Container sind eine beliebte Methode, um Anwendungen zu verpacken und zu isolieren. Sie ermöglichen es, Anwendungen unabhängig von der zugrunde liegenden Infrastruktur auszuführen und zu verteilen. Doch wie verwaltet man eine große Anzahl von Containern, die auf verschiedenen Servern laufen? Wie stellt man sicher, dass die Container immer verfügbar sind, sich an die Last anpassen und miteinander kommunizieren können? Hier kommt Kubernetes ins Spiel.
Kubernetes ist ein Open-Source-System, das die Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von containerisierten Anwendungen automatisiert. Mit Kubernetes kann man einen Cluster aus mehreren Servern (Knoten) erstellen, auf denen die Container laufen. Kubernetes verteilt die Container auf die Knoten, überwacht ihren Status, startet sie neu bei Fehlern, skaliert sie je nach Bedarf und sorgt für ihre Vernetzung.
Kubernetes bietet eine Reihe von Vorteilen für Entwickler und Betreiber von Anwendungen:
- Portabilität: Kubernetes unterstützt verschiedene Plattformen, wie Cloud-Anbieter (z.B. AWS, Azure, Google Cloud), virtuelle Maschinen (z.B. VMware) oder Bare-Metal-Server. Man kann seine Anwendungen leicht von einer Plattform zur anderen verschieben oder mehrere Plattformen gleichzeitig nutzen.
- Effizienz: Kubernetes optimiert die Ressourcennutzung der Container, indem es sie auf die Knoten verteilt, die am besten geeignet sind. Man kann auch Ressourcenlimits und -anforderungen für die Container festlegen, um eine faire Verteilung zu gewährleisten.
- Skalierbarkeit: Kubernetes ermöglicht es, die Anzahl der Container dynamisch anzupassen, je nachdem wie viel Last die Anwendung hat. Man kann auch automatische Skalierungsregeln definieren, um dies zu vereinfachen.
- Verfügbarkeit: Kubernetes sorgt dafür, dass die Container immer lauffähig sind, indem es sie bei Fehlern neu startet oder auf andere Knoten verschiebt. Man kann auch Hochverfügbarkeitskonfigurationen erstellen, um Ausfälle zu vermeiden.
- Entdeckbarkeit: Kubernetes stellt einen internen DNS-Dienst bereit, der es den Containern ermöglicht, sich gegenseitig über Namen zu finden. Man kann auch Dienste definieren, die eine logische Gruppierung von Containern darstellen und einen einheitlichen Zugriffspunkt bieten.
- Konfigurierbarkeit: Kubernetes erlaubt es, Konfigurationsdaten und Geheimnisse (z.B. Passwörter) für die Container bereitzustellen, ohne sie in das Container-Image einzubauen. Man kann auch Umgebungsvariablen oder Dateien verwenden, um die Konfiguration zu übergeben.
Um Kubernetes zu verwenden, muss man einige Konzepte verstehen:
- Pod: Ein Pod ist die kleinste Einheit in Kubernetes. Er besteht aus einem oder mehreren Containern, die gemeinsam einen logischen Host bilden. Die Container in einem Pod teilen sich denselben Netzwerk- und Speicherbereich und können sich über localhost erreichen.
- Knoten: Ein Knoten ist ein Server (physisch oder virtuell), auf dem die Pods laufen. Ein Knoten hat einen Agenten namens Kubelet, der mit dem Master-Knoten kommuniziert und die Pods verwaltet.
- Master-Knoten: Ein Master-Knoten ist ein spezieller Knoten, der die Kontrolle über den Cluster hat. Er enthält mehrere Komponenten, wie den API-Server, den Scheduler, den Controller-Manager und etcd. Der API-Server ist der zentrale Zugriffspunkt für alle Kubernetes-Befehle und -Anfragen. Der Scheduler ist dafür verantwortlich, die Pods auf die Knoten zu verteilen. Der Controller-Manager führt verschiedene Hintergrundprozesse aus, die den Cluster stabil halten. Etcd ist eine verteilte Datenbank, die die Konfiguration und den Zustand des Clusters speichert.
- Dienst: Ein Dienst ist eine Abstraktion, die einen logischen Satz von Pods und eine Richtlinie definiert, um auf sie zuzugreifen. Ein Dienst hat eine feste IP-Adresse und einen Namen, die von anderen Pods oder externen Clients verwendet werden können. Ein Dienst kann auch einen Lastausgleich zwischen den Pods durchführen oder einen externen Zugriff über einen Knotenport oder einen Lastausgleicher ermöglichen.
- Ingress: Ein Ingress ist eine Regel, die den Zugriff auf Dienste von außerhalb des Clusters steuert. Ein Ingress kann einen Hostnamen, einen Pfad und einen Port definieren, um eine Anfrage an einen bestimmten Dienst weiterzuleiten. Ein Ingress benötigt einen Ingress-Controller, der die Regel implementiert und den Datenverkehr verarbeitet.
Um Kubernetes zu installieren, gibt es verschiedene Möglichkeiten, je nachdem, ob man es lokal oder in der Cloud ausführen möchte. Man kann zum Beispiel Minikube verwenden, um einen lokalen Cluster mit einem einzigen Knoten zu erstellen. Oder man kann einen Cloud-Anbieter wie Google Kubernetes Engine (GKE) oder Amazon Elastic Kubernetes Service (EKS) nutzen, um einen verwalteten Cluster mit mehreren Knoten zu erstellen.
Um mit Kubernetes zu interagieren, kann man das Kommandozeilenwerkzeug kubectl verwenden, das Befehle an den API-Server sendet. Man kann auch die Web-Oberfläche (Dashboard) verwenden, um den Cluster grafisch zu verwalten. Um Anwendungen auf Kubernetes bereitzustellen, muss man Manifestdateien erstellen, die die gewünschten Ressourcen (z.B. Pods, Dienste, Ingress) beschreiben. Diese Dateien können in YAML oder JSON geschrieben werden und mit kubectl angewendet werden.
Kubernetes ist ein leistungsstarkes und flexibles System zur Verwaltung von containerisierten Anwendungen. Es bietet viele Vorteile für die Entwicklung und den Betrieb von skalierbaren und zuverlässigen Anwendungen in verschiedenen Umgebungen. Um mehr über Kubernetes zu erfahren, kann man die offizielle Dokumentation[^2^][7] oder das interaktive Tutorial[^3^][1] besuchen.
