Kubernetesの概要

Kubernetes（クーバネティス）とは、Dockerをはじめとするコンテナ化されたアプリケーションの展開、スケーリング、管理を行うオープンソースのプラットフォームです。

コンテナによる仮想化は、それまでの仮想マシンによる仮想化と比べ、作成が容易で軽量です。しかし、コンテナの数が増えるにつれて、新しいコンテナがどのノードで実行されているかを管理し、ホスト間・コンテナ間の通信を容易にする必要が生じました。
Googleは、コンテナクラスターを一つのシステムとして管理する目的でKubernetesを開発しました。Kubernetesは、オープンソース化され、2015年にGoogleやIBM、Twitter、Red Hatなどが創設メンバーとして参加したCloud Native Computing Foundation（CNCF）のプロジェクトとして寄贈されました。

Kubernetesは、船の操縦士または操舵者という意味のギリシャ語が由来です。Kubernetesのロゴは、船の操舵輪となっています。また、Kubernetesは、記述する上で「k8s」と略されることが多々あります。これは「K」+8文字+「s」という意味です。

2015年7月にKubernetes 1.0がリリースされました。

Kubernetesの主な特徴

Kubernetesには次のような特徴があります。

Kubernetesの機能

サービスディスカバリーおよびロードバランシング	podに内部IPアドレスと単一のDNS名を与え、負荷分散を行うことができます。サービス検出のためにアプリケーションを変更する必要はありません。
オートマチックbinパッキング	可用性を損なうことなく、リソース要件などの設定に基づき、自動的にpod(後述)を適切なノードへデプロイします。
ストレージオーケストレーション	ローカルストレージ、GCPやAWSなどのパブリッククラウドプロバイダのストレージサービス、NFS、iSCSI、Gluster、Ceph、Cinder、Flockerなどのネットワークストレージなど任意のストレージシステムを自動的にマウントすることができます。
セルフヒーリング	レプリケーションコントローラーは、設定された稼動チェックを行い、いつでも設定された数のpodが稼動している状態を保ちます。
オートスケーリング	コマンドやUIからの指定、またはCPU使用率から自動的に、アプリケーションのスケールアップ・スケールダウンを行うことができます。
ローリングアップデートおよびロールバック	すべてのインスタンスが同時に停止しないよう、アプリケーションや設定の変更を段階的に行います。問題が生じた場合、変更をロールバックします。
シークレットおよびコンフィグレーションマネージメント	イメージの再ビルドを行わずにアプリケーション構成やシークレットオブジェクトのデプロイや変更ができます。
バッチ実行	バッチおよびCIワークロードを管理します。
ホリゾンタルスケーリング	CPU使用率を基にアプリケーションの増強、縮小ができます。

Kubernetesの構成要素

コントロールプレーンコンポーネント
kube-apiserver	ユーザーにREST操作・kubectlコマンドを介してのクラスター操作を提供します。
kube-scheduler	ユーザーが発行したpod作成命令に対し、スケジューラーは、リソース要件に基づいてノードにpodを割り当てます。
kube-controller-manager	APIサーバーを介してクラスター状態を監視し、指定された状態への変更を行います。 コントローラーには、レプリケーションコントローラー、エンドポイントコントローラー、ネームスペースコントローラー、サービスアカウントコントローラーがあります。
cloud-controller-manager	Kubernetesにクラウド特有の制御ロジックを組み込み、クラウドプロバイダーAPIとリンクさせます。クラウドプロバイダーと依存関係をもつコントローラーとしては、ノードコントローラー、ルートコントローラー、サービスコントローラーなどがあります。 オンプレミスで動作させるKubernetesにはcloud-controller-managerはありません。
etcd	クラスター状態に関するすべての設定情報は、キーと値のペアの形式でetcdに格納されます。
ノードコンポーネント
kubelet	kubeletは、各ノードで動作する「ノードエージェント」です。podを定義したPodSpecに従い、コンテナが正常に動作しているかを監視します。
kube-proxy	kube-proxyは、各ノードでpod間の負荷分散を実行し、外部ホストがサービスを利用できるようにします。
コンテナランタイム	コンテナの実行を担当します。 Kubernetesでは、Docker、containerd、CRI-Oなど複数のコンテナランタイムをサポートします。
アドオン
DNS / Web UI /モニタリング / ロギング等	アドオンによって、Kubernetesクラスターまたはノードに関連する機能を拡張することができます。ネットワーク・ネットワークポリシー、サービスディスカバリー、可視化と制御、インフラストラクチャなど様々な機能拡張が可能です。 利用可能なアドオンの一部は以下に記載があります。 参考： https://kubernetes.io/ja/docs/concepts/cluster-administration/addons/

参考： https://kubernetes.io/ja/docs/concepts/overview/components/

Kubernetesのユースケース

次のようなお客様に、Kubernetesの導入をオススメします。

• マイクロサービスプラットフォームを構築したい
• イミュータブル・インフラストラクチャーによる開発環境・本番環境を構築したい
• DevOpsを導入・改善したい

Kubernetesの動作環境

kubeadmを利用して高可用性クラスター環境を構築する前提となる動作環境は、以下のとおりです。

• マスター用マシン3台
• ワーカー用マシン3台
• クラスター内のすべてのマシン間の完全なネットワーク接続
• 1つのデバイスからシステム内のすべてのノードへのSSHアクセス
• すべてのマシンのsudo権限
• すべてのマシンに kubeadm と kubelet がインストール済みであること

それぞれのマシンはkubeadmの前提である以下の要件を満たす必要があります。

OS	Linux互換のホストが対象です。手順としては、 DebianとRed Hatに基づくLinuxディストリビューション パッケージマネージャーのないディストリビューション のものを提供します。
Memory	2 GB以上（これ以下ではアプリで使用できる空きがほとんどありません）
CPU	2 CPU以上
Network	クラスター内のすべてのマシン間の完全なネットワーク接続があること ユニークなホスト名、MACアドレス、プロダクトUUIDを持っていること 特定のポートをオープンしていること 参考： https://kubernetes.io/docs/reference/networking/ports-and-protocols/
Disk	Swapの無効化

参考： https://kubernetes.io/docs/setup/production-environment/tools/kubeadm/install-kubeadm/

Kubernetesのライセンス

Kubernetesのライセンスは、Apache2.0ライセンスです。 Apache License（アパッチ・ライセンス）のコードが使用されていることの明記を条件に、ソースコードの自由な改変と公開が認められています。

Kubernetesと同様の機能を提供する製品

Nomad、Mesos（+Marathon）、DockerのSwarmモードなどがKubernetesと同様の機能を提供しています。 いずれもオープンソースのオーケストレーションプラットフォームです。

参考情報

Kubernetesの公式ページ

Kubernetesのサポート