Die Containerisierung hat sich zu einer beliebten Methode entwickelt, um Anwendungen für die Bereitstellung zu verpacken. Software-Container sind vergleichbar mit Schiffscontainern, da sie in sich geschlossen sind und alles, was eine Anwendung benötigt, in einem Paket (dem Container), enthalten.
Container haben ein eigenes Dateisystem, eine eigene CPU-Zuweisung, eigenen Speicher und eigenen Prozessraum. Wie VMs sind mehrere Container, die auf der gleichen Hardware laufen, unabhängig und werden von der Hardware und dem zugrunde liegenden Betriebssystem abstrahiert. Das bedeutet, dass Sie denselben Container unverändert auf mehreren Hostsystemen wie Windows, Linux, Unix, macOS und verschiedenen öffentlichen Cloud-Anbietern ausführen können.
Das folgende Diagramm zeigt den Weg von der traditionellen monolithischen Bereitstellung zur virtualisierten Bereitstellung und Containerisierung.
Sie ist so beliebt, dass viele Unternehmen in Verbindung mit der einfachen Erstellung von Containern ein Verwaltungsproblem haben, wenn sie versuchen, die große Anzahl von Containern zu verwalten, die in DevSecOps- und Produktionsumgebungen eingesetzt werden. Die Ausbreitung von Containern wurde zu einem Problem, so wie die Ausbreitung virtueller Server zu einem Problem für Virtualisierungsplattformen wurde. Kubernetes hat sich zu einer beliebten Lösung entwickelt, um Container und das Problem der Ausbreitung zu bändigen und zu verwalten.
Viele Unternehmen setzen zahlreiche Container von der Entwicklung bis zur Produktion ein. Diese Container sind über mehrere Cloud-Dienste, private Rechenzentren und Serverfarmen verteilt. Operations-Teams benötigen effiziente Tools, um diese Container zu verwalten und zu überprüfen, ob die Anwendungen laufen und verfügbar sind. Dieser Prozess wird als Container-Orchestrierung bezeichnet, und Kubernetes liefert, was benötigt wird.
Kubernetes ist bei Entwicklern und DevSecOps-Teams aufgrund seiner umfangreichen Funktionen, Tools und der Unterstützung durch große Cloud-Service-Anbieter sehr beliebt. Viele Cloud-Anbieter bieten inzwischen vollständig verwaltete Kubernetes-Services an. Kubernetes hat die moderne Anwendungsbereitstellung revolutioniert, indem es die Art und Weise verändert hat, wie Unternehmen ihre Anwendungen bereitstellen, skalieren und verwalten.
Kubernetes bietet die folgenden Dienste, um die Orchestrierung von Containern zu unterstützen:
Die Architektur von Kubernetes ist verteilt und modular, was die Verwaltung von containerisierten Anwendungen über verteilte Gruppen von Rechnern ermöglicht. Ein Kubernetes-Cluster besteht mindestens aus einem Master-Knoten (Control Plane) und mehreren Worker-Knoten, von denen jeder eine wichtige Rolle bei der Verwaltung des Lebenszyklus der Anwendungen spielt. Beachten Sie, dass der Begriff Master-Knoten allmählich ausläuft und die Control Plane (Steuerungsfenster) zur offiziellen Terminologie wird.
Kubernetes-Bereitstellungen verwenden die folgenden Komponenten:
Diese Komponenten sind auf zwei Hauptabschnitte aufgeteilt, die Steuerungsebene und die Datenebene, die wie folgt weiter unterteilt sind:
1) Steuerungsebene - Diese ist für die Entscheidungsfindung und die Erteilung von Befehlen zuständig. Es wird in der Regel auf einer separaten Gruppe von Computern ausgeführt, um eine hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten. Die wichtigsten Komponenten, die auf dem Master ausgeführt werden, sind:
2) Datenebene (Worker-Knoten) - Die Infrastrukturknoten, auf denen die containerisierten Anwendungen ausgeführt werden. Sie führen Container-Engines aus, verwalten Pods und bewältigen die eigentliche Arbeitslast von Anwendungen. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Knoten und Pods wird auch der Datenebenendienst ausgeführt:
Für das Einrichten, Testen und Betreiben von Kubernetes in Test- und Produktionsumgebungen gibt es verschiedene Methoden. Bei der Installation von Kubernetes ist es wichtig, einen geeigneten Installationstyp auszuwählen, der auf Faktoren wie Wartungsfreundlichkeit, Sicherheit, Kontrolle, verfügbaren Ressourcen und dem für die Verwaltung eines Clusters erforderlichen Fachwissen basiert.
Eine detaillierte Übersicht über die ersten Schritte mit Kubernetes würde den Rahmen dieses Artikels sprengen. Aber die offizielle Kubernetes-Website hat eine gute Seite zum Setup, die ein idealer Ausgangspunkt für alle ist, die die Container-Management-Plattform ausprobieren möchten.
Die meisten Konfigurationen erfolgen über ein Befehlszeilentool, das über die Kubernetes-API mit einer Kubernetes-Clustersteuerungsebene kommuniziert. Dieses Tool heißt kubectl, und die Kubernetes-Dokumentationsseite enthält einen vollständigen Überblick über die Verwendung der Befehle und ihre Syntax.
Die Verwendung von Kubernetes zur Verwaltung Ihrer Container-Infrastruktur bietet zahlreiche Vorteile. Es verbessert die Skalierbarkeit, Portabilität, Ressourceneffizienz und mehr. Es ist ein unschätzbares Werkzeug für die moderne Anwendungsbereitstellung und -verwaltung. Hier sind einige der wichtigsten Vorteile der Verwendung von Kubernetes für die Container-Orchestrierung:
Kubernetes ist ein vielseitiges und effektives Tool, das IT-Teams in einer Vielzahl von Branchen einsetzen können. Seine Hauptstärke liegt in seiner Fähigkeit, komplexe, verteilte Anwendungen durch Automatisierung zu verwalten, was es zu einer idealen Lösung für viele Szenarien macht. Hier sind einige gängige Anwendungsfälle aus der Praxis, in denen sich Kubernetes auszeichnet:
Unternehmen, die ihre Skalierbarkeit und Anpassungsfähigkeit durch den Übergang von monolithischen zu Microservices-Architekturen verbessern möchten, finden in Kubernetes eine unschätzbare Lösung. Mit Microservices können verschiedene Systemkomponenten unabhängig voneinander entwickelt, bereitgestellt und skaliert werden, was die Entwicklungszeiten verkürzt und die Zuverlässigkeit der Dienste verbessert.
Beispielsweise verwenden viele Finanzdienstleistungsunternehmen Kubernetes, um ihre Microservices-Architekturen zu verwalten, was es ihnen ermöglicht, Teile ihres Systems, wie z. B. Zahlungsabwicklung und Betrugserkennung, schnell zu aktualisieren, ohne andere Dienste zu beeinträchtigen.
Die Kubernetes-Plattform ermöglicht es Entwicklern und Systemadministratoren, Anwendungstests, Bereitstellung und Rollback zu automatisieren. Dies ermöglicht eine schnellere Entwicklung und gewährleistet, dass Anwendungen hochverfügbar und zuverlässig sind. Technologieunternehmen verwenden Kubernetes, um ihre Entwicklungsprozesse zu rationalisieren, neue Funktionen einzuführen und schnelle und sichere Lösungen für Produktionsumgebungen bereitzustellen.
Kubernetes ermöglicht DevSecOps-Praktiken, indem es das Infrastrukturmanagement, die Anwendungsskalierung und Service-Updates vereinfacht und sich an agile Entwicklungsmethoden anpasst. Aus diesem Grund verwenden viele Unternehmen Kubernetes, um DevSecOps-Praktiken bereitzustellen und ihre Fähigkeit zu verbessern, schnell auf Marktveränderungen und Kundenfeedback zu reagieren.
Kubernetes ist ideal für die Verwaltung von Cloud-nativen Anwendungen, die Elastizität, Ausfallsicherheit und Portabilität in Cloud-Umgebungen erfordern. Es liefert dynamische Skalierung, Self-Healing und unkomplizierte Updates über Container, die unabhängig von der verwendeten Cloud-Plattform sind. Beispielsweise können E-Commerce-Plattformen Kubernetes verwenden, damit ihre Cloud-nativen Anwendungen variable Datenverkehrslasten bewältigen können, insbesondere zu Spitzenzeiten.
Neben der Unterstützung nativer Cloud-Anwendungen auf einer einzigen Plattform unterstützt Kubernetes auch die Multi-Cloud- und Hybrid-Cloud-Bereitstellungsmodelle, die viele Unternehmen bevorzugen. Es hilft ihnen, eine Anbieterbindung zu vermeiden und Ressourcen in verschiedenen Cloud- und On-Premises-Umgebungen zu optimieren.
Unternehmen können beispielsweise Kubernetes in ihre Multi-Cloud-Strategien einbeziehen, um Workloads und Anwendungen einfach auf alternative Dienste zu verschieben und von besseren Preisen von Cloud-Anbietern zu profitieren sowie die Compliance mit gesetzlichen Vorschriften und die Datenhoheit zu wahren.
Kubernetes eignet sich hervorragend für die effiziente Verwaltung von Big-Data-Anwendungen und Workflows für maschinelles Lernen. Es bietet skalierbare Verarbeitung und Speicherung und kann komplexe Datenpipelines und ressourcenintensive Berechnungen orchestrieren. Viele Unternehmen und Forschungseinrichtungen verwenden Kubernetes, um ihre Big-Data-Analysen und maschinellen Lernvorgänge zu verwalten, wodurch sie große Datensätze verarbeiten und Modelle effizienter trainieren können.
Kubernetes wird häufig eingesetzt, um Anwendungen am Netzwerkrand (Edge) näher an IoT-Geräten und Endnutzern zu verwalten, die moderne Netzwerkstandards wie 5G und Wi-Fi 6 nutzen. Dies hilft, die Latenzzeit bei der Datenverarbeitung und die Bandbreitennutzung zu reduzieren.
So setzen beispielsweise Fertigungs- und Logistikunternehmen Kubernetes für Edge ein, um IoT-Sensordaten in Echtzeit zu verarbeiten, um die operative Entscheidungsfindung zu optimieren sowie für die vorausschauende Wartung, um Serviceunterbrechungen zu reduzieren.
Best Practices für jede Technologie entwickeln sich ständig weiter, daher sollten Sie bei der Bereitstellung eines Kubernetes oder einer anderen Technologielösung das aktuelle Fachgebiet überblicken. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels (März 2024) können wir die Best Practices für Kubernetes in vier Kategorien zusammenfassen.
⁃ Prinzip der geringsten Rechte - Definieren Sie präzise Berechtigungen für Benutzer und Dienstkonten mithilfe der rollenbasierten Zugriffssteuerung (RBAC) und führen Sie regelmäßige Audits durch, um die Sicherheit zu gewährleisten.
⁃ Schwachstellen-Scan - Es ist wichtig, regelmäßige Scans von Container-Images durchzuführen, um Schwachstellen zu erkennen. Darüber hinaus ist die Aktualisierung von Basisimages und Bibliotheken unerlässlich.
⁃ Verwaltung vertraulicher Anmeldedaten - Organisationen sollten es vermeiden, vertrauliche Informationen in Konfigurationsdateien fest zu codieren. Stattdessen sollten sie spezielle Tools wie Kubernetes Secrets oder geheime Speicherlösungen von Drittanbietern verwenden, um diese Informationen zu speichern und zu sichern.
⁃ Netzwerkrichtlinien - Es ist wichtig, Ihren Cluster mit Namensräumen zu segmentieren und Netzwerkrichtlinien zu implementieren, um kritische Komponenten zu isolieren und den Netzwerkdatenverkehr innerhalb des Clusters einzuschränken.
⁃ Pod-Sicherheitsrichtlinien - Um Risiken zu minimieren, ist es wichtig, autorisierten Containerzugriff, Container-Dateisysteme und andere sicherheitsrelevante Einstellungen zu verwalten. Dazu gehört die Kontrolle des Zugriffs auf vertrauliche Funktionen und Einstellungen in Containerumgebungen, z. B. die Einschränkung berechtigter Benutzer und die Bereitstellung von Berechtigungen für sichere Dateisysteme.
⁃ Ressourcenanfragen und -limits - Es ist wichtig, Anforderungen und Grenzwerte für Ihre Container festzulegen, um eine Überbeanspruchung zu verhindern und dem Planer zu helfen, fundierte Entscheidungen zu treffen.
⁃ Horizontale Pod-Auroskalierung (HPA) - Konfigurieren Sie den horizontalen Pod Autoscaler (HPA) so, dass Pods basierend auf der CPU- oder Speicherauslastung automatisch nach oben oder unten skaliert werden. Dies bestätigt eine effiziente Ressourcenauslastung bei schwankenden Lasten.
⁃ Autoskalierung von Clustern - Die automatische Clusterskalierung kann die Anzahl der verwendeten Workerknoten automatisch anpassen, um die Ressourcennutzung in Cloudumgebungen auszugleichen.
⁃ Regelmäßige Updates - Es ist von entscheidender Bedeutung, Ihre Kubernetes-Steuerungsebene, Worker-Knoten und Anwendungen mit den neuesten Patches für Fehlerbehebungen und Sicherheitsupdates auf dem neuesten Stand zu halten.
⁃ Monitoring - Verwenden Sie Monitoring-Tools, um den Zustand des Clusters, die Anwendungsleistung und die Ressourcenauslastung zu verfolgen. Richten Sie Warnungmeldungen ein, um proaktiv auf Probleme hinzuweisen.
⁃ Protokollierung - Verwenden Sie eine zentralisierte Protokollierungslösung, die Protokolle von allen Kubernetes-Komponenten und -Anwendungen erfasst und aggregiert und so die Fehlerbehebung und Prüfung erleichtert.
⁃ GitOps - Verwenden Sie die Versionskontrolle wie Git-Repositorys, um Ihre Kubernetes-Clusterkonfiguration zu verwalten, und aktivieren Sie die Versionskontrolle und Audit-Trails für alle vorgenommenen Änderungen.
⁃ Backup und Disaster Recovery – Eine robuste Backup-Strategie ist ideal für Ihren Kubernetes-Zustand und Ihre persistenten Daten. Testen Sie regelmäßig Ihre Backup-Wiederherstellungspläne, um ihre Wirksamkeit zu überprüfen.
⁃ Namenaräume - Organisieren Sie Ressourcen und verbessern Sie die Sicherheit mit Namensräumen und Kontingenten.
⁃ Aktivitäts- und Bereitschaftssonden - Um die Containerintegrität und den Lebenszyklus in Kubernetes ordnungsgemäß zu verwalten, müssen Sie geeignete Tests für Ihre Container definieren.
⁃ Kostenoptimierung - Kontrollieren Sie die Kosten Ihrer Cloud-Infrastruktur, indem Sie Spot-Instanzen (falls zutreffend) verwenden, die Speicherauswahl optimieren und die Ressourcen richtig dimensionieren.
Die Vorteile der Verwendung von Kubernetes sind erheblich. Aber wir können die Herausforderungen nicht beschönigen, die auf viele Unternehmen und DevSecOps-Teams zukommen, wenn sie die über die Plattform verwalteten Container zum ersten Mal evaluieren und einsetzen. Die Nutzer werden mit allgemeinen Herausforderungen konfrontiert, aber für jede Herausforderung gibt es auch eine Lösung.
Die Architektur und die Konzepte von Kubernetes, wie Pods und Bereitstellungen, können für manche eine steile Lernkurve darstellen. Wenn Ihr Team mit diesem Problem bei der Kubernetes-Bereitstellung konfrontiert ist, gibt es ein paar Dinge, die Sie tun können, um es einfacher zu machen:
Die Sicherung eines Kubernetes-Clusters erfordert die Berücksichtigung mehrerer Ebenen, einschließlich Image-Sicherheit, Netzwerkrichtlinien und Zugriffskontrollen. Für einige Mitarbeiter in Ihrem Team kann dies eine große Umstellung sein. Sie können aber jedem Missverständnis entgegenwirken, indem Sie die folgenden bewährten Sicherheitsverfahren fördern und anwenden:
Die Verwaltung von Netzwerken in Kubernetes kann eine Herausforderung sein, da sie verschiedene Aufgaben umfasst, wie z. B. Kommunikationsaufbau zwischen Pods, Service-erkennung und Ingress-Kontrolle. Um dieses Problem zu lösen, ist es wichtig zu fragen, ob Ihre Teammitglieder verstehen, wie Kubernetes-Netzwerke funktionieren und wie sie verwendet werden.
Um sich mit Kubernetes-Netzwerken vertraut zu machen, ist ein gutes Verständnis von Services, Pods und Ingress-Ressourcen erforderlich. Sobald die Mitarbeiter diese Konzepte genau verstanden haben, ist Ihr Unternehmen besser in der Lage, eine Netzwerklösung zu wählen, die Ihren Anforderungen am besten entspricht. Einige der Add-On-Tools von Drittanbietern für Kubernetes können die Netzwerkkomplexität, mit der Sie umgehen müssen, reduzieren.
Die Problemanalyse in verteilten Systemen, die über mehrere Knoten und Container verteilt sind, erfordert einen neuen Ansatz zur Fehlerbehebung. Die Tools zum Debuggen von Problemen in verteilten Kubernetes-Bereitstellungen sind ausgezeichnet. Das CLI-Tool kubectl ist bei der Problemanalyse sehr nützlich, ebenso wie Monitoring- und Protokollierungstools, die Daten über den aktuellen Status von bereitgestellten Containern und Management-Knoten liefern.
Es kann leicht passieren, dass die Kosten für die Nutzung von Kubernetes zu Beginn in die Höhe schießen, wenn Sie nicht klein anfangen und nicht genau wissen, wie viel Speicherplatz, Bandbreite und Rechenressourcen Sie auf Cloud-Plattformen benötigen werden. Das Festlegen von Grenzen, die eine unautorisierte Erweiterung einschränken, und die Verwendung von Tools zur detaillierten Kostenverfolgung können verhindern, dass Sie eine unerwartete und überhöhte Rechnung von einem Infrastrukturanbieter erhalten.
Die Nutzung von Kubernetes wird weiter zunehmen, da es seine Reichweite über Cloud-native Anwendungen, Edge Computing und künstliche Intelligenz/maschinelles Lernen hinaus auf traditionellere Unternehmens-Workloads ausweitet. Immer mehr Bereitstellungsteams werden die Vorteile nutzen, die sich ihnen bei der Entscheidung über die Einführung allgemeiner Geschäftsanwendungen bieten.
Wir können davon ausgehen, dass das breitere Kubernetes-Ökosystem weiter wachsen und sich weiterentwickeln wird, da immer mehr Workloads auf containerisierte Bereitstellungen umgestellt werden und auch die Notwendigkeit, die steigende Anzahl von Containern zu verwalten, wächst. Die Zukunft sieht rosig aus und ist einfacher zu verwalten, wenn Anwendungen Container verwenden, die über die Kubernetes-Plattform bereitgestellt, überwacht und verwaltet werden.
Progress Kemp LoadMaster kann bei der Bereitstellung einer robusten Kubernetes-Infrastruktur helfen. Der Kemp Ingress Controller bietet eine unkomplizierte Methode zur Automatisierung der Endpunktkonfiguration, indem externer Datenverkehr an Ihr Kubernetes-Cluster weitergeleitet wird.
Mit LoadMaster müssen Sie sich keine Gedanken über virtuelle Dienste und Ingress-Richtlinien machen, da es diese automatisch über die Kubernetes-API bereitstellt und sich an alle Änderungen in Ihrer Konfiguration anpasst. Es leitet den Datenverkehr direkt an die Kubernetes-Pods weiter und ermöglicht die Verwaltung von Microservices-Containern neben herkömmlichen monolithischen Anwendungen. Darüber hinaus kann es erweiterte Enterprise Load Balancing-Dienste wie Web Application Firewall (WAF), Access Management, Global Server Load Balancing (auch bekannt als GEO) und L7 Service Traffic Management anwenden.
Es ist die einfachste, robusteste und skalierbarste Möglichkeit, Kubernetes-Container und monolithische Anwendungen über einen einzigen Controller zu veröffentlichen.
Kubernetes macht den Einsatz von Containern überschaubar, selbst wenn die Zahl der verwendeten Container in die Hunderte oder gar Tausende geht. Wenn Sie Software über mehrere Plattformen in der Cloud oder lokal bereitstellen, sind Container die moderne Art, dies zu tun, und Kubernetes ist der Weg, diese Bereitstellungen zu verwalten.
Wenn Sie noch nicht in die Welt von Kubernetes (oder Containerisierung) eingetaucht sind, gibt es viele Möglichkeiten, beides in der Cloud auszuprobieren, um zu sehen, ob dieses Bereitstellungsmodell Ihre Anwendungsbereitstellung verbessern und vereinfachen könnte. Die Links zu Kubernetes und Docker in den unten stehenden Referenzen bieten Ihnen eine gute Grundlage für den Einstieg.
Besuchen Sie unsere Seite zum Kemp Ingress Controller for Kubernetes, um zu erfahren, wie LoadMaster Ihnen helfen kann, Ihre containerisierte Infrastruktur über Kubernetes bereitzustellen.
Kubernetes-Website - https://kubernetes.io/de/
Docker-Website - https://www.docker.com
Kubernetes: Erste Schritte - https://kubernetes.io/de/docs/setup/