があります。
Kubernetesとクラウドコンピューティング
主要なクラウドプロバイダーは、マネージド Kubernetes サービスを提供しています。マネージドコントロールプレーンは、いくつかのインフラストラクチャの責任を軽減できますが、チームはワークロード、ネットワーキング、アイデンティティ、セキュリティ、ストレージ、コスト、クラスター操作を理解する必要があります。
Kubernetes はプライベートインフラストラクチャやハイブリッド環境でも実行できます。ポータビリティは可能ですが、アプリケーションは依然としてプロバイダー特有のサービスやインフラストラクチャに依存することがあります。
Kubernetesネットワーキング
Kubernetes ネットワーキングにより、Pod とサービスはクラスター内で通信できます。このプラットフォームのネットワーキングモデルは、コンテナネットワークインターフェイスの実装に依存しており、ネットワークポリシーやその他のネットワーキングコンポーネントで拡張できます。
外部トラフィックの場合、チームはプラットフォームやネットワーキングスタックに応じて、Ingress や新しい Gateway API ベースのアプローチなどのメカニズムを使用できます。ネットワークポリシーにより、どのワークロードが通信を許可されるかを制限することができます。
Kubernetesストレージ
コンテナはしばしば置き換え可能なものと見なされるため、永続的なデータを必要とするアプリケーションは明示的なストレージ設計が必要です。Kubernetes は、永続ストレージを要求するための PersistentVolumes と PersistentVolumeClaims といった抽象化を提供します。
ストレージの動作は、基盤となるインフラストラクチャおよびストレージドライバーに依存します。チームは、永続ストレージが自動的に保護されると仮定するのではなく、バックアップ、復元、パフォーマンス、および障害シナリオをテストする必要があります。
Kubernetesセキュリティ
Kubernetes のセキュリティには、クラスター、ワークロード、アイデンティティ、イメージ、ネットワークパス、シークレット、および基盤となるインフラストラクチャが含まれます。セキュアな設定は、最小権限を適用し、不必要なアクセスを減少させるべきです。
- 適切な権限でロールベースのアクセス制御を使用します。
- Kubernetes API アクセスを保護します。
- コンテナイメージと依存関係を脆弱性のためにスキャンします。
- 信頼できるイメージソースと制御されたレジストリを使用します。
- Secrets を保護し、ソースコードに資格情報を露出しないようにします。
- 適切な場所にネットワークポリシーを適用します。
- Kubernetes およびノードコンポーネントのメンテナンスを維持します。
- クラスターとワークロードのアクティビティを監視します。
Kubernetesの可観測性
Kubernetes 環境の監視には、インフラストラクチャとアプリケーションの動作に対する可視性が必要です。チームは通常、メトリクス、ログ、および分散トレースを収集します。
有用なシグナルには、ノードリソースの使用状況、Pod の再起動、デプロイメントの健全性、API サーバーのアクティビティ、アプリケーションのレイテンシ、エラーレート、およびリソースの飽和が含まれます。標準化された可観測性により、分散した障害の調査が容易になります。
Kubernetesを始める方法
- オーケストレーションを採用する前に、コンテナの基本を学びます。
- 小さなアプリケーションイメージを構築し、ローカルで実行します。
- Pods、デプロイメント、サービス、ConfigMaps、およびSecretsを学ぶ。
- アプリケーションを開発クラスターにデプロイする。
- リソースリクエストと制限を設定する。
- ヘルスチェックと基本的な可観測性を追加する。
- アクセス制御とセキュリティポリシーを適用する。
- 本番前にデプロイを自動化し、障害シナリオをテストする。
専門家のヒント
- ワークロード要件を満たす最もシンプルなクラスターアーキテクチャから始める。
- 測定された動作に基づいてCPUとメモリのリクエストと制限を定義する。
- レディネスプローブとライフネスプローブを慎重に使用する。
- マニフェストをバージョン管理に保持し、宣言的管理を優先する。
- 配信パイプラインでセキュリティとイメージスキャンを自動化する。
- ワークロードがスケールする際にクラスターコストを監視する。
- クラスター、ネームスペース、ワークロード、重要なサービスの所有権を文書化する。
一般的なKubernetesの間違い
- 要件を満たすためによりシンプルなホスティングプラットフォームを採用すること。
- リソースリクエストと制限なしでワークロードを実行する。
- 適切なアクセス制御なしでサービスを公開する。
- 永続ストレージのバックアップとリカバリを無視する。
- 過剰な管理者権限を使用する。
- Podの失敗とリソースの飽和を監視しない。
- 管理されたKubernetesがすべての運用責任を排除するという誤解。
よくある質問
Kubernetesを簡単に説明すると？
Kubernetes is a platform that automates the deployment, scaling, networking, and management of containerized applications across a cluster of machines.
なぜKubernetesはK8sと呼ばれるのか？
K8s is a common abbreviation for Kubernetes. The number 8 represents the eight letters between the first and last letters of the word.
Kubernetesはコンテナですか？
No. Kubernetes is an orchestration platform. It manages containerized workloads rather than being a container itself.
KubernetesはDockerと同じですか？
No. Docker provides container development and runtime tooling, while Kubernetes coordinates containerized workloads across clusters.
すべてのアプリケーションにKubernetesは必要ですか？
No. Small applications and straightforward workloads may be better served by simpler deployment platforms. Kubernetes becomes more relevant when orchestration capabilities justify its complexity.
Kubernetes Podとは何ですか？
A Pod is the basic deployable unit in Kubernetes and can contain one or more containers that share networking and storage resources.
Kubernetesはアプリケーションを自動的にスケーリングできますか？
Yes. Kubernetes supports several scaling mechanisms, including workload replicas and autoscaling features, when configured appropriately.
Kubernetesは安全ですか？
Kubernetes provides security mechanisms such as RBAC and network policies, but secure operation depends on correct configuration, maintenance, workload security, and monitoring.
結論
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.
