Verwaltung und Orchestrierung von Kubernetes-Clustern

allgemeiner Überblick

Kapitel 1: Einführung in Kubernetes

Einführung: In diesem Kapitel stellen wir Kubernetes vor, eine leistungsstarke und beliebte Container-Orchestrierungs- und Verwaltungsplattform. Wir werden untersuchen, was Kubernetes ist, was es tut und warum es der De-facto-Standard für die moderne Container-Orchestrierung und -Verwaltung ist. Durch dieses Kapitel erhalten Sie ein umfassendes Verständnis der Hintergründe und Vorteile von Kubernetes.

Umriss:

1. Was ist Container-Orchestrierung und -Management?
   • Erklärt die Konzepte der Container-Orchestrierung und -Verwaltung und warum sie bei der modernen Anwendungsbereitstellung so wichtig sind.
   • Kubernetes als beliebte Container-Orchestrierungs- und Verwaltungslösung bekannt gemacht.
2. Hintergrund und Entwicklung von Kubernetes:
   • Sehen Sie sich den Ursprung und die Entwicklung von Kubernetes an.
   • Stellen Sie die Ziele und Beweggründe des Kubernetes-Projekts vor.
3. Die Rolle und Vorteile von Kubernetes:
   • Erläutern Sie die Rolle und Vorteile von Kubernetes bei der Anwendungsbereitstellung und -verwaltung.
   • Betonen Sie die Skalierbarkeit, Belastbarkeit und Selbstheilungsfunktionen von Kubernetes.
4. Funktionen und Kernprinzipien von Kubernetes:
   • Stellen Sie die Funktionen von Kubernetes vor, z. B. Container-Orchestrierung, automatisierte Bereitstellung, Serviceerkennung und Lastausgleich.
   • Betont die Kernprinzipien von Kubernetes wie deklarative Konfiguration, Selbstheilung und Plattformunabhängigkeit.
5. Das Kubernetes-Ökosystem:
   • Verschaffen Sie sich einen Überblick über die Komponenten des Kubernetes-Ökosystems, wie z. B. verschiedene Plugins, Tools und Integrationen von Drittanbietern.
   • Betonen Sie die Offenheit und Skalierbarkeit von Kubernetes zur Anpassung an unterschiedliche Anwendungsanforderungen.

Fazit: In diesem Kapitel haben wir die Definition, Rolle und Vorteile von Kubernetes vorgestellt. Sie sollten nun ein grundlegendes Verständnis von Kubernetes haben und wissen, warum es der De-facto-Standard für die moderne Container-Orchestrierung und -Verwaltung ist. In den folgenden Kapiteln befassen wir uns mit der Architektur, Clusterverwaltung und Best Practices von Kubernetes, um Ihnen zu helfen, dieses leistungsstarke Tool besser zu verstehen und anzuwenden.

Kapitel 2: Kubernetes-Architektur

Umriss:

1. Übersicht über die Kontrollebene und die Datenebene
   • Erklären Sie die Konzepte der Steuerebene und der Datenebene in der Kubernetes-Architektur.
   • Betonen Sie ihre Rolle und wie sie in einem Kubernetes-Cluster interagieren.
2. Kubernetes-Kernkomponenten
   • Stellt die Kernkomponenten von Kubernetes wie API Server, Scheduler, Controller Manager und etcd vor.
   • Erklären Sie die Funktion und Verantwortlichkeiten jeder Komponente.
3. Knotenkomponente
   • Beschreibt Komponenten auf einem Kubernetes-Knoten, wie Kubelet, Kube-Proxy und Container Runtime.
   • Erklären Sie ihre Rolle und Funktion auf dem Knoten.
4. Controller und Planer
   • Erklären Sie die Rolle von Controllern und Schedulern in Kubernetes.
   • Betonen Sie, wie sie eine automatisierte Container-Orchestrierung und -Verwaltung ermöglichen.
5. Netzwerkmodell
   • Stellt Kubernetes-Netzwerkmodelle und Plugins vor, z. B. Pod-Netzwerke und Cluster-Netzwerke.
   • Erklären Sie, wie sie Kommunikations- und Netzwerkrichtlinien zwischen Containern ermöglichen.
6. Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit
   • Bespricht Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit in Kubernetes, einschließlich horizontaler Skalierung und Cluster-Autoskalierung.
   • Erklärt, wie Sie einen Kubernetes-Cluster skalieren, indem Sie weitere Knoten hinzufügen und Ressourcenkontingente anpassen.

Kapitel 3: Clustererstellung und -bereitstellung

Umriss:

1. Anforderungen an die Infrastruktur
   • Beschreibt die Infrastrukturanforderungen wie Hardware, Betriebssystem und Netzwerkkonfiguration, die zum Erstellen eines Kubernetes-Clusters erforderlich sind.
2. Knotenbereitstellung
   • Erklärt, wie die Knoten eines Kubernetes-Clusters bereitgestellt werden, einschließlich Master- und Worker-Knoten.
   • Betont die Rolle und Konfiguration von Knoten.
3. Auswahl der Containerlaufzeit
   • Beschreibt verschiedene Container-Laufzeitoptionen wie Docker, Containerd und CRI-O.
   • Bietet Richtlinien und Überlegungen zur Auswahl einer Containerlaufzeit.
4. Netzwerkkonfiguration
   • Erklärt, wie das Netzwerk für einen Kubernetes-Cluster konfiguriert wird, einschließlich Pod-Netzwerk und Serviceerkennung.
   • Betont die Bedeutung und Best Practices der Netzwerkkonfiguration.
5. Speicherkonfiguration
   • Beschreibt, wie Speicher für Kubernetes-Cluster konfiguriert wird, einschließlich persistentem Speicher und Volume-Management.
   • Erläutern Sie Optionen und Richtlinien für die Speicherkonfiguration.
6. Sicherheitskonfiguration
   • Betont Sicherheitskonfigurationsmaßnahmen wie Authentifizierung und Zugriffskontrolle beim Erstellen und Bereitstellen von Kubernetes-Clustern.
   • Bietet Best Practices und Empfehlungen für eine sichere Konfiguration.

Durch diese Kapitelanordnung werden die Leser nach und nach die Architektur von Kubernetes und die Erstellung und Bereitstellung von Kubernetes-Clustern verstehen. In jedem Kapitel wird das relevante Thema ausführlich behandelt und Richtlinien und Best Practices für die praktische Anwendung bereitgestellt.

Kapitel 4: Ressourcenmanagement und -planung

1. Kubernetes-Ressourcenmodell
   • Stellen Sie das Ressourcenmodell von Kubernetes vor, einschließlich Kernkonzepten wie Pod, Bereitstellung und Service.
   • Erklären Sie die Rolle und Beziehung jeder Ressource.
2. Beschriftungen und Selektoren
   • Erklären Sie das Konzept von Labels und Selektoren und deren Anwendung in Kubernetes.
   • Betont die Verwendung von Tags und Selektoren für die Ressourcenverwaltung und -planung.
3. Ressourcenplanung
   • Stellen Sie den Kubernetes-Scheduler vor und wie er Pods den Knoten entsprechend den Ressourcenanforderungen und Planungsrichtlinien zuweist.
   • Erklärt die Funktionsweise des Schedulers und die Konfigurationsoptionen.
4. Lastverteilung
   • Erläutern Sie das Konzept und die Implementierung des Lastausgleichs in Kubernetes, z. B. Service und Ingress.
   • Bietet Best Practices und allgemeine Lösungen für die Konfiguration des Lastausgleichs.

Kapitel 5: Skalierung und Hochverfügbarkeit

1. Erweitern eines Kubernetes-Clusters
   • Beschreibt, wie ein Kubernetes-Cluster skaliert wird, um die wachsende Last zu bewältigen.
   • Strategien, die den Schwerpunkt auf horizontale Skalierung und das Hinzufügen weiterer Knoten legen.
2. automatische Skalierung
   • Erklären Sie die Mechanismen der automatischen Skalierung in Kubernetes, z. B. Replikatsätze und horizontale Autoskalierung.
   • Bietet Best Practices und Strategien für die Konfiguration der automatischen Skalierung.
3. hohe Verfügbarkeit
   • Besprechen Sie ausführlich, wie Sie eine hohe Verfügbarkeit von Kubernetes-Clustern sicherstellen können.
   • Betont Schlüsselkonzepte und -techniken wie Failover, Backup-Wiederherstellung und automatisierte Containerwiederherstellung.

Kapitel 6: Netzwerk- und Diensterkennung

1. Kubernetes-Netzwerkmodell
   • Beschreibt das Netzwerkmodell und die Plugin-Optionen in Kubernetes, z. B. Pod-Netzwerke und Cluster-Netzwerke.
   • Erläutern Sie die Gründe für die Auswahl eines Netzwerkmodells und Best Practices.
2. Diensterkennung
   • Erläutern Sie den Diensterkennungsmechanismus in Kubernetes, z. B. DNS und Dienst.
   • Erläutert, wie Sie Dienste verwenden, um Anwendungen verfügbar zu machen und darauf zuzugreifen.
3. Eindringen
   • Stellt die Konzepte von Ingress-Controllern und Ingress-Ressourcen vor.
   • Bietet Best Practices und häufige Anwendungsfälle für die Konfiguration von Ingress.
4. Netzwerkpolitik
   • Erklärt, wie Netzwerkrichtlinien zur Implementierung von Netzwerksicherheit und Zugriffskontrolle verwendet werden.
   • Bietet Empfehlungen und Beispiele für die Konfiguration von Netzwerkrichtlinien.

Kapitel 7: Überwachung und Protokollierung

1. Überwachen Sie Kubernetes-Cluster
   • Beschreibt, wie ein Überwachungssystem eingerichtet und konfiguriert wird, um den Status und die Leistung eines Kubernetes-Clusters zu überwachen.
   • Betonen Sie die Bedeutung von Überwachungsindikatoren und häufig verwendeten Überwachungsinstrumenten.
2. Protokollsammlung und -analyse
   • Erklärt, wie ein Protokollerfassungssystem zum Protokollieren eines Kubernetes-Clusters eingerichtet und konfiguriert wird.
   • Betonen Sie die Bedeutung der Protokollanalyse und Fehlerbehebung.
3. Anwendungsüberwachung
   • Erläutert, wie die Überwachung und Metrikerfassung auf Anwendungsebene eingerichtet wird.
   • Bietet Best Practices für die Echtzeitüberwachung und -warnung.

Kapitel 8: Update und Wartung

1. Kubernetes-Versionsverwaltung
   • Beschreibt, wie die Version des Kubernetes-Clusters verwaltet und aktualisiert wird.
   • Betont Strategien und Best Practices für das Versionsmanagement.
2. rollendes Upgrade
   • Erklärt, wie ein fortlaufendes Upgrade durchgeführt wird, um Anwendungsunterbrechungen und Datenverluste zu vermeiden.
   • Enthält Schritte und Empfehlungen für fortlaufende Upgrades.
3. Fehlerbehebung
   • Bietet Methoden und Tipps zur Lösung häufiger Fehler und Probleme.
   • Betont Schritte und Tools zur Fehlerbehebung.
4. sichern und Wiederherstellen
   • Einführung in die Durchführung von Sicherungs- und Wiederherstellungsvorgängen von Kubernetes-Clustern.
   • Bietet Empfehlungen und Best Practices für Sicherungs- und Wiederherstellungsstrategien.

Kapitel 9: Best Practices und häufig gestellte Fragen

1. Best Practices für die Sicherheit
   • Bietet Best Practices und Konfigurationsempfehlungen zum Sichern von Kubernetes-Clustern.
   • Betonen Sie die Bedeutung von Authentifizierung, Autorisierung und Zugriffskontrolle.
2. Rechteverwaltung und RBAC
   • Erklärt, wie Berechtigungen und Rollen in Kubernetes eingerichtet und verwaltet werden.
   • Bietet Best Practices für die RBAC-basierte Rechteverwaltung.
3. Konfigurationsmanagement
   • Beschreibt, wie Anwendungskonfigurationen in einem Kubernetes-Cluster verwaltet und konfiguriert werden.
   • Betont die Tools und Methoden des Konfigurationsmanagements.
4. Häufige Probleme und Lösungen
   • Bietet häufig auftretende Probleme und Herausforderungen bei der Kubernetes-Clusterverwaltung sowie Lösungen und Empfehlungen.

Durch die Anordnung dieser Kapitel können die Leser die Verwaltung sowie den Betrieb und die Wartung von Kubernetes-Clustern vollständig verstehen. Jedes Kapitel behandelt relevante Themen und bietet Best Practices, Strategien und Lösungen, um den Lesern bei der Anwendung und Lösung von Problemen in der Praxis zu helfen.

Kapitel 1: Einführung in Kubernetes

Was ist Container-Orchestrierung und -Management?

Container-Orchestrierung und -Management bezieht sich auf die Prozesse und Techniken zur effizienten Organisation, Planung und Verwaltung von Containeranwendungen in großen Containerumgebungen. Mit der rasanten Entwicklung und breiten Anwendung der Container-Technologie ist die Container-Orchestrierung und -Verwaltung zu einer Schlüsselkomponente der modernen Anwendungsbereitstellung geworden.

Die Bedeutung der Container-Orchestrierung und -Verwaltung

Die Bereitstellung und Verwaltung moderner Anwendungen bringt viele Herausforderungen mit sich. Da Anwendungen immer komplexer und umfangreicher werden, verlieren herkömmliche manuelle Verwaltungsmethoden an Effizienz und Zuverlässigkeit. Hier kommt der Container-Orchestrierung und -Verwaltung eine große Bedeutung zu.

Die Container-Orchestrierung und -Verwaltung befasst sich mit mehreren Schlüsselproblemen:

• Management der Anwendungskomplexität : Moderne Anwendungen bestehen oft aus mehreren Containern, die komplexe Abhängigkeiten und Verbindungen aufweisen können. Die manuelle Verwaltung der Beziehungen zwischen diesen Containern wird sehr schwierig und fehleranfällig. Container-Orchestrierungs- und Verwaltungssysteme können Abhängigkeiten zwischen Containern und Netzwerkkonfigurationen automatisch verarbeiten und so die Bereitstellung und Verwaltung von Anwendungen vereinfachen.
• Ressourcennutzung und Lastausgleich : In einer großen Containerumgebung müssen Ressourcen angemessen zugewiesen und genutzt werden, um den Lastausgleich von Anwendungen auf verschiedenen Knoten sicherzustellen. Das manuelle Verwalten und Anpassen des Standorts und der Anzahl der Container wird mühsam und fehleranfällig. Das Container-Orchestrierungs- und Verwaltungssystem kann den Standort und die Anzahl der Container entsprechend den Ressourcenanforderungen und Lastbedingungen dynamisch anpassen, um eine optimale Ressourcennutzung und Lastverteilung zu erreichen.
• Elastizität und Skalierbarkeit : Moderne Anwendungen müssen elastisch und skalierbar sein, um auf sich ändernde Anforderungen reagieren zu können. Die manuelle Dimensionierung und Skalierung von Anwendungen wird zeitaufwändig und fehleranfällig. Container-Orchestrierungs- und Verwaltungssysteme ermöglichen eine schnelle Skalierung von Anwendungen je nach Bedarf. Durch automatisierte Mechanismen zur Containererstellung, -zerstörung und -planung können Anwendungen je nach Lastbedingungen elastisch erweitert werden, um Spitzenbedarf zu decken, und bei abnehmender Last automatisch Ressourcen verkleinern, um Kosten zu sparen.
• Wiederherstellung nach Fehlern und Selbstheilung : Containerisierte Anwendungen müssen über eine hohe Verfügbarkeit und starke Fähigkeiten zur Wiederherstellung nach Fehlern verfügen. Die manuelle Überwachung und Behandlung von Containerausfällen wird mühsam und fehleranfällig. Container-Orchestrierungs- und Verwaltungssysteme sind in der Lage, Fehler automatisch zu erkennen und Container wiederherzustellen. Wenn ein Container ausfällt oder abstürzt, kann das System den Container automatisch neu erstellen und auf einem verfügbaren Knoten erneut bereitstellen, um eine hohe Verfügbarkeit und Stabilität der Anwendung sicherzustellen.

Kubernetes als Container-Orchestrierungs- und Verwaltungslösung

Unter vielen Container-Orchestrierungs- und Verwaltungssystemen ist Kubernetes (oft als K8s bezeichnet) derzeit eine der beliebtesten und am weitesten verbreiteten Lösungen. Kubernetes, Open Source von Google und verwaltet von CNCF (Cloud Native Computing Foundation), bietet leistungsstarke und flexible Tools und Mechanismen zum Bereitstellen, Verwalten und Erweitern von Containeranwendungen.

Kubernetes verfügt über die folgenden Hauptfunktionen:

• Automatische Planung : Kubernetes kann Container automatisch auf verfügbaren Rechenknoten bereitstellen und eine intelligente Planung und Lastverteilung entsprechend den Ressourcenanforderungen und Planungsrichtlinien durchführen. Es berücksichtigt die Ressourcenbeschränkungen des Knotens, die Ressourcenanforderungen des Containers sowie die Affinitäts- und Anti-Affinitätsregeln, um sicherzustellen, dass der Container auf dem am besten geeigneten Knoten ausgeführt wird.
• Selbstheilend : Kubernetes kann den Gesundheitszustand von Containern und Knoten automatisch überwachen und im Falle eines Ausfalls betroffene Container automatisch wiederherstellen und ersetzen, wodurch eine hohe Verfügbarkeit von Anwendungen gewährleistet wird. Es implementiert Selbstheilungsfunktionen auf Containerebene durch Mechanismen wie Gesundheitsprüfungen, automatische Neustarts und automatische Erweiterung.
• Elastische Expansion : Kubernetes unterstützt die horizontale Expansion und erhöht oder verringert die Anzahl der Container je nach Lastbedingungen dynamisch, um den Anforderungen der Anwendungen gerecht zu werden. Es realisiert die elastische Expansionsfähigkeit der Anwendung durch den automatischen Replikatsatz und den automatischen Skalierungsmechanismus.
• Diensterkennung und Lastausgleich : Kubernetes bietet einen integrierten Diensterkennungs- und Lastausgleichsmechanismus, der es Containeranwendungen ermöglicht, problemlos Kommunikation zwischen Diensten und Lastausgleich durchzuführen. Durch Serviceressourcen und Ingress-Ressourcen können Anwendungen Dienste und Routing-Regeln deklarativ definieren, um eine flexible Diensterkennung und Lastverteilung zu erreichen.
• Konfigurations- und Speicherverwaltung : Kubernetes bietet flexible Konfigurationsverwaltungs- und Speicherverwaltungsmechanismen, die es Containeranwendungen ermöglichen, Konfigurationsinformationen und persistenten Speicher einfach zu verwalten und darauf zuzugreifen. Über ConfigMap- und Secret-Ressourcen können Anwendungen Konfigurationen und vertrauliche Informationen zentral verwalten, und über PersistentVolume- und PersistentVolumeClaim-Ressourcen können Anwendungen auf persistenten Speicher zugreifen.

Die Popularität und breite Anwendung von Kubernetes ist auf seine umfangreichen Funktionen und die aktive Community-Unterstützung zurückzuführen. Es ist zum De-facto-Standard für die Container-Orchestrierung und -Verwaltung geworden und wird von vielen großen Unternehmen und Organisationen weithin übernommen.

Hintergrund und Entwicklung von Kubernetes

Ursprung und Entwicklung

Die Ursprünge von Kubernetes lassen sich auf das interne Borg-System von Google zurückführen, ein System zur Verwaltung und Orchestrierung großer Container-Workloads. Borg hat innerhalb von Google große Erfolge erzielt, kann aber aufgrund seines proprietären Charakters nicht direkt an die Außenwelt weitergegeben werden.

Mit der rasanten Entwicklung der Container-Technologie und der Beliebtheit von Docker erkannten die Menschen allmählich den Bedarf an einer Open-Source-Plattform für die universelle Container-Orchestrierung und -Verwaltung. Daher teilte Google 2014 Borgs Ideen und Erfahrungen mit der Community, startete offiziell das Kubernetes-Projekt (kurz K8s) und spendete es an die CNCF (Cloud Native Computing Foundation) im Rahmen der Linux Foundation.

Seitdem hat Kubernetes eine breite Akzeptanz und Akzeptanz in der Open-Source-Community erreicht. Es zieht weltweit Mitwirkende und Nutzer an und bildet ein aktives Community-Ökosystem. Die Entwicklung von Kubernetes durchlief mehrere Versionsiterationen und führte ständig neue Funktionen und Verbesserungen ein, um sich an die sich ständig ändernden Anforderungen von Container- und Cloud-nativen Anwendungen anzupassen.

Ziele und Motivationen des Kubernetes-Projekts

Ziel des Kubernetes-Projekts ist die Bereitstellung einer portablen, skalierbaren und automatisierbaren Container-Orchestrierungs- und Verwaltungsplattform. Im Folgenden sind die Hauptmotivationen und Ziele des Kubernetes-Projekts aufgeführt:

1. Containerabstraktion und -standardisierung : Kubernetes zielt darauf ab, eine einheitliche Containerabstraktionsschicht bereitzustellen, damit Anwendungen unabhängig von der zugrunde liegenden Infrastruktur ausgeführt werden können. Es bietet Funktionen wie Container-Lebenszyklusverwaltung, Ressourcenplanung und Netzwerkkommunikation, schirmt die Unterschiede in der zugrunde liegenden Infrastruktur ab und realisiert die Standardisierung und Portabilität von Containern.
2. Automatisierung und Selbstheilung : Kubernetes ist bestrebt, automatisierte Container-Orchestrierungs- und Verwaltungsfunktionen bereitzustellen, um die Bereitstellung, Skalierung und den Betrieb von Anwendungen zu vereinfachen. Es plant automatisch Container, behandelt Ausfälle und repariert Container selbst und sorgt so für hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit.
3. Skalierbarkeit und Elastizität : Kubernetes verfügt über eine gute Skalierbarkeit und Elastizität und kann Tausende von Knoten und Zehntausende Container verwalten und planen. Es unterstützt die horizontale Erweiterung und automatische Skalierung und kann die Anzahl der Container automatisch an die Lastsituation anpassen, um den Anforderungen der Anwendung gerecht zu werden.
4. Offenheit und Ökosystem : Kubernetes ist eine offene und erweiterbare Plattform, die über APIs und Plug-in-Mechanismen in verschiedene andere Tools und Dienste integriert werden kann. Es bietet ein umfangreiches Ökosystem, einschließlich Lösungen für Speicherung, Netzwerk, Überwachung und Protokollierung, und bietet Benutzern mehr Auswahl und Flexibilität.

Das Ziel von Kubernetes besteht darin, zum De-facto-Standard für Cloud-native Anwendungen zu werden und Benutzern dabei zu helfen, effiziente, zuverlässige und skalierbare Containeranwendungen zu erstellen und zu verwalten. Es bietet leistungsstarke Orchestrierungs- und Verwaltungsfunktionen für Anwendungen, sodass Anwendungen die Vorteile von Cloud-Computing- und Containerisierungstechnologien besser nutzen können.

Die Rolle und Vorteile von Kubernetes

Kubernetes ist eine Open-Source-Container-Orchestrierungs- und Verwaltungsplattform, die eine wichtige Rolle bei der Anwendungsbereitstellung und -verwaltung spielt und viele Vorteile bietet.

Wirkung

Die Rolle von Kubernetes bei der Anwendungsbereitstellung und -verwaltung ist wie folgt:

1. Container-Orchestrierung und -Planung : Kubernetes kann Container-Anwendungen automatisch planen und verwalten. Es stellt Container entsprechend ihren Ressourcenanforderungen, Einschränkungen und Planungsrichtlinien auf den entsprechenden Rechenknoten bereit, um einen Lastausgleich und eine Ressourcenoptimierung zu erreichen.
2. Elastizität und Skalierbarkeit : Kubernetes verfügt über die Fähigkeit, sich elastisch zu erweitern und automatisch zu skalieren. Es kann die Anzahl der Container je nach Auslastung der Anwendung automatisch erhöhen oder verringern, um sich an veränderte Anforderungen anzupassen und sicherzustellen, dass die Anwendung immer über die benötigten Rechenressourcen verfügt.
3. Selbstheilend : Kubernetes ist selbstheilend und kann Containerausfälle automatisch erkennen und behandeln. Wenn ein Container ausfällt oder abstürzt, erstellt Kubernetes den Container automatisch neu, startet ihn neu oder ersetzt ihn und gewährleistet so eine hohe Verfügbarkeit und Stabilität der Anwendung.
4. Serviceerkennung und Lastausgleich : Kubernetes bietet integrierte Serviceerkennungs- und Lastausgleichsmechanismen. Durch die Definition von Service- und Ingress-Ressourcen können Anwendungen problemlos Kommunikation zwischen Diensten und Lastausgleich durchführen und eine flexible Microservice-Architektur realisieren.
5. Konfigurations- und Speicherverwaltung : Kubernetes bietet flexible Konfigurations- und Speicherverwaltungsmechanismen. Mithilfe von ConfigMap- und Secret-Ressourcen können Anwendungen Konfigurationsinformationen und vertrauliche Daten zentral verwalten. Über PersistentVolume- und PersistentVolumeClaim-Ressourcen können Anwendungen auf persistenten Speicher zugreifen.

Vorteil

Die Vorteile von Kubernetes spiegeln sich in folgenden Aspekten wider:

1. Skalierbarkeit : Kubernetes verfügt über eine hervorragende Skalierbarkeit und kann Tausende von Knoten und Zehntausende Container verwalten. Es erreicht eine elastische Erweiterung von Anwendungen und eine optimale Nutzung von Ressourcen durch horizontale Erweiterung und automatische Skalierungsmechanismen.
2. Elastizität : Die elastischen Fähigkeiten von Kubernetes ermöglichen es Anwendungen, die Anzahl der Container automatisch an die Lastbedingungen anzupassen. Es kann je nach Bedarf schnell vergrößert und verkleinert werden, um den Anforderungen an die Anwendungsleistung gerecht zu werden und gleichzeitig den Ressourcenverbrauch effektiv zu kontrollieren.
3. Selbstheilung : Kubernetes verfügt über die Fähigkeit zur Selbstheilung, wodurch der Gesundheitszustand von Containern automatisch erkannt und entsprechende Maßnahmen ergriffen werden können. Wenn ein Container ausfällt oder abstürzt, kann Kubernetes den Container automatisch neu erstellen und so die Verfügbarkeit der Anwendung aufrechterhalten.
4. Portabilität : Kubernetes bietet eine Abstraktionsschicht für Container, sodass Anwendungen unabhängig von der zugrunde liegenden Infrastruktur ausgeführt werden können. Es kann auf verschiedenen Cloud-Computing-Plattformen, virtuellen Maschinenumgebungen und physischen Servern ausgeführt werden und bietet ein hohes Maß an Portabilität und Flexibilität.
5. Reichhaltiges Ökosystem : Kubernetes verfügt über eine große Open-Source-Community und ein reichhaltiges Ökosystem. Es bietet viele Erweiterungen und Plug-Ins, die Überwachung, Protokollierung, Sicherheit, Netzwerk und andere Lösungen abdecken und Benutzern mehr Auswahl und Flexibilität bieten.

Die Skalierbarkeit, Elastizität und Selbstheilungsfunktionen von Kubernetes machen es zu einem führenden Unternehmen in der Container-Orchestrierung und -Verwaltung. Es kann Benutzern dabei helfen, Containeranwendungen effizienter bereitzustellen, zu verwalten und zu warten, und bietet Unterstützung für Hochverfügbarkeit und elastische Erweiterung.

Funktionen und Kernprinzipien von Kubernetes

Kubernetes ist eine leistungsstarke Container-Orchestrierungs- und Verwaltungsplattform mit den folgenden Merkmalen und Grundprinzipien:

Merkmale

1. Container-Orchestrierung : Kubernetes bietet leistungsstarke Container-Orchestrierungsfunktionen zur automatischen Planung und Verwaltung von Container-Anwendungen. Es kann Container entsprechend ihren Ressourcenanforderungen, Einschränkungen und Planungsrichtlinien auf geeigneten Rechenknoten bereitstellen, um einen Lastausgleich und eine Ressourcenoptimierung zu erreichen.
2. Automatisierte Bereitstellung : Kubernetes unterstützt einen automatisierten Anwendungsbereitstellungsprozess. Durch die Definition einer klaren deklarativen Konfigurationsdatei können Benutzer den gewünschten Status der Anwendung beschreiben, und Kubernetes stellt die Anwendung automatisch entsprechend der Konfigurationsdatei bereit und aktualisiert sie, wodurch die Komplexität und Fehler manueller Vorgänge reduziert werden.
3. Serviceerkennung und Lastausgleich : Kubernetes bietet integrierte Serviceerkennungs- und Lastausgleichsmechanismen. Durch die Definition von Service- und Ingress-Ressourcen können Anwendungen problemlos Kommunikation zwischen Diensten und Lastausgleich durchführen und eine flexible Microservice-Architektur realisieren.
4. Selbstheilend : Kubernetes ist selbstheilend und kann Containerausfälle automatisch erkennen und behandeln. Wenn ein Container ausfällt oder abstürzt, erstellt Kubernetes den Container automatisch neu, startet ihn neu oder ersetzt ihn und gewährleistet so eine hohe Verfügbarkeit und Stabilität der Anwendung.
5. Elastizität und Skalierbarkeit : Kubernetes verfügt über die Fähigkeit, sich elastisch zu erweitern und automatisch zu skalieren. Es kann die Anzahl der Container je nach Auslastung der Anwendung automatisch erhöhen oder verringern, um sich an veränderte Anforderungen anzupassen und sicherzustellen, dass die Anwendung immer über die benötigten Rechenressourcen verfügt.

Kernprinzipien

1. Deklarative Konfiguration : Eines der Kernprinzipien von Kubernetes ist die deklarative Konfiguration. Benutzer können klare und prägnante YAML- oder JSON-Dateien verwenden, um den gewünschten Zustand der Anwendung zu beschreiben, ohne auf die zugrunde liegenden Implementierungsdetails achten zu müssen. Kubernetes passt die Anwendung automatisch an den gewünschten Zustand an, wie in der deklarativen Konfigurationsdatei beschrieben.
2. Selbstheilung : Kubernetes legt großen Wert auf die Selbstheilung von Anwendungen. Es kann Containerausfälle, einschließlich Containerabstürze, Knotenausfälle und mehr, automatisch erkennen und behandeln. Kubernetes erstellt oder ersetzt ausgefallene Container automatisch neu und gewährleistet so eine kontinuierliche Anwendungsverfügbarkeit.
3. Plattformunabhängigkeit : Kubernetes ist plattformunabhängig konzipiert und kann auf verschiedenen Cloud-Computing-Plattformen, virtuellen Maschinenumgebungen und physischen Servern ausgeführt werden. Es bietet eine Abstraktionsschicht, die die Unterschiede in der zugrunde liegenden Infrastruktur abschirmt und Anwendungen unabhängig von der zugrunde liegenden Betriebsumgebung macht.
4. Skalierbarkeit : Kubernetes verfügt über eine gute Skalierbarkeit und kann Tausende von Knoten und Zehntausende Container verwalten. Es erreicht eine elastische Erweiterung von Anwendungen und eine optimale Nutzung von Ressourcen durch horizontale Erweiterung und automatische Skalierungsmechanismen.
5. Sicherheit : Kubernetes legt Wert auf Anwendungssicherheit. Es bietet eine Vielzahl von Sicherheitsmechanismen, einschließlich Authentifizierung, Autorisierung, Netzwerkrichtlinien usw., um vertrauliche Informationen und Ressourcen von Anwendungen vor unbefugtem Zugriff und Angriffen zu schützen.

Die Funktionen und Grundprinzipien von Kubernetes machen es zu einem führenden Unternehmen in der Container-Orchestrierung und -Verwaltung. Es kann Benutzern dabei helfen, effiziente, zuverlässige und skalierbare Containeranwendungen zu erstellen und zu verwalten und bietet gleichzeitig umfangreiche Funktionen und flexible Erweiterungsmechanismen.

Das Kubernetes-Ökosystem

Kubernetes verfügt über ein großes und ständig wachsendes Ökosystem aus Plugins, Tools und Integrationen von Drittanbietern, das Benutzern umfangreiche Funktionalität und Flexibilität bietet. ### Komponente

Die Hauptkomponenten des Kubernetes-Ökosystems sind wie folgt:

1. CNI-Plugin (Container Network Interface) : Das CNI-Plugin bietet Plug-in-Unterstützung für Netzwerkfunktionen und wird zur Verwaltung des Containernetzwerks im Kubernetes-Cluster verwendet. CNI-Plugins wie Calico, Flannel und Weave ermöglichen beispielsweise die Kommunikation zwischen Containern, Netzwerkisolierung und Sicherheit.
2. CSI-Plugin (Container Storage Interface) : Das CSI-Plugin bietet Plug-in-Unterstützung für Speicherfunktionen und wird zur Verwaltung der dauerhaften Speicherung von Containern in einem Kubernetes-Cluster verwendet. Beispielsweise können CSI-Plugins wie Rook, OpenEBS und Portworx zuverlässige, skalierbare persistente Speicherlösungen bereitstellen.
3. Überwachungs- und Protokollierungstools : Im Kubernetes-Ökosystem gibt es viele Überwachungs- und Protokollierungstools, mit denen der Status, die Leistung und Anomalien von Kubernetes-Clustern in Echtzeit überwacht und aufgezeichnet werden können. Tools wie Prometheus, Grafana und ELK Stack (Elasticsearch, Logstash, Kibana) werden häufig zur Überwachung und Protokollerfassung verwendet.
4. Automatisierte Bereitstellungs- und Konfigurationstools : Für die Automatisierung der Bereitstellung und Konfiguration von Kubernetes-Clustern stehen verschiedene Tools zur Verfügung. Tools wie Kubespray, Kops und Rancher können beispielsweise den Prozess der Bereitstellung und Konfiguration von Clustern vereinfachen und für Konsistenz und Wiederholbarkeit sorgen.
5. Service Mesh- und API-Management : Service Mesh- und API-Management-Tools können verwendet werden, um die Bereitstellung, Verwaltung und Überwachung von Microservice-Architekturen zu vereinfachen. Beispielsweise bieten Tools wie Istio, Linkerd und Kong Funktionen wie Verkehrsmanagement, Fehlerbehebung und Sicherheit.
6. Automatisierte Abläufe und CI/CD : Für automatisierte Abläufe und Continuous Integration/Continuous Delivery (CI/CD) stehen verschiedene Tools zur Verfügung. Beispielsweise können Tools wie Helm, Jenkins und Argo CD verwendet werden, um die Bereitstellung, Skalierung und Aktualisierung von Anwendungen zu automatisieren.

Offenheit und Skalierbarkeit

Die Offenheit und Skalierbarkeit von Kubernetes sind wichtige Merkmale seines Ökosystems und ermöglichen die Anpassung an unterschiedliche Anwendungsanforderungen.

1. Offenheit : Kubernetes ist ein Open-Source-Projekt, dessen Quellcode Entwicklern offen steht und von CNCF (Cloud Native Computing Foundation) verwaltet wird. Dies bedeutet, dass Benutzer an der Entwicklung und Verbesserung des Projekts teilnehmen und Beiträge und Unterstützung von der globalen Gemeinschaft erhalten können.
2. Skalierbarkeit : Kubernetes bietet einen umfangreichen Erweiterungsmechanismus, der es Benutzern ermöglicht, Kubernetes-Funktionen entsprechend ihren eigenen Anforderungen zu erweitern und anzupassen. Benutzer können die Funktionen und Fähigkeiten von Kubernetes erweitern, indem sie benutzerdefinierte Controller, Scheduler, Speicher-Plug-Ins und Netzwerk-Plug-Ins schreiben.
3. Integration von Drittanbietern : Das Kubernetes-Ökosystem ist sehr umfangreich und es gibt viele Tools und Dienste von Drittanbietern, die Kubernetes integrieren und erweiterte Funktionen bereitstellen. Dazu gehören verwaltete Kubernetes-Dienste von Cloud-Dienstanbietern wie AWS, Azure und GCP sowie Integrationen mit anderen Entwicklertools und Verwaltungsplattformen.

Die Offenheit und Erweiterbarkeit von Kubernetes ermöglichen die Anpassung an verschiedene Anwendungsanforderungen und komplexe Umgebungen. Benutzer können entsprechend ihren eigenen Anforderungen geeignete Tools und Integrationen auswählen, um eine vollständige Containeranordnungs- und -verwaltungslösung zu erstellen, die ihren eigenen Anforderungen entspricht.

In diesem Kapitel haben wir vorgestellt, was Kubernetes ist, was es tut und warum es der De-facto-Standard für die moderne Container-Orchestrierung und -Verwaltung ist. Hier ist eine Zusammenfassung dieses Kapitels:

• Kubernetes ist eine Open-Source-Container-Orchestrierungs- und Verwaltungsplattform für die automatische Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von Containeranwendungen.
• Kubernetes bietet umfassende Funktionalität und Flexibilität, um Benutzern beim Erstellen und Verwalten effizienter, zuverlässiger und skalierbarer Containeranwendungen zu helfen.
• Zu den Kernprinzipien von Kubernetes gehören deklarative Konfiguration, Selbstheilung und Plattformunabhängigkeit, wodurch die Anwendungsbereitstellung und -verwaltung einfacher und zuverlässiger wird.
• Zu den Funktionen von Kubernetes gehören Container-Orchestrierung, automatische Bereitstellung, Diensterkennung und Lastausgleich, Elastizität und Skalierung usw. und bieten umfassende Container-Verwaltungsfunktionen.
• Das Kubernetes-Ökosystem umfasst verschiedene Plug-Ins, Tools und Integrationen von Drittanbietern, wie z. B. Netzwerk-Plug-Ins, Speicher-Plug-Ins, Überwachungstools, automatisierte Bereitstellungstools usw., und bietet Benutzern eine Fülle von Funktionen und Auswahlmöglichkeiten.
• Die Offenheit und Erweiterbarkeit von Kubernetes ermöglichen die Anpassung an unterschiedliche Anwendungsanforderungen und die Integration mit anderen Tools und Diensten, um eine vollständige Container-Orchestrierungs- und Verwaltungslösung zu erstellen.

Durch die Einleitung dieses Kapitels erhalten die Leser ein erstes Verständnis der grundlegenden Konzepte, Funktionen und Vorteile von Kubernetes. In den folgenden Kapiteln werden wir Themen wie Kubernetes-Architektur, Clustererstellung und -bereitstellung, Ressourcenverwaltung und -planung ausführlicher besprechen, um den Lesern zu helfen, Kubernetes besser zu verstehen und zur Verwaltung und Wartung von Containeranwendungen anzuwenden.

Fazit: In diesem Kapitel haben wir die Definition, Rolle und Vorteile von Kubernetes vorgestellt. Sie sollten nun ein grundlegendes Verständnis von Kubernetes haben und wissen, warum es der De-facto-Standard für die moderne Container-Orchestrierung und -Verwaltung ist. In den folgenden Kapiteln befassen wir uns mit der Architektur, Clusterverwaltung und Best Practices von Kubernetes, um Ihnen zu helfen, dieses leistungsstarke Tool besser zu verstehen und anzuwenden.

Kapitel 2: Kubernetes-Architektur

Übersicht über die Kontrollebene und die Datenebene

In der Kubernetes-Architektur sind Kontrollebene (Control Plane) und Datenebene (Data Plane) zwei wichtige Konzepte. Sie spielen unterschiedliche Rollen und sind für unterschiedliche Aufgaben verantwortlich. Sie arbeiten bei der Verwaltung und Planung von Containeranwendungen zusammen.

Kontrollebene

Die Steuerungsebene ist eine Kernkomponente der Kubernetes-Architektur und für die Verwaltung und Steuerung des Zustands und Verhaltens des gesamten Clusters verantwortlich. Es enthält eine Reihe von Komponenten zur Abwicklung von Clusterverwaltungsvorgängen und zur Entscheidungsfindung.

Im Folgenden sind die Hauptkomponenten der Steuerebene aufgeführt:

1. API-Server (API-Server) : API-Server ist die Front-End-Schnittstelle des Kubernetes-Clusters und bietet einen einheitlichen Einstiegspunkt für die Interaktion mit dem Cluster. Es verarbeitet API-Anfragen von Benutzern, externen Komponenten und internen Komponenten und leitet sie zur Verarbeitung an die entsprechenden Komponenten weiter.
2. Scheduler : Der Scheduler ist dafür verantwortlich, die Ausführung des Containers auf dem entsprechenden Rechenknoten entsprechend den Ressourcenanforderungen und Einschränkungen des Containers zu planen. Es berücksichtigt Faktoren wie Knotenressourcennutzung, Containeraffinität und Anti-Affinitätsregeln, um Lastausgleich und Ressourcenoptimierung zu erreichen.
3. Controller Manager (Controller Manager) : Der Controller Manager enthält mehrere Controller zur Überwachung des Status des Clusters und zur Durchführung von Steuervorgängen. Zu diesen Controllern gehören Replikatsatz-Controller (ReplicaSet Controller), Dienstcontroller (Service Controller), Knotencontroller (Node Controller) usw., die für die Aufrechterhaltung des gewünschten Status im Cluster verantwortlich sind.
4. etcd (verteilter Schlüsselwertspeicher) : etcd ist der persistente Speicher des Kubernetes-Clusters, der zum Speichern von Konfigurationsinformationen, Statusdaten und Metadaten des Clusters verwendet wird. Es bietet einen äußerst zuverlässigen und hochverfügbaren verteilten Schlüsselwertspeicherdienst für andere Komponenten zum Lesen und Schreiben von Daten.

Datenebene

Die Datenebene ist die Laufzeitumgebung in der Kubernetes-Architektur, die für das Hosten und Ausführen von Containeranwendungen verantwortlich ist. Es umfasst Rechenknoten und eine Container-Laufzeitumgebung zum Ausführen und Verwalten von Container-Instanzen.

Im Folgenden sind die Hauptkomponenten der Datenebene aufgeführt:

1. Rechenknoten (Knoten) : Der Rechenknoten ist ein Arbeitsknoten im Kubernetes-Cluster, der zum Hosten und Ausführen von Containern verwendet wird. Es besteht normalerweise aus physischen Maschinen oder virtuellen Maschinen, und auf jedem Knoten können mehrere Containerinstanzen ausgeführt werden.
2. Pod : Pod ist die kleinste Planungseinheit von Kubernetes, die einen oder mehrere eng verwandte Container enthält. Pods bieten eine Umgebung, in der Container Netzwerk-, Speicher- und andere Ressourcen gemeinsam nutzen und so zusammenarbeiten können.
3. Container-Laufzeit : Die Container-Laufzeit ist für die Verwaltung und Ausführung von Container-Instanzen verantwortlich. Kubernetes unterstützt mehrere Containerlaufzeiten wie Docker, Containerd, CRI-O und mehr. Es ist für das Starten, Stoppen und Überwachen von Containern sowie für die Isolierung und Ressourcenverwaltung von Containern verantwortlich.

interaktiver Modus

Die Interaktion zwischen der Steuerebene und der Datenebene erfolgt über den API-Server. Die Komponenten der Steuerungsebene konfigurieren, überwachen und betreiben die Komponenten in der Datenebene über die vom API-Server bereitgestellte API. Gleichzeitig melden Komponenten in der Datenebene den Status und erhalten Anweisungen über den API-Server, um die Synchronisierung mit der Steuerungsebene aufrechtzuerhalten.

Die Zusammenarbeit von Kontrollebene und Datenebene ist der Schlüssel zur Kubernetes-Clusterverwaltung und Container-Orchestrierung. Die Steuerungsebene ist für die Entscheidungsfindung und Leitung verantwortlich, und die Datenebene ist für den eigentlichen Containerbetrieb und -management verantwortlich. Beide arbeiten zusammen, um eine hohe Verfügbarkeit, Elastizität und Zuverlässigkeit der Anwendungen zu erreichen.

Kubernetes-Kernkomponenten

Die Kubernetes-Architektur besteht aus mehreren Kernkomponenten mit jeweils unterschiedlichen Fähigkeiten und Verantwortlichkeiten, die zusammenarbeiten, um containerisierte Anwendungen zu verwalten und zu planen. Im Folgenden sind die Kernkomponenten von Kubernetes aufgeführt:

1. API-Server (API-Server) : API-Server ist die Front-End-Schnittstelle des Kubernetes-Clusters und bietet einen einheitlichen Einstiegspunkt für die Interaktion mit dem Cluster. Es empfängt API-Anfragen von Benutzern, externen Komponenten und internen Komponenten und leitet sie zur Verarbeitung an die entsprechenden Komponenten weiter. Der API-Server ist außerdem für die Authentifizierung und Autorisierung von Anfragen verantwortlich, um die Sicherheit des Clusters zu gewährleisten. Es ist die Brücke zwischen der Steuerebene und der Datenebene.
2. Scheduler : Der Scheduler ist für die Planung der Ausführung von Containern auf geeigneten Rechenknoten verantwortlich. Es berücksichtigt Faktoren wie Containerressourcenanforderungen, Knotenressourcennutzung, Affinitäts- und Anti-Affinitätsregeln, um Lastausgleich und Ressourcenoptimierung zu erreichen. Der Scheduler lauscht auf das nicht zugewiesene Containerereignis im API-Server und wählt den entsprechenden Knoten dafür aus. Sobald ein Knoten ausgewählt ist, schreibt der Scheduler die Knoteninformationen zurück auf den API-Server.
3. Controller Manager (Controller Manager) : Controller Manager enthält mehrere Controller zur Überwachung des Status des Clusters und zur Steuerung von Vorgängen. Jeder Controller ist für die Aufrechterhaltung des gewünschten Zustands einer Ressource im Cluster verantwortlich. Beispielsweise stellt der Replica Set Controller (ReplicaSet Controller) sicher, dass die Anzahl der im Replikatsatz ausgeführten Pods den Erwartungen entspricht, der Service Controller (Service Controller) verwaltet Serviceressourcen usw. Der Controller Manager überwacht regelmäßig die Ressourcen im API-Server und ergreift bei Bedarf Maßnahmen, um den gewünschten Zustand der Ressourcen aufrechtzuerhalten.
4. etcd (verteilter Schlüsselwertspeicher) : etcd ist der persistente Speicher des Kubernetes-Clusters, der zum Speichern von Konfigurationsinformationen, Statusdaten und Metadaten des Clusters verwendet wird. Es bietet einen äußerst zuverlässigen und hochverfügbaren verteilten Schlüsselwertspeicherdienst für andere Komponenten zum Lesen und Schreiben von Daten. etcd bietet starke Konsistenzgarantien und gewährleistet Datenzuverlässigkeit und Haltbarkeit durch Replikations- und Fehlerwiederherstellungsmechanismen.

Diese Kernkomponenten bilden zusammen die Steuerungsebene von Kubernetes. Sie sind für die Verwaltung, Planung und Kontrolle des Clusters verantwortlich und stellen die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Containeranwendungen sicher. Der API-Server bietet eine einheitliche Schnittstelle, der Scheduler wählt den entsprechenden Knoten aus, der Controller-Manager verwaltet den gewünschten Status der Ressourcen und etcd bietet dauerhafte Speicherunterstützung.

Knotenkomponente

In der Kubernetes-Architektur sind Knoten die eigentlichen Rechenknoten, auf denen Container ausgeführt werden. Auf jedem Knoten laufen einige Schlüsselkomponenten, die für die Verwaltung und Ausführung von Containeranwendungen verantwortlich sind. Im Folgenden sind die Hauptkomponenten auf einem Kubernetes-Knoten aufgeführt:

1. Kubelet : Kubelet ist eine Agentenkomponente, die auf jedem Knoten ausgeführt wird und für die Verwaltung und Ausführung von Containern auf dem Knoten verantwortlich ist. Es kommuniziert mit dem API-Server in der Steuerungsebene, um Informationen und Anweisungen zur Pod-Konfiguration zu empfangen. Kubelet startet, stoppt und überwacht den Container gemäß der Pod-Spezifikation und stellt sicher, dass der Zustand des Containers mit dem erwarteten Zustand übereinstimmt. Es ist auch für die Ressourcenverwaltung von Knoten und Gesundheitsprüfungen von Containern verantwortlich.
2. kube-proxy : kube-proxy ist eine Netzwerk-Proxy-Komponente, die auf jedem Knoten ausgeführt wird und für die Netzwerkweiterleitung und den Lastausgleich von Kubernetes-Diensten verantwortlich ist. Es verwaltet den Netzwerkstatus von Diensten und Endpunkten im Cluster und bietet transparenten Dienstzugriff für Pods innerhalb des Clusters. kube-proxy kann die Dienstweiterleitung und den Lastausgleich über Mechanismen wie IP-Lastausgleich, Iptables-Regeln oder IPVS (IP Virtual Server) implementieren.
3. Container-Laufzeit : Die Container-Laufzeit ist die Komponente, die für die Verwaltung und Ausführung von Containern verantwortlich ist. Sie ist für das Erstellen, Starten und Stoppen von Containern verantwortlich und bietet Isolation und Ressourcenverwaltung für Container. Kubernetes unterstützt mehrere Containerlaufzeiten. Zu den häufig verwendeten gehören Docker, Containerd und CRI-O. Die Containerlaufzeit interagiert mit Kubelet, um die Betriebsanforderungen des Containers zu erfüllen und die Dateisystem-, Netzwerk- und Prozessisolation des Containers bereitzustellen.

Diese Knotenkomponenten arbeiten zusammen, um den Knoten zur Laufzeitumgebung für Containeranwendungen zu machen. Durch die Kommunikation mit der Steuerungsebene stellt Kubelet sicher, dass die Container auf den Knoten mit dem gewünschten Zustand im Cluster übereinstimmen. Kube-Proxy ist für die Netzwerkweiterleitung und den Lastausgleich von Diensten verantwortlich und ermöglicht Anwendungen eine bequeme Kommunikation zwischen Diensten. Die Containerlaufzeit stellt die Ausführungsumgebung des Containers bereit und verwaltet den Lebenszyklus und die Ressourcen des Containers.

Durch die Zusammenarbeit dieser Knotenkomponenten bietet Kubernetes leistungsstarke Funktionen zur Orchestrierung und Verwaltung von Containern, sodass containerisierte Anwendungen auf jedem Knoten im Cluster effizient und zuverlässig ausgeführt werden können.

Controller und Planer

In Kubernetes sind Controller und Scheduler Schlüsselkomponenten für die automatisierte Container-Orchestrierung und -Verwaltung. Sie spielen unterschiedliche Rollen und haben unterschiedliche Funktionen und Verantwortlichkeiten.

Regler

Der Controller ist eine der Kernkomponenten von Kubernetes und dient der Überwachung und Steuerung der Ressourcen im Cluster. Der Controller stellt sicher, dass der gewünschte Zustand der Ressourcen mit dem tatsächlichen Zustand übereinstimmt, indem er regelmäßig den Zustand des Clusters überprüft und Maßnahmen gemäß definierten Regeln und Richtlinien ergreift.

Hier sind einige gängige Controller:

• Replikatsatz-Controller (ReplicaSet Controller) : Der Replikatsatz-Controller ist dafür verantwortlich, die Anzahl der Kopien eines Satzes von Pods aufrechtzuerhalten, um sicherzustellen, dass sie mit der vom Benutzer definierten gewünschten Anzahl übereinstimmt. Wenn die Anzahl der Replikate nicht ausreicht oder zu hoch ist, passt der Replikatsatz-Controller die Anzahl der Pods automatisch an, um den gewünschten Status der Konfiguration zu erfüllen.
• Service Controller : Der Service Controller verwaltet Serviceressourcen in Kubernetes. Es stellt sicher, dass Dienste mit den zugehörigen Pods konsistent sind, und stellt stabile Netzwerkadressen und Lastausgleichsfunktionen für Dienste bereit. Wenn sich die Anzahl oder der Standort der Pods ändert, aktualisiert der Dienstcontroller die Konfiguration des Dienstes entsprechend.
• Knotencontroller (Knotencontroller) : Der Knotencontroller ist für die Überwachung der Knoten im Cluster sowie für die Planung und Verwaltung entsprechend der Verfügbarkeit und dem Konfigurationsstatus der Knoten verantwortlich. Wenn ein Knoten ausfällt oder nicht mehr den erwarteten Zustand erreicht, ergreift der Knotencontroller entsprechende Maßnahmen, wie z. B. die Planung von Pods auf anderen verfügbaren Knoten.

Diese Controller interagieren mit dem API-Server, um Ressourceninformationen abzurufen und Zustandsänderungen zu überwachen. Sie passen sich automatisch an die Konfiguration und Richtlinien des Clusters an und arbeiten entsprechend, um den gewünschten Zustand der Ressourcen aufrechtzuerhalten und die Container-Orchestrierung und -Verwaltung zu automatisieren.

Planer

Der Scheduler ist eine weitere Kernkomponente von Kubernetes und ist für die Planung der Ausführung von Containeranwendungen auf den Rechenknoten im Cluster verantwortlich. Der Scheduler wählt den am besten geeigneten Knoten zum Ausführen des Containers basierend auf den Ressourcenanforderungen des Containers, den Affinitätsregeln und anderen Einschränkungen aus.

Zu den Hauptaufgaben des Planers gehören:

• Knotenauswahl : Der Scheduler wählt einen Knoten aus, der für die Ausführung des Containers geeignet ist, indem er die Ressourcenanforderungen des Containers und die Ressourcennutzung des Knotens berücksichtigt. Es berücksichtigt die CPU, den Arbeitsspeicher, den Speicher und andere Ressourcen des Knotens und stellt sicher, dass der Container genügend Ressourcen zum Ausführen erhält.
• Lastausgleich : Der Scheduler versucht, die Last jedes Knotens im Cluster auszugleichen, um zu verhindern, dass einige Knoten überlastet werden und zu Leistungseinbußen führen. Es berücksichtigt die Anzahl der bereits auf dem Knoten ausgeführten Container und die Ressourcennutzung und wählt relativ inaktive Knoten aus, um neue Container auszuführen.
• Affinität und Anti-Affinität : Der Scheduler unterstützt Affinitätsregeln, die Container für Knoten planen können, mit denen sie eine Affinität haben. Affinitätsregeln können basierend auf Labels, Knotenattributen usw. definiert werden. Im Gegenteil, der Scheduler unterstützt auch Anti-Affinitätsregeln, wodurch die Planung von Containern auf Knoten mit Anti-Affinität vermieden werden kann.

Durch die Arbeit des Schedulers kann Kubernetes eine intelligente Planung und Lastverteilung von Containern realisieren. Es hilft Benutzern, die Rechenressourcen im Cluster voll auszunutzen und die Anwendungsleistung und -zuverlässigkeit zu verbessern.

Durch die Betonung der Automatisierungsfunktionen von Controllern und Schedulern kann die Komplexität der Container-Orchestrierung und -Verwaltung erheblich vereinfacht werden. Sie überwachen und passen den Ressourcenstatus an und arbeiten automatisch nach vordefinierten Regeln und Richtlinien, wodurch die Anwendungsbereitstellung und -verwaltung effizienter und zuverlässiger wird.

Netzwerkmodell

In Kubernetes ist das Netzwerkmodell eine Schlüsselkomponente bei der Implementierung von Kommunikations- und Netzwerkrichtlinien zwischen Containern. Es definiert, wie Container innerhalb des Clusters kommunizieren und stellt Netzwerkrichtlinien bereit, um den Zugriff zwischen Containern zu steuern.

Pod-Netzwerk

Pod ist die kleinste Planungseinheit von Kubernetes und enthält normalerweise einen oder mehrere eng verwandte Container. Innerhalb eines Pods können Container über localhost miteinander kommunizieren. Wenn sich Pods jedoch über mehrere Knoten erstrecken, muss die Kommunikation zwischen Containern über das Netzwerk erfolgen.

Um die Kommunikation zwischen Containern innerhalb eines Pods zu ermöglichen, führt Kubernetes eine Vielzahl von Netzwerk-Plugins und -Technologien ein. Diese Plugins und Technologien erstellen eine virtuelle Netzwerkschicht, die Container innerhalb eines Pods verbindet.

Zu den gängigen Pod-Netzwerk-Plugins gehören:

• Flannel : Flannel nutzt virtuelle Netzwerke und Netzwerktunneling-Technologien, um ein flaches, Cluster-weites Netzwerk für Pods zu erstellen. Es weist jedem Knoten ein eindeutiges Subnetz zu und nutzt Netzwerktunnel, um den Datenverkehr zwischen Knoten weiterzuleiten.
• Calico : Calico verwendet Routing-basierte Netzwerktechnologie, um für jeden Knoten ein Subnetz zu erstellen und die Kommunikation zwischen Containern über Routing-Tabellen zu implementieren. Es unterstützt eine hoch skalierbare Netzwerkarchitektur und bietet Sicherheits- und Netzwerkrichtlinienfunktionen.
• Cilium : Cilium ist ein auf eBPF (Extended Berkeley Packet Filter) basierendes Netzwerk-Plugin, das leistungsstarke Netzwerk- und Sicherheitsfunktionen für Pods bietet. Es nutzt die eBPF-Technologie, um Netzwerkpakete zu filtern und zu manipulieren und so fein abgestimmte Netzwerkrichtlinien und Beobachtbarkeit bereitzustellen.

Diese Pod-Netzwerk-Plugins nutzen unterschiedliche Technologien und Protokolle für die Kommunikation zwischen Containern und bieten unterschiedliche Funktions- und Leistungsmerkmale. Benutzer können je nach Bedarf die passenden Plug-Ins und Konfigurationen auswählen.

Cluster-Netzwerk

Zusätzlich zum Pod-Netzwerk bietet Kubernetes auch ein Cluster-Netzwerk, um eine knotenübergreifende Containerkommunikation zu erreichen. Das Cluster-Netzwerk bietet Pods auf verschiedenen Knoten die Möglichkeit, miteinander zu kommunizieren, sodass Container im gesamten Cluster nahtlos kommunizieren können.

Wie das Clusternetzwerk implementiert wird, hängt vom Netzwerk-Plugin und der zugrunde liegenden Netzwerkinfrastruktur ab. Typischerweise werden beim Cluster-Networking Technologien wie Network Address Translation (NAT), Network Tunneling oder Virtual Local Area Networks (VLANs) verwendet, um Pods auf Knoten zu verbinden.

Das Cluster-Netzwerk kann weiter ausgebaut werden und über Service und Ingress Zugriff auf Dienste ermöglichen. Der Dienst ermöglicht die Kombination mehrerer Pods zu einem logischen Dienst und die Zuweisung einer stabilen virtuellen IP-Adresse an den Dienst. Ingress fungiert als Einstiegspunkt in den Cluster und leitet externe Anfragen an den entsprechenden Dienst weiter.

Netzwerkpolitik

Kubernetes bietet Netzwerkrichtlinien zur Steuerung des Zugriffs zwischen Containern. Netzwerkrichtlinien basieren auf den Konzepten von Labels und Selektoren und ermöglichen es Administratoren, Regeln zu definieren, die den Datenverkehr zu Pods zulassen oder verweigern.

Durch Netzwerkrichtlinien können Administratoren die Kommunikation zwischen Containern einschränken, um Sicherheit und Isolation zu gewährleisten. Die Netzwerkrichtlinie kann Zugriffsregeln basierend auf Quell-IP, Ziel-IP, Port, Protokoll und anderen Bedingungen definieren, um eine differenzierte Zugriffskontrolle zu erreichen.

Netzwerkrichtlinien müssen möglicherweise in einigen Netzwerk-Plugins explizit aktiviert werden und erfordern eine zugrunde liegende Netzwerkinfrastruktur, um diese Funktionalität zu unterstützen. Daher müssen Sie bei der Verwendung von Netzwerkrichtlinien sicherstellen, dass die ausgewählten Netzwerk-Plugins und die Infrastruktur diese Funktion unterstützen.

Durch das Pod-Netzwerk und das Cluster-Netzwerk sowie die Unterstützung von Netzwerkrichtlinien bietet Kubernetes leistungsstarke Kommunikations- und Netzwerksteuerungsfunktionen zwischen Containern. Diese Funktionen helfen Benutzern dabei, eine flexible und zuverlässige Container-Orchestrierung und -Verwaltung zu erreichen und gleichzeitig Isolation und Sicherheit zwischen Containern zu gewährleisten.

Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit

In Kubernetes sind Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit wichtige Konzepte, die es Benutzern ermöglichen, die Größe und Kapazität des Clusters je nach Bedarf zu erhöhen oder zu verringern. Kubernetes bietet mehrere Mechanismen, um Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit zu erreichen, einschließlich horizontaler Skalierung und automatischer Cluster-Skalierung.

Horizontale Erweiterung

Bei der horizontalen Skalierung handelt es sich um ein Skalierbarkeitskonzept, das es Benutzern ermöglicht, die Kapazität und Leistung des Clusters durch das Hinzufügen weiterer Knoten zu erhöhen. In Kubernetes kann eine horizontale Skalierung durch eine Erhöhung der Anzahl der Rechenknoten erreicht werden. Wenn die Last des Clusters zunimmt, können neue Knoten eingeführt werden, um die Last zu teilen und die Verarbeitungskapazität des Clusters zu verbessern.

Zu den Vorteilen der horizontalen Skalierung gehören:

• Lastausgleich : Durch die Verteilung der Last auf mehrere Knoten kann durch horizontale Erweiterung ein Lastausgleich erreicht und eine Überlastung einiger Knoten vermieden werden.
• Erhöhte Kapazität : Durch die horizontale Skalierung wird die Kapazität des Clusters erhöht, sodass dieser mehr Anwendungen und Container verarbeiten kann.
• Hohe Verfügbarkeit : Durch die Erhöhung der Anzahl der Knoten kann die horizontale Skalierung eine höhere Fehlertoleranz und Verfügbarkeit bieten. Fällt ein Knoten aus, können andere Knoten weiterhin Dienste bereitstellen.

Um eine horizontale Skalierung zu erreichen, kann eine Auto Scaling Group oder ein ähnlicher Mechanismus verwendet werden, um die Anzahl der Knoten basierend auf vordefinierten Regeln und Metriken automatisch zu erhöhen oder zu verringern. Auto-Scaling-Gruppen können die Größe des Clusters an die Anforderungen der Anwendung anpassen, basierend auf Lastbedingungen, CPU-Auslastung, Speicherauslastung und anderen Indikatoren.

Automatische Clusterskalierung

Bei der automatischen Clusterskalierung handelt es sich um eine Skalierbarkeitsimplementierung, die eine automatische Anpassung der Clustergröße je nach Bedarf ermöglicht. Kubernetes bietet den Horizontal Pod Autoscaler (HPA)-Mechanismus, der die Anzahl der Pod-Replikate automatisch an die Auslastung der Anwendung anpassen kann.

HPA überwacht Pod-Metriken (z. B. CPU-Auslastung, Speicherauslastung usw.) und passt die Anzahl der Pod-Replikate automatisch gemäß vordefinierten Regeln an. Wenn die Last zunimmt, kann HPA die Anzahl der Pod-Kopien erhöhen, um den Bedarf zu decken. Wenn die Last abnimmt, kann HPA die Anzahl der Pod-Kopien reduzieren, um Ressourcen zu sparen.

Zu den Vorteilen der automatischen Cluster-Skalierung gehören:

• Optimierung der Ressourcennutzung : Der Cluster kann die Ressourcennutzung dynamisch an die Lastbedingungen anpassen und so die Ressourcennutzung optimieren.
• Elastizität und Flexibilität : Cluster können bei Bedarf schnell erweitert oder verkleinert werden, um sich ändernden Anwendungsanforderungen gerecht zu werden.
• Automatisierte Verwaltung : Durch die automatische Clusterskalierung können Erweiterungs- und Kontraktionsvorgänge automatisch abgeschlossen werden, wodurch die Arbeitsbelastung der Administratoren verringert wird.

Durch horizontale Erweiterung und automatische Cluster-Skalierung bietet Kubernetes leistungsstarke Skalierbarkeits- und Skalierbarkeitsfunktionen, die es dem Cluster ermöglichen, Knoten und Container je nach Bedarf dynamisch zu vergrößern oder zu verkleinern. Diese Mechanismen können eine leistungsstarke, hochverfügbare und elastische Anwendungsbereitstellungs- und Verwaltungsumgebung bereitstellen.

In diesem Kapitel haben wir die Kernkomponenten und die Architektur von Kubernetes ausführlich erläutert und uns dabei auf die Steuerebene und die Datenebene sowie deren Zusammenhang und Kommunikation konzentriert. Im Folgenden finden Sie eine Zusammenfassung des Hauptinhalts dieses Kapitels:

• Die Kubernetes-Architektur ist ein verteiltes System, das aus mehreren Komponenten zur Verwaltung und Orchestrierung von Containeranwendungen besteht.
• Die Kontrollebene ist das Gehirn von Kubernetes und für die Verwaltung der Status- und Konfigurationsinformationen des gesamten Clusters verantwortlich. Es umfasst API-Server, Scheduler, Controller Manager und etcd.
• Der API-Server ist der Haupteinstiegspunkt zum Cluster und stellt eine Schnittstelle für die Interaktion mit der Steuerungsebene bereit. Es empfängt Anfragen von Benutzern und anderen Komponenten und übersetzt sie in interne Vorgänge.
• Der Scheduler ist die Komponente, die für die Planung der Ausführung von Containeranwendungen auf den entsprechenden Knoten im Cluster verantwortlich ist. Es berücksichtigt Knotenressourcen, Affinitätsregeln und andere Einschränkungen, um Planungsentscheidungen zu treffen.
• Controller Manager ist eine Sammlung von Controllern, die zur Überwachung und Verwaltung von Ressourcen im Cluster verwendet werden. Es ist dafür verantwortlich, sicherzustellen, dass der gewünschte Zustand der Ressource mit dem tatsächlichen Zustand übereinstimmt, und geeignete Maßnahmen zur Anpassung der Ressource zu ergreifen.
• etcd ist ein verteiltes Schlüsselwertspeichersystem für Kubernetes, das zum Speichern der Status- und Konfigurationsinformationen des Clusters verwendet wird. Es bietet eine äußerst zuverlässige und konsistente Datenspeicherung und unterstützt Hochverfügbarkeit und Datenreplikation.

Kontrollebene und Datenebene sind zwei Schlüsselkonzepte in der Kubernetes-Architektur. Die Steuerungsebene ist für die Verwaltung und Steuerung des Status und der Konfiguration des Clusters verantwortlich, während die Datenebene für die Knoten und das Netzwerk verantwortlich ist, auf denen die Container tatsächlich ausgeführt werden. Sie kommunizieren über den API-Server, die Steuerebene sendet Anweisungen und Konfigurationen an die Datenebene und die Datenebene gibt die tatsächlichen Statusinformationen an die Steuerebene zurück.

Indem wir ein tiefes Verständnis der Kernkomponenten und der Architektur von Kubernetes erlangen, können wir seine Funktionsweise und seine internen Kommunikationsmechanismen besser verstehen. Dies stellt für uns wichtige Referenzen und Anleitungen zur Verwaltung und Wartung von Kubernetes-Clustern dar

Kapitel 3: Clustererstellung und -bereitstellung

In diesem Kapitel erfahren Sie, wie Sie einen Kubernetes-Cluster erstellen und bereitstellen. Wir beginnen mit den Infrastrukturanforderungen und besprechen dann wichtige Aspekte wie die Knotenbereitstellung, die Wahl der Containerlaufzeit und die Netzwerkkonfiguration. Durch den richtigen Erstellungs- und Bereitstellungsprozess kann ein stabiler und zuverlässiger Kubernetes-Cluster aufgebaut werden.

Anforderungen an die Infrastruktur

Bevor wir einen Kubernetes-Cluster erstellen, müssen wir zunächst sicherstellen, dass einige Infrastrukturanforderungen erfüllt sind. Zu diesen Anforderungen gehören:

• Hardwareanforderungen : Kubernetes-Cluster erfordern bestimmte Rechenressourcen und Speicherplatz. Stellen Sie sicher, dass die Knoten des Clusters über ausreichend CPU-, Arbeitsspeicher- und Festplattenkapazität verfügen, um die Anforderungen der Anwendung zu erfüllen.
• Betriebssystem : Wählen Sie ein geeignetes Betriebssystem als Basis des Knotens aus. Zu den gängigen Optionen gehören Linux-Distributionen wie Ubuntu, CentOS usw.
• Netzwerkkonfiguration : Stellen Sie sicher, dass das Netzwerk richtig konfiguriert ist, damit Knoten miteinander kommunizieren und externen Zugriff ermöglichen können. Um eine Kommunikation zwischen Containern zu erreichen, müssen außerdem das Pod-Netzwerk und der Diensterkennungsmechanismus konfiguriert werden.

Knotenbereitstellung

Knoten sind die Schlüsselkomponenten in einem Kubernetes-Cluster und für die Ausführung und Verwaltung von Containern verantwortlich. Bei der Bereitstellung von Knoten müssen die folgenden Aspekte berücksichtigt werden:

• Masterknoten : Der Masterknoten ist die Steuerungsebene des Clusters und für die Verwaltung und Steuerung des Status und der Konfiguration des gesamten Clusters verantwortlich. Der Masterknoten umfasst API-Server, Scheduler, Controller Manager und etcd-Komponenten.
• Worker-Knoten : Worker-Knoten sind die Knoten im Cluster, auf denen die Container tatsächlich ausgeführt werden. Jeder Worker-Knoten enthält eine oder mehrere Container-Laufzeiten (z. B. Docker, Containerd oder CRI-O), die für die Erstellung und Verwaltung von Containern verantwortlich sind.

Der Schlüssel zur Knotenbereitstellung liegt in der Konfiguration der richtigen Rollen und Komponenten für jeden Knoten. Die auf dem Masterknoten ausgeführten Komponenten sollten hochverfügbar und fehlertolerant sein, um die Stabilität und Zuverlässigkeit des Clusters sicherzustellen.

Auswahl der Containerlaufzeit

In Kubernetes können verschiedene Container-Laufzeiten ausgewählt werden, um Container auszuführen und zu verwalten. Zu den gängigen Container-Laufzeitoptionen gehören Docker, Containerd und CRI-O. Die Auswahl einer geeigneten Container-Laufzeit kann auf der Grundlage tatsächlicher Anforderungen und Präferenzen erfolgen.

Berücksichtigen Sie bei der Auswahl einer Containerlaufzeit die folgenden Faktoren:

• Funktionen und Leistung : Unterschiedliche Containerlaufzeiten können unterschiedliche Funktionen und Leistungsmerkmale aufweisen. Wählen Sie abhängig von den Anforderungen Ihrer Anwendung eine Container-Laufzeitumgebung mit geeigneten Funktionen und guter Leistung.
• Ökosystemunterstützung : Erfahren Sie mehr über Ökosystem- und Community-Unterstützung für Containerlaufzeiten. Wählen Sie eine Container-Laufzeitumgebung mit einer aktiven Community und gutem Support für besseren Support und Wartung.

Netzwerkkonfiguration

In einem Kubernetes-Cluster ist die richtige Netzwerkkonfiguration von entscheidender Bedeutung. Es betrifft Aspekte wie die Kommunikation zwischen Containern, die Diensterkennung und die Netzwerksicherheit.

• Pod-Netzwerk : Die Konfiguration des Pod-Netzwerks ist ein entscheidender Schritt, um sicherzustellen, dass Container miteinander kommunizieren können. Pod-Netzwerke können mithilfe verschiedener Netzwerk-Plugins wie Flannel, Calico und Cilium implementiert werden. Wählen Sie das entsprechende Netzwerk-Plugin aus und konfigurieren Sie es entsprechend der Dokumentation korrekt.
• Diensterkennung : Die Diensterkennung ist ein wichtiger Mechanismus zur Realisierung des Dienstzugriffs und des Lastausgleichs innerhalb des Clusters. Durch die Konfiguration des Service-Objekts können eine stabile virtuelle IP- und Lastausgleichsfunktion für die Anwendung bereitgestellt werden.

Die Netzwerkkonfiguration muss an die spezifischen Anforderungen des Clusters angepasst werden und den Best Practices und Sicherheitsanforderungen von Kubernetes entsprechen.

Durch den richtigen Cluster-Erstellungs- und Bereitstellungsprozess kann ein stabiler und zuverlässiger Kubernetes-Cluster aufgebaut werden. Wenn Sie sicherstellen, dass die Infrastrukturanforderungen erfüllt sind, Knotenrollen und -komponenten ordnungsgemäß konfigurieren, die geeignete Containerlaufzeit auswählen und das richtige Netzwerk konfigurieren, können Sie eine leistungsstarke Umgebung für die Orchestrierung und Verwaltung von Containern aufbauen.

Speicherkonfiguration

In diesem Kapitel beschreiben wir, wie Speicher für einen Kubernetes-Cluster konfiguriert wird, einschließlich persistentem Speicher und Volume-Management. Wir besprechen Speicherkonfigurationsoptionen und -strategien, die Ihnen dabei helfen, eine zuverlässige Datenpersistenz und -verwaltung in Ihrem Cluster zu erreichen.

Dauerspeicher

In Kubernetes ist persistenter Speicher ein Mechanismus zum Beibehalten von Daten über Container-Neustarts oder -Migrationen hinweg. Es ermöglicht den Neustart oder die Migration von Containern ohne Datenverlust. Hier sind einige gängige persistente Speicheroptionen:

• Persistente Volumes (PV) : PV ist ein abstraktes Konzept in Kubernetes, das persistente Speicherressourcen im Cluster darstellt. PVs können physischen Speichergeräten, Netzwerkspeichern oder Cloud-Speichern zugeordnet werden. Administratoren können PVs vorab erstellen und sie Anwendungen zur Verfügung stellen.
• Persistent Volume Claims (PVC) : PVC ist die PV-Anforderung eines Benutzers, die den Bedarf der Anwendung an persistentem Speicher beschreibt. Wenn eine Anwendung dauerhaften Speicher benötigt, kann sie einen PVC erstellen und die gewünschten Speichereigenschaften angeben. Kubernetes bindet automatisch das entsprechende PV entsprechend den Anforderungen des PVC.
• Speicherklassen : Speicherklassen sind ein Mechanismus zum dynamischen Erstellen von PVs. Es ermöglicht Administratoren, verschiedene Speichertypen zu definieren, um den Anwendungsanforderungen gerecht zu werden. Wenn eine Anwendung ein PVC erstellt, können Sie die erforderliche Speicherklasse angeben und Kubernetes erstellt automatisch ein geeignetes PV.

Volumenverwaltung

Volumes sind der Mechanismus, der in Kubernetes zum Skalieren und Verwalten des Containerspeichers verwendet wird. Volumes ermöglichen Containern den Zugriff auf persistente Speicherressourcen, um Daten zwischen Containern gemeinsam zu nutzen und zu speichern. Hier sind einige gängige Volume-Management-Optionen:

• EmptyDir : EmptyDir ist ein kurzlebiges Volume, das leer ist, wenn ein Pod erstellt wird, und geleert wird, wenn ein Pod gelöscht wird. EmptyDir ist für die temporäre Datenspeicherung sehr nützlich, aber nicht für die dauerhafte Speicherung geeignet.
• HostPath : HostPath ermöglicht Containern den Zugriff auf Dateisystempfade auf dem Hostknoten. Es kann zum Teilen von Daten im Host-Dateisystem verwendet werden, ist jedoch in einem Cluster mit mehreren Knoten nicht hochverfügbar.
• NFS : NFS (Network File System) ist ein Netzwerkspeicherprotokoll, das es mehreren Knoten ermöglicht, ein Speichervolume gemeinsam zu nutzen. NFS-Volumes können von mehreren Containern gemountet werden und Daten zwischen Containern austauschen.

Optionen und Strategien für die Speicherkonfiguration hängen von den spezifischen Anforderungen und der Umgebung Ihres Clusters ab. Bei der Speicherkonfiguration müssen Sie Faktoren wie die Lese- und Schreibleistung des Containers, Persistenzanforderungen und Skalierbarkeit berücksichtigen, um eine geeignete Speicherlösung auszuwählen.

Sicherheitskonfiguration

In diesem Kapitel konzentrieren wir uns auf Sicherheitskonfigurationsmaßnahmen beim Erstellen und Bereitstellen von Kubernetes-Clustern. Die Sicherheitskonfiguration ist ein Schlüsselelement zur Gewährleistung der Zuverlässigkeit des Clusters und zum Schutz sensibler Daten. Im Folgenden finden Sie einige wichtige Überlegungen zur Sicherheitskonfiguration:

Authentifizierung und Autorisierung

• Benutzerauthentifizierung : Die Konfiguration der Benutzerauthentifizierung ist ein wichtiger Schritt zum Schutz Ihres Clusters vor unbefugtem Zugriff. Kubernetes unterstützt mehrere Authentifizierungsmechanismen wie passwortbasierte, zertifikatbasierte und externe Identitätsanbieter (wie LDAP, OAuth) usw.
• Zugriffskontrolle : Mithilfe des RBAC-Mechanismus (Role-Based Access Control) von Kubernetes können fein abgestufte Zugriffskontrollrichtlinien definiert werden. Mit RBAC können Administratoren Benutzern unterschiedliche Rollen und Berechtigungen zuweisen, um deren Zugriff auf Clusterressourcen einzuschränken.

Sicherheitskontext

• Sicherheitskontext : Jeder Container verfügt über einen Sicherheitskontext, der den Benutzer, der den Container ausführt, Gruppen, SELinux-Labels, Dateisystemberechtigungen usw. umfasst. Durch die Konfiguration eines geeigneten Sicherheitskontexts kann der Zugriff eines Containers auf das Hostsystem eingeschränkt werden.

Sensibles Informationsmanagement

• Sensible Informationen : Im Cluster müssen sensible Informationen wie Passwörter, Schlüssel, Zertifikate usw. ordnungsgemäß verwaltet und geschützt werden. Kubernetes bietet Secrets- und ConfigMaps-Mechanismen zum sicheren Speichern und Übertragen sensibler Informationen.

Auditierung und Protokollierung

• Überwachung : Die Konfigurationsüberwachungsfunktion kann Vorgänge auf Clusterressourcen verfolgen und aufzeichnen. Audit-Protokolle sind für die Fehlerbehebung, Compliance und Sicherheitsüberprüfungen von unschätzbarem Wert.
• Protokollierung : Die Protokollierung Ihres Clusters ist für die Überwachung und Fehlerbehebung von entscheidender Bedeutung. Durch die Konfiguration des Protokollsammlers und des zentralen Protokollverwaltungssystems können der Status und abnormale Bedingungen des Clusters in Echtzeit überwacht werden.

Während des Sicherheitskonfigurationsprozesses müssen die Sicherheitsanforderungen, Compliance-Anforderungen und Best Practices des Clusters umfassend berücksichtigt werden. Indem Sie die Empfehlungen und Richtlinien zur sicheren Konfiguration befolgen, können Sie die Sicherheit Ihres Clusters gewährleisten und sensible Daten vor unbefugtem Zugriff schützen.

Kapitel 4: Ressourcenmanagement und -planung

Kubernetes-Ressourcenmodell

In diesem Kapitel stellen wir das Ressourcenmodell von Kubernetes vor, einschließlich Kernkonzepten wie Pod, Bereitstellung und Service. Wenn Sie die Rolle und Beziehung dieser Ressourcen verstehen, können Sie Ihre Containeranwendungen besser verwalten und orchestrieren.

Pod

Pod ist die kleinste planbare und bereitstellbare Einheit in Kubernetes. Es handelt sich um eine Gruppe von einem oder mehreren eng miteinander verbundenen Containern. Jeder Pod nutzt den gleichen Netzwerk-Namespace, die gleiche IP-Adresse und das gleiche Speichervolumen. Pods stellen gemeinsam genutzte Ressourcen und eng gekoppelte Umgebungen zwischen Containern bereit.

Die Hauptaufgabe eines Pods besteht darin, einen oder mehrere Container auszuführen, die häufig Ressourcen gemeinsam nutzen oder auf demselben Host miteinander kommunizieren müssen. Pods stellen eine Abstraktionsschicht bereit, die die Komplexität der zugrunde liegenden Containerlaufzeit verbirgt und die Kommunikation und Ressourcenverwaltung zwischen Containern vereinfacht.

Einsatz

Die Bereitstellung ist ein Objekt, das Pods in Kubernetes verwaltet. Es definiert den gewünschten Zustand der Anwendung und stellt sicher, dass der tatsächliche Zustand mit dem gewünschten Zustand übereinstimmt. Die Bereitstellung verwendet Replikatsätze (ReplicaSet), um Anwendungselastizität und Skalierbarkeit zu erreichen.

Mit Bereitstellungen können Sie die Anzahl der Replikate Ihrer Anwendung festlegen und Dinge wie Container- und Knotenausfälle behandeln. Es unterstützt fortlaufende Upgrade- und Rollback-Vorgänge, um nahtlose Updates und Stabilität von Anwendungen sicherzustellen.

Service

Der Dienst ist die Netzwerkabstraktionsschicht in Kubernetes, die definiert, wie auf eine Reihe von Pods zugegriffen wird. Der Dienst stellt eine stabile virtuelle IP-Adresse und einen Lastausgleichsmechanismus bereit, sodass Container innerhalb oder außerhalb des Clusters kommunizieren können.

Dienste verwenden Label-Selektoren, um die gewünschten Pods zu identifizieren und Anfragen an diese Pods weiterzuleiten. Es stellt Anwendungsnetzwerkports bereit und unterstützt Funktionen wie Lastausgleich, Sitzungspersistenz und Diensterkennung.

Pod, Bereitstellung und Dienst sind die Kernressourcen in Kubernetes und es bestehen enge Beziehungen und Abhängigkeiten zwischen ihnen. Pod ist die grundlegendste Planungs- und Ausführungseinheit, die Bereitstellung verwaltet das Kopieren und Aktualisieren von Pod und der Dienst stellt Zugriffs- und Kommunikationsmechanismen bereit.

Durch die ordnungsgemäße Nutzung dieser Ressourcen können Sie Containeranwendungen einfach verwalten und orchestrieren und Funktionen wie hohe Verfügbarkeit, Elastizität und Lastausgleich erreichen.

Beschriftungen und Selektoren

In diesem Kapitel stellen wir das Konzept von Labels und Selektoren in Kubernetes und ihre Anwendung in der Ressourcenverwaltung und -planung vor. Beschriftungen und Selektoren sind Schlüsselkonzepte in Kubernetes, mit denen Sie Ressourcen kategorisieren, organisieren und auswählen können.

Etikett

Labels sind Schlüsselwert-Metadaten, die an Kubernetes-Ressourcenobjekte angehängt werden können. Tags können zum Kategorisieren, Beschreiben oder Gruppieren von Ressourcen verwendet werden. Sie können beispielsweise Pods, Services oder Deployments Beschriftungen hinzufügen, um das Projekt, die Umgebung oder den Zweck zu kennzeichnen, zu dem sie gehören.

Zu den Tab-Funktionen gehören:

• Flexibilität : Sie können je nach Bedarf beliebig viele Etiketten mit beliebigem Namen definieren.
• Erweiterbarkeit : Beschriftungen können für jede Art von Kubernetes-Ressourcenobjekt verwendet werden, wodurch die Beziehungen und Abhängigkeiten zwischen Ressourcen klarer werden.
• Mehrdimensionale Klassifizierung : Sie können Ressourcen mehrere Tags hinzufügen, um eine mehrdimensionale Klassifizierung und Organisation zu erreichen.

Wähler

Ein Selektor ist ein Mechanismus zum Auswählen von Ressourcenobjekten mit einem bestimmten Tag. Mit einem Selektor können Sie eine Reihe von Ressourcenobjekten basierend auf Übereinstimmungsregeln für Tags auswählen.

In Kubernetes gibt es zwei Arten von Selektoren:

• Gleichheitsselektor : Gleichheitsselektoren werden verwendet, um Ressourcen basierend auf einer genauen Übereinstimmung von Tags auszuwählen. Mit dem Gleichheitsselektor können Sie Ressourcen mit bestimmten Tag-Schlüssel-Wert-Paaren auswählen.
• Sammlungsselektoren : Sammlungsselektoren werden verwendet, um Ressourcen basierend auf der Übereinstimmung einer Reihe von Tags auszuwählen. Es unterstützt logische Operatoren (wie AND, OR) und Mengenoperationen (wie IN, NOT IN).

Selektoren bieten eine flexible und leistungsstarke Möglichkeit, Ressourcenobjekte auszuwählen und zu bearbeiten. Es kann für Ressourcenmanagement, Planung und Lastausgleich verwendet werden.

Mithilfe von Tags und Selektoren können Sie Kubernetes-Ressourcen klassifizieren und organisieren und so die Beziehung zwischen Ressourcen klarer gestalten. Sie können Ressourcenobjekte flexibel entsprechend spezifischer Anforderungen und Tags auswählen und betreiben, um eine effiziente Ressourcenverwaltung und -planung zu erreichen.

In diesem Kapitel stellen wir den Kubernetes-Scheduler vor und wie er Pods basierend auf Ressourcenanforderungen und Planungsrichtlinien Knoten zuweist. Der Scheduler ist eine Schlüsselkomponente in Kubernetes, die für die Auswahl der geeigneten Knoten im Cluster zur Ausführung von Pods verantwortlich ist.

Ressourcenplanung

Übersicht über den Zeitplaner

Der Scheduler ist eine der Kernkomponenten von Kubernetes und bestimmt, wo Pods im Cluster bereitgestellt werden. Das Hauptziel des Schedulers besteht darin, eine effiziente Ressourcennutzung, Lastausgleich und Fehlertoleranz zu erreichen.

Der Scheduler weist den Knoten Pods durch die folgenden Schritte zu:

1. Knotenauswahl : Der Planer wählt eine Gruppe geeigneter Knoten im Cluster entsprechend den Ressourcenanforderungen und Planungsrichtlinien des Pods aus.
2. Knotenbewertung : Für jeden ausgewählten Knoten bewertet der Planer ihn, um den besten Knoten zu ermitteln. Die Bewertung basiert auf der Ressourcenverfügbarkeit des Knotens, Affinitätsregeln und anderen Faktoren.
3. Knotenbindung : Der Scheduler wählt den Knoten mit der höchsten Punktzahl aus und bindet den Pod daran. Die Bindung wird durch Ändern der Planungsinformationen des Pods erreicht.

So funktioniert der Planer

Die Funktionsweise des Schedulers umfasst die folgenden Schlüsselkomponenten und Prozesse:

• Planungsrichtlinie : Der Planer bestimmt die Position des Pods gemäß der konfigurierten Planungsrichtlinie. Zu den Planungsstrategien gehören Knotenaffinität, Knoten-Anti-Affinität, Toleranz- und Affinitätsvorauswahlregeln usw.
• Scheduler-Algorithmus : Der Scheduler verwendet einen Algorithmus, um Knoten auszuwerten und jedem Knoten eine Bewertung zuzuweisen. Der Scheduler-Algorithmus kann an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden.
• Scheduler-Konfiguration : Das Verhalten des Schedulers kann über Konfigurationsdateien angepasst werden. Sie können Parameter wie Kontingente, Affinitätsregeln und Prioritäten für Knotenressourcen konfigurieren.

Kubernetes bietet auch einige erweiterte Planungsfunktionen, wie z. B. Knotenaffinität und Anti-Affinität, Pod-Affinität und Anti-Affinität, Vorauswahlregeln für Pod-Affinität und Anti-Affinität usw. Diese Funktionen machen den Planer flexibler und anpassbarer.

Durch Anpassen der Konfiguration des Schedulers und Verwendung einer geeigneten Planungsstrategie können Sie eine effiziente Ressourcennutzung und Lastverteilung erreichen und so die Leistung und Zuverlässigkeit des Clusters verbessern.

Lastverteilung

In diesem Kapitel stellen wir das Konzept und die Implementierung des Lastausgleichs in Kubernetes vor, beispielsweise Service und Ingress. Der Lastausgleich ist ein wichtiger Mechanismus zur Sicherstellung der Anwendungsverfügbarkeit und -leistung.

Service

Der Dienst ist ein Ressourcenobjekt in Kubernetes, das eine stabile virtuelle IP-Adresse und einen Lastausgleichsmechanismus für die Verteilung des Datenverkehrs an eine Gruppe von Pods bereitstellt. Der Dienst ermöglicht es Anwendungen, Dienste extern über einen einzigen Einstiegspunkt bereitzustellen.

Zu den Hauptfunktionen des Dienstes gehören:

• Diensterkennung : Der Dienst stellt eine stabile virtuelle IP-Adresse bereit, über die Clients auf den Dienst zugreifen können. Dienste verwenden Label-Selektoren, um zugehörige Pods zu identifizieren.
• Lastausgleich : Der Dienst kann den Datenverkehr gleichmäßig auf eine Gruppe von Pods verteilen, um einen Lastausgleich zu erreichen. Abhängig von der Art des Dienstes kann der Lastausgleich innerhalb oder außerhalb des Clusters durchgeführt werden.
• Sitzungspersistenz : Durch die Sitzungspersistenzfunktion des Dienstes kann sichergestellt werden, dass Anforderungen desselben Clients immer an denselben Backend-Pod weitergeleitet werden, um den Sitzungsstatus aufrechtzuerhalten.

Eindringen

Ingress ist ein weiteres Ressourcenobjekt in Kubernetes, das als Eingangscontroller für die Weiterleitung von externem Datenverkehr an Dienste innerhalb des Clusters fungiert. Ingress bietet eine flexible Möglichkeit, Routing-Regeln für HTTP- und HTTPS-Verkehr zu konfigurieren und zu verwalten.

Zu den Ingress-Funktionen gehören:

• Routing-Regeln : Ingress verwendet Regeln, um Routing- und Weiterleitungsregeln für externen Datenverkehr zu definieren. Sie können Routing basierend auf Pfad, Hostname, TLS-Zertifikat und mehr konfigurieren.
• Reverse-Proxy : Ingress fungiert als Reverse-Proxy und leitet Anfragen gemäß Routing-Regeln an verschiedene Dienste weiter.
• TLS-Verschlüsselung : Ingress unterstützt die verschlüsselte und sichere Übertragung des Datenverkehrs über TLS-Zertifikate.

Best Practices für die Konfiguration des Lastausgleichs

Hier sind einige Best Practices und häufige Szenarien beim Konfigurieren des Lastausgleichs:

• Servicetyp verwenden : Wählen Sie den entsprechenden Servicetyp entsprechend Ihren Anforderungen aus. Der Typ ClusterIP wird für den Lastausgleich innerhalb des Clusters verwendet, der Typ NodePort ermöglicht den externen Zugriff und der Typ LoadBalancer eignet sich für Lastausgleicher auf Cloud-Plattformen.
• Konfigurieren Sie den Lastausgleichsalgorithmus : Wählen Sie den geeigneten Lastausgleichsalgorithmus entsprechend den Anforderungen der Anwendung aus. Kubernetes bietet eine Vielzahl von Lastausgleichsalgorithmen zur Auswahl.
• Verwenden Sie einen Ingress-Controller : Wählen Sie einen geeigneten Ingress-Controller aus, um externen Datenverkehr zu verwalten und weiterzuleiten. Zu den gängigen Ingress-Controllern gehören Nginx Ingress Controller, Traefik, HAProxy usw.
• Sicherheit und TLS : Aktivieren Sie die TLS-Verschlüsselung für externen Datenverkehr, um Datenübertragungen zu sichern. Konfigurieren Sie Zertifikate und Schlüssel für die Verwendung von TLS-Beendigungs- oder TLS-Passthrough-Richtlinien.

Durch die richtige Konfiguration des Lastausgleichs und die Verwendung einer geeigneten Lastausgleichslösung können Sie eine hohe Verfügbarkeit, Elastizität und Leistung von Anwendungen erreichen und Benutzern ein stabiles Serviceerlebnis bieten.

Kapitel 5: Skalierung und Hochverfügbarkeit

In diesem Kapitel diskutieren wir, wie man einen Kubernetes-Cluster skaliert, um die wachsende Last zu bewältigen, und stellen einige Strategien und Techniken vor, um eine hohe Verfügbarkeit zu erreichen.

Erweitern eines Kubernetes-Clusters

Da die Anwendungslast weiter zunimmt, ist die Skalierung eines Kubernetes-Clusters der Schlüssel zur Gewährleistung der Anwendungsleistung und -verfügbarkeit. Hier sind einige gängige Skalierungsstrategien:

• Horizontale Skalierung : Skalieren Sie die Anwendung horizontal, indem Sie die Anzahl der Pod-Replikate erhöhen. Dies kann durch Anpassen der Anzahl der Kopien des Deployments oder durch automatische Skalierungsmechanismen erreicht werden. Durch die horizontale Skalierung können Anwendungen mehr Anfragen verarbeiten und einen Lastausgleich erreichen.
• Hinzufügen weiterer Knoten : Durch das Hinzufügen weiterer Knoten können die Rechen- und Speicherressourcen des Clusters erhöht werden, um den Anforderungen der Anwendung gerecht zu werden. Sie können basierend auf Auslastung und Ressourcennutzung entscheiden, wann Knoten hinzugefügt werden sollen, und automatisierte Tools verwenden, um die Knotenverwaltung und -bereitstellung zu vereinfachen.

Der Schlüssel zur Skalierung eines Kubernetes-Clusters liegt darin, die Ressourcennutzung und die Lastverteilung auszugleichen. Durch die richtige Anpassung der Anzahl der Pod-Replikate und das Hinzufügen von Knoten kann eine hohe Verfügbarkeit und Leistungsskalierung von Anwendungen erreicht werden.

automatische Skalierung

In diesem Kapitel stellen wir die Mechanismen der automatischen Skalierung in Kubernetes vor, einschließlich Replikatsätzen und horizontaler Autoskalierung. Autoscaling ist ein Schlüsselmechanismus zum Erreichen von Ausfallsicherheit und effizienter Ressourcennutzung.

Replika-Set

Ein Replikatsatz ist ein Controller in Kubernetes zum Erstellen und Verwalten mehrerer Pod-Replikate. Replikatsätze können die Anzahl der Pod-Replikate automatisch an die Auslastung und die Anforderungen der Anwendung anpassen.

Mit Replikatsätzen können Sie folgende Funktionen erreichen:

• Elastische Erweiterung : Je nach Lastanstieg kann der Replikatsatz automatisch die Anzahl der Pod-Replikate erhöhen. Dadurch kann die Anwendung mehr Anfragen bearbeiten und die Bedürfnisse des Benutzers erfüllen.
• Elastische Kontraktion : Wenn die Last abnimmt, kann der Replikatsatz automatisch die Anzahl der Pod-Replikate reduzieren. Dadurch kann eine Verschwendung von Ressourcen vermieden und die Ressourcennutzung verbessert werden.

Horizontaler Autoskalierer

Horizontal Pod Autoscaler (HPA) ist ein Controller in Kubernetes, der die Anzahl der Pod-Replikate basierend auf Metriken und Richtlinien automatisch anpasst.

Der horizontale Autoscaler funktioniert wie folgt:

• Metrikerfassung : Der horizontale Autoscaler sammelt regelmäßig Metriken im Zusammenhang mit bestimmten Ressourcen, wie z. B. CPU-Nutzung oder Speichernutzung.
• Metrikauswertung : Basierend auf den gesammelten Metriken wertet der horizontale Autoscaler die aktuelle Ressourcennutzung aus und berechnet die erforderliche Anzahl an Pod-Replikaten.
• Replikat-Tuning : Der horizontale Autoscaler passt die Anzahl der Replikate von Pods im Replikatsatz basierend auf der berechneten Replikatanzahl an.

Zu den Best Practices und Strategien zum Konfigurieren der automatischen Skalierung gehören:

• Wählen Sie den geeigneten Indikator : Wählen Sie entsprechend den Merkmalen und Anforderungen der Anwendung den geeigneten Indikator für die automatische Skalierung aus. Zu den gängigen Metriken gehören CPU-Auslastung, Speichernutzung und Anforderungsdurchsatz.
• Zielwert festlegen : Legen Sie einen geeigneten Zielwert basierend auf den Last- und Leistungsanforderungen der Anwendung fest. Anhand dieser Zielwerte wird die aktuelle Ressourcennutzung bewertet und die Anzahl der Replikate berechnet.
• Regelmäßige Anpassungen : Überprüfen und passen Sie die Konfigurationen der automatischen Skalierung regelmäßig an. Optimieren und passen Sie die Strategien zur automatischen Skalierung basierend auf Laständerungen und Anwendungsanforderungen an.

Durch die ordnungsgemäße Konfiguration von Richtlinien zur automatischen Skalierung und das Festlegen von Zielwerten können Sie die Anzahl der Pod-Replikate automatisch an die Auslastung anpassen, um so eine effiziente Ressourcennutzung und Optimierung der Anwendungsleistung zu erreichen.

hohe Verfügbarkeit

In diesem Kapitel besprechen wir ausführlich, wie die hohe Verfügbarkeit von Kubernetes-Clustern sichergestellt werden kann, sowie einige Schlüsselkonzepte und Technologien wie Failover, Backup-Wiederherstellung und automatische Container-Wiederherstellung.

Failover

Unter Failover versteht man die Fähigkeit von Kubernetes, Arbeitslasten bei Knoten- oder Anwendungsfehlern automatisch auf andere fehlerfreie Knoten zu migrieren. Im Folgenden sind die wichtigsten Mechanismen zum Erreichen eines Failovers aufgeführt:

• Replikatsätze : Verwenden Sie Replikatsätze, um mehrere Kopien von Pods zu erstellen. Wenn ein Pod oder Knoten ausfällt, erstellen Replikatsätze automatisch neue Replikate, um die Anwendungsverfügbarkeit sicherzustellen.
• Knotenaffinität und Anti-Affinität : Verwenden Sie Knotenaffinitäts- und Anti-Affinitätsregeln, um die Planung von Pods zu steuern. Indem Sie Pods auf bestimmte Knoten beschränken, können Sie die Auswirkungen von Knotenausfällen auf Ihre Anwendung reduzieren.

Backup-Wiederherstellung

Die Backup-Wiederherstellung ist der Schlüssel zur Gewährleistung der Integrität und Wiederherstellbarkeit der Kubernetes-Clusterdaten und -Konfiguration. Hier sind einige wichtige Konzepte und Techniken für die Backup-Wiederherstellung:

• Sicherung der etcd-Datenbank : etcd ist eine der Kernkomponenten von Kubernetes und für die Speicherung der Status- und Konfigurationsinformationen des Clusters verantwortlich. Sichern Sie regelmäßig die etcd-Datenbank, um die Zuverlässigkeit und Wiederherstellung der Daten sicherzustellen.
• Konfigurationsverwaltung : Integrieren Sie Kubernetes-Konfigurationsdateien und Manifestdateien in das Versionskontrollsystem und implementieren Sie eine Sicherungs- und Wiederherstellungsstrategie für Konfigurationen. Dies gewährleistet eine schnelle Wiederherstellung im Falle eines Verlusts oder einer Beschädigung der Konfiguration.

Automatische Containerwiederherstellung

Automatische Containerwiederherstellung bedeutet, dass Kubernetes den Container automatisch neu starten oder ersetzen kann, wenn ein Container ausfällt, um den kontinuierlichen Betrieb der Anwendung sicherzustellen. Im Folgenden sind einige wichtige Mechanismen für die automatische Containerwiederherstellung aufgeführt:

• Automatische Wiederherstellung von Container-Laufzeiten : Container-Laufzeiten (wie Docker) bieten automatische Wiederherstellungsmechanismen, die den Zustand von Containern überwachen und verwalten können. Wenn ein Container ausfällt, startet die Containerlaufzeit automatisch neu oder ersetzt den Container.
• Gesundheitsprüfung : Durch die Konfiguration des Gesundheitsprüfungsmechanismus des Containers kann Kubernetes den Status des Containers regelmäßig überprüfen und entsprechende Wiederherstellungsvorgänge durchführen. Integritätsprüfungen können auf Containerantworten, dem Ausführungsstatus oder benutzerdefinierten Regeln basieren.

Durch die Implementierung von Failover-, Backup-Wiederherstellungs- und Container-Auto-Recovery-Mechanismen können Sie sicherstellen, dass Ihr Kubernetes-Cluster hochverfügbar und fehlertolerant gegenüber Ausfällen ist und so den kontinuierlichen Betrieb Ihrer Anwendungen gewährleistet.

Kapitel 6: Netzwerk- und Diensterkennung

In diesem Kapitel untersuchen wir das Netzwerkmodell und die Service-Erkennungsmechanismen von Kubernetes. Netzwerk und Serviceerkennung sind Schlüsselkomponenten, um die Kommunikation und Verbindung von Containeranwendungen zu ermöglichen.

Kubernetes-Netzwerkmodell

Kubernetes bietet ein flexibles Netzwerkmodell, das die Kommunikation zwischen Containern ermöglicht und Verbindungen innerhalb und außerhalb des Clusters ermöglicht. Im Folgenden sind die beiden wichtigsten Netzwerkmodelle in Kubernetes aufgeführt:

• Pod-Netzwerk : Das Pod-Netzwerk ist ein Netzwerkmodell in Kubernetes für die Kommunikation zwischen Containern. Container im selben Pod können direkt über localhost ohne Routing auf Netzwerkebene kommunizieren.
• Cluster-Netzwerk : Ein Cluster-Netzwerk ist ein Netzwerkmodell, das verschiedene Knoten und Pods in einem Kubernetes-Cluster verbindet. Es bietet Pods die Möglichkeit, knotenübergreifend zu kommunizieren und Serviceerkennung und Lastausgleich zu implementieren.

Optionen für Netzwerk-Plugins

Kubernetes bietet eine Vielzahl von Netzwerk-Plugin-Optionen, um unterschiedliche Netzwerkanforderungen und -umgebungen zu erfüllen. Hier sind einige gängige Web-Plugin-Optionen:

• Flannel : Flannel ist ein beliebtes Kubernetes-Netzwerk-Plugin, das virtuelle Netzwerke verwendet, um Kommunikationskanäle zwischen Pods zu erstellen. Es unterstützt verschiedene Backend-Treiber wie VXLAN, UDP und Host-Gateway.
• Calico : Calico ist ein leistungsstarkes Netzwerk-Plugin, das leistungsstarke Netzwerke und Sicherheit bietet. Es verwendet das BGP-Protokoll zur Implementierung von Netzwerkrouting und -richtlinien und unterstützt Netzwerkisolation und Netzwerksicherheitsregeln.
• Cilium : Cilium ist ein Netzwerk- und Sicherheits-Plugin für Container und Microservices. Es kombiniert die Funktionen der Netzwerkschicht und der Anwendungsschicht, um leistungsstarkes Netzwerkrouting, Lastausgleich und Sicherheit bereitzustellen.

Die Auswahl des richtigen Netzwerk-Plug-Ins hängt von Ihren Anwendungsanforderungen, Ihrer Netzwerkumgebung und Ihren Leistungsanforderungen ab. Wählen Sie entsprechend der tatsächlichen Situation das entsprechende Netzwerk-Plug-In aus und konfigurieren und stellen Sie es gemäß der Plug-In-Dokumentation bereit.

Auswahlkriterien und Best Practices für Netzwerkmodelle

Berücksichtigen Sie bei der Auswahl eines Netzwerkmodells und von Plugins die folgenden Faktoren:

• Leistung und Skalierbarkeit : Wählen Sie Netzwerk-Plug-ins mit hoher Leistung und Skalierbarkeit, um sie an Lastwachstum und Anwendungsanforderungen anzupassen.
• Sicherheit : Stellen Sie sicher, dass das ausgewählte Netzwerkmodell und die Plug-Ins ausreichende Sicherheit bieten, um die Vertraulichkeit und Integrität von Anwendungen und Daten zu schützen.
• Community-Support und Dokumentation : Wählen Sie Netzwerkmodelle und Plugins mit umfassender Community-Unterstützung und ausführlicher Dokumentation zur Unterstützung bei der Konfiguration und Fehlerbehebung.

Durch die Auswahl des geeigneten Netzwerkmodells und der entsprechenden Plug-Ins können Sie eine stabile, leistungsstarke und sichere Netzwerkumgebung aufbauen und die Verbindung und Kommunikation von Containeranwendungen realisieren.

Diensterkennung

In diesem Kapitel besprechen wir den Diensterkennungsmechanismus in Kubernetes, einschließlich DNS und Dienst. Die Serviceerkennung ist eine Schlüsselkomponente für die Kommunikation und den Zugriff zwischen Containeranwendungen.

DNS

Kubernetes nutzt DNS (Domain Name System), um die Benennung und Auflösung interner Dienste zu implementieren. Über DNS können Sie leicht zu merkende Domänennamen verwenden, um auf Dienste im Cluster zuzugreifen.

In einem Kubernetes-Cluster wird jedem Dienst ein DNS-Eintrag zugewiesen, über den auf den Dienst zugegriffen werden kann. Mit DNS können Sie folgende Funktionen erreichen:

• Dienstbenennung : Weisen Sie jedem Dienst einen eindeutigen Domänennamen zu, sodass andere Container oder Dienste über den Domänennamen auf den Dienst zugreifen können.
• Dienstauflösung : Verwenden Sie die DNS-Auflösungsfunktion im Container, um den Dienstdomänennamen in die entsprechende IP-Adresse aufzulösen. Dadurch können Container direkt über Dienstnamen kommunizieren.

Service

Service ist eine Abstraktion in Kubernetes zum Offenlegen und Zugreifen auf Anwendungen. Es bietet einen stabilen Zugriffseintrag für eine Gruppe von Pods und führt automatisch einen Lastausgleich durch.

Mit Service können Sie folgende Funktionen implementieren:

• Stabiler Zugriffseintrag : Weisen Sie einer Gruppe von Pods eine eindeutige virtuelle IP-Adresse (Cluster-IP) zu, die für den Zugriff auf den Dienst innerhalb des Clusters verwendet wird.
• Lastausgleich : Der Dienst verteilt eingehende Anfragen automatisch an Backend-Pods, um einen Lastausgleich zu erreichen. Auf diese Weise kann der Zugriff auf den Dienst auch dann aufrechterhalten werden, wenn sich die Anzahl der Pods ändert.
• Diensttyp : Der Dienst kann verschiedene Typen haben, z. B. ClusterIP, NodePort und LoadBalancer, um unterschiedlichen Zugriffsanforderungen gerecht zu werden.

Durch das Erstellen und Konfigurieren eines Dienstes können Sie Anwendungen einfach verfügbar machen und Kommunikation und Zugriff zwischen Containern implementieren.

Verwenden Sie den Service, um Anwendungen verfügbar zu machen und darauf zuzugreifen

Die Schritte zum Offenlegen und Zugreifen auf Anwendungen mithilfe von Service lauten wie folgt:

1. Erstellen Sie eine Bereitstellung oder einen Pod, um Ihre Anwendung bereitzustellen.
2. Erstellen Sie einen Dienst und verknüpfen Sie ihn mit einer Bereitstellung oder einem Pod.
3. Wählen Sie den entsprechenden Diensttyp aus und konfigurieren Sie den Dienst entsprechend Ihren Zugriffsanforderungen.
4. Greifen Sie über die virtuelle IP-Adresse (Cluster-IP) des Dienstes auf die Anwendung innerhalb des Clusters zu.

Durch diese Schritte können Sie den Dienst verwenden, um den Anwendungszugriff und die Kommunikation zu implementieren sowie den Lastausgleich und die automatische Erkennung auf dem Backend-Pod zu implementieren.

Eindringen

In diesem Kapitel stellen wir den Ingress-Controller und die Ingress-Ressource in Kubernetes vor. Ingress ermöglicht den Zugriff und das Routing von außerhalb des Clusters zu Diensten innerhalb des Clusters.

Eingangscontroller

Der Ingress-Controller ist eine Komponente zur Verwaltung von Ingress-Ressourcen. Es ist für die Weiterleitung externer Anfragen an Dienste innerhalb des Clusters verantwortlich. Verschiedene Ingress-Controller können unterschiedliche Routing-Richtlinien und -Funktionen unterstützen.

Zu den gängigen Ingress-Controllern gehören:

• Nginx Ingress Controller : Ein Nginx-basierter Ingress-Controller, der leistungsstarke Routing-Funktionen und flexible Konfigurationsoptionen bietet.
• Traefik : Traefik ist ein moderner Reverse-Proxy und Load-Balancer, der auch als Ingress-Controller verwendet werden kann.
• HAProxy : HAProxy ist ein leistungsstarker Load Balancer, der als Ingress-Controller zur Verwaltung von Ingress-Ressourcen verwendet werden kann.

Ingress-Ressourcen

Eingangsressourcen sind Regeln und Konfigurationen, die in Kubernetes verwendet werden, um den Zugriff auf Dienste von außerhalb des Clusters zu definieren. Es definiert die Routing-Regeln, die TLS-Konfiguration und andere Optionen, die für den Zugriff auf den Dienst erforderlich sind.

Mithilfe von Ingress-Ressourcen können Sie die folgenden Funktionen erreichen:

• Routing-Regeln : Definieren Sie den Pfad und Host der Anfrage und leiten Sie sie an einen bestimmten Dienst weiter.
• TLS-Konfiguration : Konfigurieren Sie ein Secure Sockets Layer (TLS)-Zertifikat und einen Schlüssel, um den Zugriff auf Dienste über HTTPS zu ermöglichen.
• Lastausgleich : Durch die Definition mehrerer Backend-Dienste wird ein Lastausgleich von Anforderungen erreicht.

Best Practices und häufige Anwendungsfälle für die Konfiguration von Ingress

Berücksichtigen Sie bei der Konfiguration von Ingress die folgenden Best Practices und häufigen Anwendungsfälle:

• Pfad- und Host-Routing : Verwenden Sie Pfad- und Host-Routing-Regeln, um Zugriffspfade und Zieldienste für verschiedene Anforderungen zu definieren.
• TLS-Verschlüsselung : Konfigurieren Sie TLS-Zertifikate und -Schlüssel für Dienste, auf die über HTTPS zugegriffen werden muss, um die Kommunikationssicherheit zu gewährleisten.
• Lastausgleich : Durch die Definition mehrerer Backend-Dienste in Ingress werden Lastausgleich und hohe Verfügbarkeit erreicht.
• Namensbasierter virtueller Host : Verwenden Sie einen namensbasierten virtuellen Host (Virtual Host), um Routing und Zugriff auf mehrere Domänennamen zu implementieren.

Durch die ordnungsgemäße Konfiguration von Ingress-Controllern und Ingress-Ressourcen können Sie flexible externe Zugriffs- und Routing-Richtlinien implementieren und eine bessere Verfügbarkeit und Leistung für Anwendungen bereitstellen.

Netzwerkpolitik

In diesem Kapitel besprechen wir Netzwerkrichtlinien in Kubernetes, die zur Implementierung von Netzwerksicherheit und Zugriffskontrolle verwendet werden können. Durch Netzwerkrichtlinien können Sie die Netzwerkkommunikation zwischen Pods einschränken, um die Sicherheit des Clusters zu gewährleisten und sensible Daten zu schützen.

Das Konzept der Netzwerkstrategie

Eine Netzwerkrichtlinie ist eine Reihe von Regeln, die die Regeln für die Netzwerkkommunikation zwischen Pods definieren. Es bestimmt anhand von Bezeichnungen und Selektoren die Gruppe von Pods, für die die Richtlinie gilt, und gibt an, welcher Netzwerkverkehr zugelassen oder abgelehnt werden soll.

Mit Netzwerkrichtlinien können Sie folgende Funktionen implementieren:

• Zugriffskontrolle : Beschränken Sie die Netzwerkkommunikation zwischen Pods und erlauben Sie nur die Kommunikation zwischen bestimmten Pods.
• Sichere Isolierung : Stellen Sie sicher, dass vertrauliche Daten nur zwischen autorisierten Pods übertragen werden können, und verhindern Sie unbefugten Zugriff.

Empfehlungen für die Konfiguration von Netzwerkrichtlinien

Berücksichtigen Sie beim Konfigurieren von Netzwerkrichtlinien die folgenden Empfehlungen:

• Klar definierte Netzwerkregeln : Definieren Sie klare Regeln, um sicherzustellen, dass nur autorisierte Pods im Netzwerk kommunizieren können.
• Prinzip der geringsten Privilegien : Nach dem Prinzip der geringsten Privilegien ist nur die notwendige Kommunikation zwischen Pods erlaubt und andere irrelevante Kommunikation ist eingeschränkt.
• Verwendung von Labels und Selektoren : Verwenden Sie Labels und Selektoren, um den Satz von Pods auszuwählen, für den die Richtlinie gilt, um eine genaue Übereinstimmung sicherzustellen.
• Testen und Verifizieren : Bevor Sie Netzwerkrichtlinien bereitstellen, testen und verifizieren Sie diese, um die Richtigkeit und erwartete Wirkung der Richtlinien sicherzustellen.

Beispiele für Netzwerkrichtlinien

Das Folgende ist ein Beispiel für eine Netzwerkrichtlinie, die die Kommunikation zwischen Pods einschränkt:

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: allow-internal-communication
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: backend
  policyTypes:
    - Ingress
    - Egress
  ingress:
    - from:
        - podSelector:
            matchLabels:
              app: frontend
  egress:
    - to:
        - podSelector:
            matchLabels:
              app: frontend

In diesem Beispiel erlaubt die Richtlinie die Kommunikation zwischen den app: frontendmit gekennzeichneten Front-End-Pods und den mit gekennzeichneten Back-End-Pods , schränkt jedoch die Kommunikation zwischen anderen Pods ein.app: backend

Durch die Definition geeigneter Netzwerkrichtlinien können Sie eine differenzierte Kontrolle über den Netzwerkverkehr in Kubernetes-Clustern erreichen und so die Netzwerksicherheit und Zugriffskontrolle verbessern.

Kapitel 7: Überwachung und Protokollierung

In diesem Kapitel besprechen wir, wie man ein Überwachungssystem einrichtet und konfiguriert, um den Status, die Leistung und Anomalien eines Kubernetes-Clusters zu überwachen. Die Überwachung ist eine entscheidende Komponente, um den Zustand Ihres Clusters sicherzustellen.

Überwachen Sie Kubernetes-Cluster

Um einen Kubernetes-Cluster effektiv zu überwachen, können Sie die folgenden Schritte ausführen:

• Richten Sie ein Überwachungssystem ein : Wählen Sie ein geeignetes Überwachungssystem aus und richten Sie es ein, um den Status und die Leistung der verschiedenen Komponenten und Ressourcen des Clusters zu überwachen. Zu den gängigen Überwachungstools gehören Prometheus, Grafana und DataDog.
• Überwachungsindikatoren definieren : Bestimmen Sie die Schlüsselindikatoren, die überwacht werden müssen, z. B. CPU-Auslastung, Speichernutzung, Netzwerkverkehr und Speicherauslastung. Diese Metriken helfen Ihnen, den Zustand und die Ressourcennutzung Ihres Clusters zu verstehen.
• Alarmregeln festlegen : Legen Sie Alarmregeln und entsprechende Schwellenwerte entsprechend den Geschäftsanforderungen fest. Das Überwachungssystem löst Warnungen aus, um Sie zu benachrichtigen, wenn bestimmte Kennzahlen voreingestellte Schwellenwerte überschreiten.
• Überwachungsdaten visualisieren : Verwenden Sie die von Überwachungstools bereitgestellten Dashboard- und Visualisierungsfunktionen, um Überwachungsdaten zu visualisieren und den Status und die Trends des Clusters besser zu verstehen und zu analysieren.

Häufig verwendete Überwachungstools

In einem Kubernetes-Cluster stehen verschiedene häufig verwendete Überwachungstools zur Auswahl, wie zum Beispiel:

• Prometheus : Prometheus ist ein Open-Source-Überwachungssystem mit einem flexiblen Datenmodell und einer leistungsstarken Abfragesprache. Es bietet umfassende Funktionen zur Erfassung und Speicherung von Metriken.
• Grafana : Grafana ist ein beliebtes Open-Source-Datenvisualisierungstool, das in Überwachungssysteme wie Prometheus integriert werden kann, um Dashboards und Diagramme zur Anzeige von Überwachungsdaten bereitzustellen.
• DataDog : DataDog ist eine Cloud-native Überwachungs- und Protokollverwaltungsplattform, die Echtzeit-Indikatorüberwachung, Protokollerfassung und Alarmfunktionen bietet.

Wählen Sie entsprechend Ihren Bedürfnissen und Vorlieben ein geeignetes Überwachungstool aus und konfigurieren und integrieren Sie es gemäß seiner Dokumentation.

Protokollsammlung und -analyse

In diesem Abschnitt beschreiben wir, wie Sie ein Protokollerfassungssystem einrichten und konfigurieren, um Protokolle für einen Kubernetes-Cluster aufzuzeichnen, und betonen die Bedeutung der Protokollanalyse und Fehlerbehebung.

Richten Sie ein Protokollerfassungssystem ein

Um ein Protokollerfassungssystem einzurichten und zu konfigurieren, können Sie die folgenden Schritte berücksichtigen:

• Wählen Sie ein Protokollerfassungstool : Wählen Sie ein Protokollerfassungstool, das Ihren Anforderungen entspricht. Zu den gängigen Tools gehören Elasticsearch, Fluentd, Logstash und Splunk.
• Konfigurieren Sie einen Protokollerfassungsagenten : Konfigurieren Sie auf jedem Knoten im Cluster einen Protokollerfassungsagenten, z. B. Fluentd oder Logstash, um Container- und Hostprotokolldaten zu sammeln.
• Definieren Sie das Protokollformat : Definieren Sie entsprechend Ihrer Anwendung und Ihren Anforderungen das entsprechende Protokollformat und den Standard für die anschließende Protokollanalyse und -abfrage.

Protokollanalyse und Fehlerbehebung

Protokollanalyse und Fehlerbehebung sind die wichtigsten Verbindungen, um den normalen Betrieb des Clusters sicherzustellen. Durch die Analyse von Protokollen können Sie:

• Probleme schnell finden : Durch die Überwachung und Analyse von Protokolldaten können Sie Fehler und Anomalien im Cluster schnell finden und dann entsprechende Maßnahmen ergreifen.
• Zur Fehlerbehebung : Protokolldaten sind eine hervorragende Quelle zur Fehlerbehebung. Durch sorgfältige Analyse der Protokolle können Sie die Grundursachen von Problemen ermitteln und geeignete Maßnahmen zu deren Lösung ergreifen.

Anwendungsüberwachung

In diesem Abschnitt besprechen wir, wie Sie die Überwachung und Metrikerfassung auf Anwendungsebene einrichten und stellen Best Practices für die Echtzeitüberwachung und -warnung bereit.

Richten Sie die Anwendungsüberwachung ein

Um die Überwachung auf Anwendungsebene einzurichten, können Sie die folgenden Schritte in Betracht ziehen:

• Definieren Sie Schlüsselindikatoren : Definieren Sie entsprechend Ihren Anwendungsanforderungen Schlüsselindikatoren und Überwachungselemente wie Anforderungsantwortzeit, Fehlerrate und Durchsatz.
• Wählen Sie ein Überwachungstool : Wählen Sie ein Überwachungstool, das Ihren Anforderungen entspricht, z. B. Prometheus, DataDog oder New Relic. Diese Tools bieten umfassende Überwachungsmetriken und Dashboards zur Verfolgung der Anwendungsleistung und des Anwendungsstatus.

Echtzeitüberwachung und Warnungen

Echtzeitüberwachung und Alarmierung helfen Ihnen, Anwendungsprobleme rechtzeitig zu erkennen und zu lösen. Hier sind einige Best Practices:

• Warnregeln einrichten : Richten Sie Warnregeln ein, um Änderungen an Metriken basierend auf Anwendungsschwellenwerten und -zielen zu überwachen. Lösen Sie Warnungen aus und senden Sie Benachrichtigungen, wenn die Kennzahlen voreingestellte Schwellenwerte überschreiten.
• Visualisierungen und Dashboards : Erhalten Sie Echtzeit-Einblick in die Anwendungsleistung und den Status mithilfe von Dashboards und Visualisierungen, die von Überwachungstools bereitgestellt werden. Mithilfe dieser Dashboards können Sie Probleme schnell erkennen und lösen.

Durch die Einrichtung von Protokollerfassungssystemen und Anwendungsüberwachung können Sie wichtige Protokolldaten und Metriken erhalten, um Ihren Kubernetes-Cluster und seine Anwendungen besser zu verstehen und zu überwachen.

Kapitel 8: Update und Wartung

In diesem Kapitel besprechen wir, wie ein Kubernetes-Cluster aktualisiert und gewartet wird, einschließlich wichtiger Aufgaben wie Versionsverwaltung, fortlaufende Upgrades, Fehlerbehebung und Backup-Wiederherstellung.

Kubernetes-Versionsverwaltung

Das Versionsmanagement von Kubernetes ist ein wichtiger Aspekt, um den sicheren und stabilen Betrieb des Clusters zu gewährleisten. Hier sind einige Strategien und Best Practices für die Versionsverwaltung:

• Verstehen Sie den Versionsveröffentlichungszyklus : Verstehen Sie den Versionsveröffentlichungszyklus von Kubernetes und achten Sie regelmäßig auf neue Versionsveröffentlichungen. Ein Release-Zyklus kann Haupt- und Nebenversionen umfassen.
• Versionsauswahl und Upgrade-Strategie : Wählen Sie die Version aus, die zu Ihrer Anwendung und Ihren Anforderungen passt, und entwickeln Sie eine Upgrade-Strategie. Normalerweise können Sie je nach Risikotoleranz und Funktionsanforderungen entweder die stabile Version oder die neueste Version wählen.
• Testen und Validieren : Testen und überprüfen Sie vor dem Upgrade die Kompatibilität und Stabilität der neuen Version in einer Nicht-Produktionsumgebung. Stellen Sie sicher, dass Ihre Anwendung und die zugehörigen Komponenten mit der neuen Version kompatibel sind und keine offensichtlichen Probleme vorliegen.
• Backup- und Rollback-Plan : Erstellen Sie vor dem Versions-Upgrade einen Backup- und Rollback-Plan. Backups können zum Wiederherstellen von Clusterdaten und -konfigurationen verwendet werden, während Rollback-Pläne ein schnelles Rollback auf einen früheren stabilen Zustand gewährleisten, falls während eines Upgrades etwas schief geht.

rollendes Upgrade

Ein fortlaufendes Upgrade ist eine schrittweise Upgrade-Methode, mit der ein Kubernetes-Cluster reibungslos von einer Version auf eine andere aktualisiert wird. Im Folgenden sind die wichtigsten Schritte für ein fortlaufendes Upgrade aufgeführt:

• Daten und Konfiguration sichern : Bevor Sie ein fortlaufendes Upgrade durchführen, stellen Sie sicher, dass Sie wichtige Daten und Konfigurationen im Cluster sichern. Wenn etwas schief geht, können Sie auf diese Weise zu einem früheren stabilen Zustand zurückkehren.
• Knoten schrittweise aktualisieren : Aktualisieren Sie die Knoten im Cluster schrittweise in der Reihenfolge der Steuerebene und der Datenebene. Stellen Sie vor dem Upgrade jedes Knotens sicher, dass der vorherige Knoten erfolgreich aktualisiert wurde und der Zustand des Clusters fehlerfrei ist.
• Überwachung und Validierung : Überwachen Sie während des Upgrade-Vorgangs genau den Status und die Leistung des Clusters. Überprüfen Sie die Stabilität und Funktionalität der neuen Version und stellen Sie sicher, dass die Anwendung ordnungsgemäß funktioniert.

Fehlerbehebung und Backup-Wiederherstellung

Bei der Wartung eines Kubernetes-Clusters können Fehler und Probleme auftreten. Hier sind einige wichtige Aufgaben zur Fehlerbehebung und Backup-Wiederherstellung:

• Protokollanalyse : Analysieren Sie bei der Fehlerbehebung sorgfältig die Protokolldaten des Clusters, um die Grundursache des Problems zu ermitteln.
• Fehlerdiagnose : Verwenden Sie geeignete Fehlerdiagnosetools und -techniken, um Fehler zu lokalisieren und zu diagnostizieren. Dies kann die Überprüfung der Netzwerkkonnektivität, der Ressourcennutzung, des Dienststatus und mehr umfassen.
• Sicherung und Wiederherstellung : Sichern Sie regelmäßig die Daten und Konfiguration des Clusters und stellen Sie die Zuverlässigkeit der Sicherungsdateien sicher. Führen Sie bei Bedarf eine Wiederherstellung aus der Sicherung durch, um den Cluster in einem früheren stabilen Zustand wiederherzustellen.

Mit effektiver Versionsverwaltung, fortlaufenden Upgrades und Fehlerbehebungsstrategien können Sie die Stabilität und Zuverlässigkeit Ihres Kubernetes-Clusters sicherstellen.

rollendes Upgrade

Ein fortlaufendes Upgrade ist eine Methode zur schrittweisen Aktualisierung eines Kubernetes-Clusters, um Anwendungsunterbrechungen und Datenverluste zu vermeiden. Während des fortlaufenden Upgrade-Prozesses werden die Knoten im Cluster einzeln aktualisiert, um sicherzustellen, dass jeder Knoten reibungslos aktualisiert wird und der Status und die Funktionen des Clusters im Normalbetrieb bleiben.

Im Folgenden finden Sie allgemeine Schritte und Empfehlungen für fortlaufende Upgrades:

1. Daten und Konfiguration sichern : Bevor Sie ein fortlaufendes Upgrade durchführen, stellen Sie sicher, dass Sie wichtige Daten und Konfigurationen im Cluster sichern. Selbst wenn während des Upgrades etwas schief geht, können Sie auf diese Weise zum vorherigen stabilen Zustand zurückkehren.
2. Versionsauswahl : Wählen Sie die neue Version aus, auf die aktualisiert werden soll. Bei der Auswahl einer Version wird empfohlen, die offizielle Kubernetes-Dokumentation und Community-Diskussionen zu Rate zu ziehen, um die Stabilität und bekannte Probleme der Version zu verstehen.
3. Knoten einzeln aktualisieren : Aktualisieren Sie die Knoten im Cluster einzeln in einer bestimmten Reihenfolge und in bestimmten Schritten. Typischerweise werden zuerst die Control-Plane-Knoten aktualisiert, gefolgt von den Worker-Knoten. Dies stellt die Stabilität der Steuerungsebene sicher, um den Cluster während der Aktualisierung der Worker-Knoten am Laufen zu halten.
4. Knotenwartung : Markieren Sie den Knoten vor dem Upgrade eines Knotens als nicht planbar, um zu verhindern, dass neue Pods auf dem Knoten geplant werden. Dadurch wird sichergestellt, dass laufende Anwendungen nicht gestört werden.
5. Knoten einzeln aktualisieren : Im Wartungsmodus werden Knoten einzeln aktualisiert. Stellen Sie sicher, dass der vorherige Knoten erfolgreich aktualisiert wurde und der Status des Clusters normal ist, bevor Sie den nächsten Knoten aktualisieren.
6. Überwachung und Validierung : Überwachen Sie während des Upgrade-Vorgangs genau den Status und die Leistung des Clusters. Überprüfen Sie die Stabilität und Funktionalität der neuen Version und stellen Sie sicher, dass die Anwendung ordnungsgemäß funktioniert.
7. Rollback-Plan : Bevor Sie ein fortlaufendes Upgrade durchführen, entwickeln Sie einen Rollback-Plan. Wenn während des Upgrades etwas schief geht, müssen Sie in der Lage sein, schnell zu einem früheren stabilen Zustand zurückzukehren. Stellen Sie sicher, dass die Sicherungs- und Wiederherstellungsmechanismen zuverlässig sind.

Beachten Sie beim fortlaufenden Upgrade-Prozess die folgenden Punkte:

• Aktualisieren Sie die Knoten einzeln : Vermeiden Sie die gleichzeitige Aktualisierung mehrerer Knoten, um die Auswirkungen auf die Anwendung zu verringern. Das Upgrade einzelner Knoten verringert das Risiko von Ausfällen.
• Überwachung und Warnung : Verwenden Sie Überwachungstools, um den Status und die Leistung Ihres Clusters zu überwachen. Richten Sie Warnregeln ein, um rechtzeitig Maßnahmen zu ergreifen, wenn bei Upgrades Anomalien erkannt werden.
• Rollback-Test : Bevor Sie das eigentliche Rolling-Upgrade durchführen, führen Sie einen Rollback-Test durch. Stellen Sie sicher, dass der Rollback-Mechanismus zuverlässig ist und einen vorherigen stabilen Zustand wiederherstellen kann.

Rollierende Upgrades sind eine umsichtige und effektive Möglichkeit, reibungslose Upgrades von Kubernetes-Clustern sicherzustellen und gleichzeitig Unterbrechungen bei Anwendungen und das Risiko von Datenverlusten zu minimieren.

Fehlerbehebung

Bei der Wartung und Verwaltung eines Kubernetes-Clusters können verschiedene Fehler und Probleme auftreten. Hier finden Sie einige Tipps und Tricks zur Behebung häufiger Fehler und Probleme sowie Schritte und Tools zur Fehlerbehebung:

1. Protokollanalyse : Analysieren Sie sorgfältig die Protokolldaten des Clusters, insbesondere die Protokolle verwandter Komponenten, um Hinweise auf Fehler und abnormale Bedingungen zu finden. Die Protokollierung hilft dabei, die Grundursache eines Problems zu ermitteln.
2. Ressourcenauslastung prüfen : Überprüfen Sie die Ressourcenauslastung von Clusterknoten und Containern, z. B. CPU, Arbeitsspeicher und Speicher. Unzureichende Ressourcen können zu einer Verschlechterung der Anwendungsleistung oder zu Fehlern führen.
3. Fehlerbehebung bei Netzwerkverbindungen : Überprüfen Sie, ob die Netzwerkverbindung im Cluster normal ist. Stellen Sie sicher, dass die Netzwerkkommunikation zwischen Pods und Diensten reibungslos verläuft, und überprüfen Sie, ob die Netzwerkrichtlinien korrekt konfiguriert sind.
4. Dienststatusprüfung : Überprüfen Sie den Status wichtiger Dienste und Komponenten wie API-Server, Scheduler und Controller Manager. Stellen Sie sicher, dass sie ausgeführt werden und keine Fehler oder Ausnahmen vorliegen.
5. Containerstatusprüfung : Überprüfen Sie den Status des Containers, z. B. den Betriebsstatus, die Gesundheitsprüfung und die Anzahl der Neustarts. Wenn ein Container nicht ordnungsgemäß funktioniert, kann es erforderlich sein, den Container neu zu planen oder neu zu starten.
6. Diagnosetools verwenden : Kubernetes bietet einige Diagnosetools, z. B. das Befehlszeilentool kubectl und das Kubernetes-Dashboard. Verwenden Sie diese Tools, um Clusterstatus und -informationen abzurufen und Fehler zu beheben.
7. Community-Support und Dokumentation : Weitere Informationen finden Sie in der offiziellen Dokumentation und Community-Unterstützung von Kubernetes. Die Kubernetes-Community verfügt über eine große Benutzerbasis und erfahrene Entwickler, die wertvolle Hilfe und Lösungen bieten können.

Die Schritte zur Fehlerbehebung umfassen normalerweise Folgendes:

• Identifizieren Sie das Problem : Identifizieren Sie anhand von Benutzerberichten oder Systemüberwachung die spezifischen Symptome und Auswirkungen des Problems.
• Informationen sammeln : Sammeln Sie relevante Protokolle, Metriken und Konfigurationsinformationen, um den Hintergrund und Kontext des Problems besser zu verstehen.
• Analysieren Sie das Problem : Analysieren Sie die gesammelten Informationen, um die Grundursache des Problems zu finden. Die Problemanalyse kann mithilfe von Protokollanalysetools, Überwachungstools und Befehlszeilentools durchgeführt werden.
• Lösen Sie das Problem : Nehmen Sie entsprechend der Grundursache des Problems die entsprechende Lösung. Dies kann das Anpassen von Konfigurationen, das erneute Bereitstellen oder Reparieren zugehöriger Komponenten umfassen.
• Überprüfen Sie die Lösung : Überprüfen Sie nach der Implementierung der Lösung, ob das Problem behoben ist. Stellen Sie sicher, dass Anwendungen und Cluster wieder normal funktionieren.

Indem Sie die Schritte zur Fehlerbehebung befolgen und die entsprechenden Tools verwenden, können Sie häufige Fehler und Probleme in Ihrem Kubernetes-Cluster effektiver beheben.

sichern und Wiederherstellen

Sicherung und Wiederherstellung sind für den sicheren und zuverlässigen Betrieb eines Kubernetes-Clusters von entscheidender Bedeutung. Sicherungen können verwendet werden, um die Daten und die Konfiguration des Clusters zu schützen, während Wiederherstellungsvorgänge den Cluster im Falle eines Ausfalls oder Datenverlusts in einen früheren Zustand zurückversetzen können.

Im Folgenden finden Sie allgemeine Strategien und Empfehlungen zum Sichern und Wiederherstellen von Kubernetes-Clustern:

Backup-Strategie

• Datensicherung : Sichern Sie regelmäßig Daten im Cluster, einschließlich persistenter Speicherdaten von Anwendungen, Konfigurationsdateien und Cluster-Statusinformationen. Dies kann durch die Verwendung eines Backup-Tools oder durch die Konfiguration regelmäßiger Snapshots erreicht werden.
• Konfigurationssicherung : Sichern Sie die Konfigurationsdateien des Clusters, einschließlich Kubernetes-Konfiguration, Speicher-Volume-Konfiguration, Netzwerkrichtlinien und Sicherheitskonfiguration usw. Diese Konfigurationsdateien zeichnen die Einstellungen und Eigenschaften des Clusters auf und sind ein wichtiger Bestandteil der Wiederherstellung des Clusters.
• Backup-Speicher : Wählen Sie eine zuverlässige und skalierbare Backup-Speicherlösung, um die Integrität und Wiederherstellbarkeit der Backup-Daten sicherzustellen. Dies kann lokaler Speicher, Cloud-Speicher oder verteilte Speichersysteme umfassen.
• Backup-Strategie : Entwickeln Sie eine Backup-Strategie, einschließlich Backup-Häufigkeit, Aufbewahrungszeitraum und Verwaltung des Backup-Speichers. Bestimmen Sie einen geeigneten Backup-Plan basierend auf den Geschäftsanforderungen und der Datensensibilität.

Wiederherstellungsstrategie

• Wiederherstellungstests : Regelmäßige Wiederherstellungstests zur Überprüfung der Integrität und Verfügbarkeit von Sicherungsdaten. Stellen Sie sicher, dass die Sicherungsdatei den Cluster erfolgreich wiederherstellen und in einen früheren stabilen Zustand zurückversetzen kann.
• Fehlerwiederherstellung : Im Falle eines Fehlers oder Datenverlusts stellen Sie den Betrieb auf der Grundlage der Sicherungsdaten wieder her. Dies kann die Neuerstellung verlorener Pods, die Wiederherstellung persistenter Speicherdaten und der Anwendungskonfiguration umfassen.
• Sicherungsüberprüfung : Stellen Sie nach der Wiederherstellung sicher, dass sich der wiederhergestellte Cluster wieder in einem fehlerfreien Zustand befindet. Stellen Sie sicher, dass Anwendungen und Cluster funktionsfähig sind und führen Sie die erforderlichen Tests und Validierungen durch.

Automatisierung und Überwachung

• Automatisierte Backups : Verwenden Sie automatisierte Tools und Skripte, um Backup-Vorgänge durchzuführen, um manuelle Fehler zu reduzieren und die Konsistenz und Zuverlässigkeit der Backups zu verbessern.
• Sicherungen überwachen : Überwachen Sie den Status und die Ergebnisse von Sicherungsvorgängen. Stellen Sie die Zuverlässigkeit und den erfolgreichen Abschluss des Backup-Prozesses sicher, erkennen und beheben Sie Backup-Probleme rechtzeitig.

Der Schlüssel zur Sicherung und Wiederherstellung besteht darin, regelmäßig Sicherungsvorgänge durchzuführen und die Integrität und Verfügbarkeit der Sicherungsdaten sicherzustellen. Gleichzeitig wird der Wiederherstellungsprozess kontinuierlich getestet, um die Zuverlässigkeit und Wirksamkeit der Backup-Strategie zu überprüfen.

Kapitel 9: Best Practices und häufig gestellte Fragen

Best Practices für die Sicherheit

Die Gewährleistung der Sicherheit Ihres Kubernetes-Clusters ist von entscheidender Bedeutung. Im Folgenden finden Sie Best Practices und Konfigurationsempfehlungen zum Sichern Ihres Kubernetes-Clusters:

1. Authentifizierung und Autorisierung :
   • Nutzen Sie geeignete Authentifizierungsmethoden wie Zertifikate, Token oder integrieren Sie sie in bestehende Authentifizierungssysteme.
   • Konfigurieren Sie Zugriffskontrollregeln, um sicherzustellen, dass nur authentifizierte Benutzer und Dienste auf Clusterressourcen zugreifen können.
   • Verwenden Sie geeignete Rollen und Berechtigungen, um verschiedene Benutzer und Dienste zu autorisieren und zu verwalten.
2. Internetsicherheit :
   • Konfigurieren Sie Netzwerkrichtlinien, um die Kommunikation zwischen Pods und Diensten einzuschränken und nur die erforderlichen Netzwerkverbindungen zuzulassen.
   • Verwenden Sie Netzwerk-Plug-ins und Sicherheitsgruppenregeln, um Netzwerkisolation und Verkehrskontrolle zu implementieren.
   • Verwenden Sie Netzwerkverschlüsselung und Transport Layer Security (TLS), um die Datenübertragung im Cluster zu schützen.
3. Containersicherheit :
   • Verwenden Sie vertrauenswürdige Container-Images und vermeiden Sie nicht überprüfte oder unsichere Container-Images.
   • Implementieren Sie Mechanismen zum Signieren und Verifizieren von Container-Images, um die Image-Integrität und die Vertrauenswürdigkeit der Quelle sicherzustellen.
   • Konfigurieren Sie den Sicherheitskontext des Containers, um die Berechtigungen und den Zugriff auf den Container einzuschränken.
4. Schwachstellenmanagement :
   • Aktualisieren und aktualisieren Sie Kubernetes-Komponenten und abhängige Bibliotheken regelmäßig, um bekannte Schwachstellen zu beheben.
   • Nutzen Sie Schwachstellen-Scanning-Tools und Sicherheitsaudit-Tools, um potenzielle Sicherheitsprobleme zeitnah zu erkennen und zu beheben.
   • Beteiligen Sie sich an der Kubernetes-Sicherheits-Community, um die neuesten Sicherheitsankündigungen und -empfehlungen zu erhalten.
5. Auditierung und Protokollierung :
   • Aktivieren Sie die Überwachung, um Clustervorgänge und -ereignisse zur Überwachung und Fehlerbehebung aufzuzeichnen.
   • Sammeln und analysieren Sie Cluster-Protokolle zentral, um ungewöhnliches Verhalten und Sicherheitsereignisse zu identifizieren.
6. Bildung und Ausbildung :
   • Schulen Sie Teammitglieder und Betriebspersonal, um ihr Bewusstsein und Verständnis für die Kubernetes-Sicherheit zu steigern.
   • Führen Sie regelmäßige Sicherheitsübungen und Penetrationstests durch, um potenzielle Sicherheitslücken zu entdecken und zu beheben.

Durch die Implementierung dieser Best Practices für die Sicherheit können Sie die Sicherheit Ihres Kubernetes-Clusters verbessern und sensible Daten und Anwendungen vor Sicherheitsbedrohungen schützen.

Rechteverwaltung und RBAC

In Kubernetes basieren die Berechtigungsverwaltung und Rollen auf dem Konzept von RBAC (Role-Based Access Control). Hier finden Sie Erklärungen und Best Practices zum Einrichten und Verwalten von Berechtigungen und Rollen in Kubernetes:

1. Berechtigungseinstellungen :
   • Erstellen und definieren Sie Rollen (Roles) und Rollenbindungen (RoleBindings), um Berechtigungen für Benutzer, Gruppen oder Dienstkonten zu definieren.
   • Eine Rolle definiert eine Reihe von Berechtigungsregeln, während eine Rollenbindung eine Rolle einem Benutzer oder einer Gruppe zuordnet.
   • Verwenden Sie die RBAC-API-Objekte von Kubernetes, wie Role, RoleBinding und ClusterRoleBinding, um Berechtigungen zu definieren und zu verwalten.
2. Rollen und Rollenbindungen :
   • Rolle (Rolle) definiert eine Reihe von Berechtigungsregeln zur Steuerung des Betriebs von Kubernetes-Ressourcen.
   • Durch die Rollenbindung (RoleBinding) werden Rollen Benutzern, Gruppen oder Dienstkonten zugeordnet, um ihnen entsprechende Berechtigungen zu erteilen.
   • Stellen Sie sicher, dass Sie jedem Benutzer oder jeder Gruppe minimale Berechtigungen zuweisen und dabei dem Prinzip der geringsten Berechtigung folgen.
3. Best Practice :
   • Beschränken Sie den Zugriff auf sensible Ressourcen, beispielsweise auf Knoten-, Namespace- und Clusterebene.
   • Verwenden Sie Namespaces, um den Zugriff auf Ressourcen zu isolieren und zu steuern und so die Sicherheit und Isolierung der Ressourcen zu gewährleisten.
   • Überprüfen und aktualisieren Sie die Berechtigungseinstellungen regelmäßig, um sich ändernden Anforderungen und Geschäftsrollen gerecht zu werden.

Durch die ordnungsgemäße Konfiguration und Verwaltung von Berechtigungen können Sie sicherstellen, dass Ressourcen und Vorgänge in einem Kubernetes-Cluster ordnungsgemäß geschützt sind und nur autorisierte Benutzer darauf zugreifen und diese ausführen können.

Konfigurationsmanagement

Das Verwalten und Konfigurieren der Konfiguration von Anwendungen in einem Kubernetes-Cluster ist eine wichtige Aufgabe. Hier sind einige Methoden und Tools zum Verwalten und Konfigurieren der Anwendungskonfiguration in einem Kubernetes-Cluster:

1. Konfigurationsdatei :
   • Verwenden Sie Konfigurationsdateien im YAML- oder JSON-Format, um die Ressourcenobjekte Ihrer Anwendung zu definieren und zu konfigurieren, z. B. Deployment, Service und ConfigMap.
   • Speichern Sie Konfigurationsdateien in einem Code-Repository und verwenden Sie ein Versionskontrollsystem, um Konfigurationsänderungen zu verwalten und zu verfolgen.
2. ConfigMap :
   • Verwenden Sie das ConfigMap-Objekt, um die Konfigurationsdaten Ihrer Anwendung zu speichern und zu verwalten.
   • Eine ConfigMap kann Schlüssel-Wert-Paare, Eigenschaftendateien oder ganze Konfigurationsdateien enthalten.
   • Beim Bereitstellen der Anwendung werden die Konfigurationsdaten in der ConfigMap in die Umgebungsvariable des Containers eingefügt oder als Volume bereitgestellt.
3. Geheimnis :
   • Verwenden Sie Secret-Objekte, um sensible Konfigurationsdaten wie Passwörter, Zertifikate und API-Schlüssel zu speichern und zu verwalten.
   • Das Secret-Objekt verschlüsselt vertrauliche Daten und stellt sicher, dass nur autorisierte Benutzer auf die Daten zugreifen und diese verwenden können.
4. Konfigurationsmanagement-Tools :
   • Verwenden Sie Konfigurationsverwaltungstools wie Helm, Kustomize oder andere, um die Bereitstellung und Verwaltung von Anwendungskonfigurationen zu vereinfachen und zu automatisieren.
   • Diese Tools können bei der Konfigurationsvorlage, Versionierung und Bereitstellungsautomatisierung hilfreich sein.

Mit einem effektiven Konfigurationsmanagement kann die Konfiguration der Anwendung einfach verwaltet und aktualisiert werden, wodurch die Zuverlässigkeit und Wartbarkeit der Bereitstellung verbessert wird.

Häufige Probleme und Lösungen

Bei der Kubernetes-Clusterverwaltung können einige häufige Probleme und Herausforderungen auftreten. Hier sind einige häufige Probleme mit entsprechenden Lösungen und Vorschlägen:

1. Planungsproblem :
   • Wenn ein Pod nicht erfolgreich auf einem Knoten geplant werden kann, kann dies an unzureichenden Knotenressourcen oder einer Nichtübereinstimmung der Label-Auswahl liegen.
   • Überprüfen Sie die Ressourcenauslastung des Knotens und stellen Sie sicher, dass die Bezeichnung des Knotens mit dem Selektor des Pods übereinstimmt.
2. Netzwerkproblem :
   • Wenn Pods nicht mit anderen Pods oder Diensten kommunizieren können, kann dies an Problemen mit der Netzwerkrichtlinie oder der Netzwerk-Plugin-Konfiguration liegen.
   • Überprüfen Sie die Netzwerkrichtlinie und die Konfiguration des Netzwerk-Plug-Ins, um sicherzustellen, dass die Netzwerkverbindung normal ist.
3. Speicherprobleme :
   • Wenn es ein Problem mit dem dauerhaften Speicher einer Anwendung gibt, kann dies an einem falsch konfigurierten Speicher-Volume oder einem fehlerhaften Speicher-Plugin liegen.
   • Überprüfen Sie die Konfiguration und den Status der Speichervolumes sowie die Protokolle der Speicher-Plugins, um die Ursache des Problems zu finden.
4. Leistungsprobleme :
   • Wenn die Leistung Ihrer Anwendung beeinträchtigt ist oder Latenzprobleme auftreten, kann dies an falschen Ressourcenbeschränkungen oder schlecht konfigurierten Containern liegen.
   • Überprüfen Sie die Ressourcenlimits und Anforderungseinstellungen des Containers sowie die Laufzeitkonfiguration des Containers und nehmen Sie gegebenenfalls Anpassungen vor.
5. Probleme bei der Überwachung und Protokollierung :
   • Wenn Überwachungsmetriken oder Protokollierung für den Cluster nicht abgerufen werden können, kann dies an Konfigurationsfehlern bei der Überwachung und Protokollerfassung oder an Komponentenfehlern liegen.
   • Überprüfen Sie die Konfigurationen für die Überwachung und Protokollerfassung, um sicherzustellen, dass die Komponenten funktionieren und zugänglich sind.

Indem Sie häufige Probleme und Herausforderungen verstehen und geeignete Lösungen und Empfehlungen ergreifen, können Sie Kubernetes-Cluster besser verwalten und warten und so die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Anwendungen sicherstellen.

Dies ist das Ende dieser Artikelreihe. Ich hoffe, dass Sie durch die Einführung dieser Kapitel ein tieferes Verständnis für die Verwaltung und Orchestrierung von Kubernetes-Clustern erlangen und dieses Wissen auf die Verwaltung und Wartung Ihrer eigenen Cluster anwenden können.

Ich wünsche Ihnen viel Erfolg auf Ihrer Kubernetes-Reise!

Zitat:

• Kubernetes-Dokumentation

• CNCF-Landschaft

• Der illustrierte Kinderführer zu Kubernetes

• Kubernetes-Konzepte