Kubernetesを知る

2024/12/2 ゼミでの発表に使った資料です。

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1. logica X: @logica0419 GitHub: @logica0419 Kubernetesを知る
2. コンテナ仮想化と オーケストレーションシステム
3. サーバー上でアプリを動かす • Webサーバーを動かすとき、生のコンピュータでは不便 ◦ リソースの食い合い、セキュリティ懸念 など
4. 計算リソースの仮想化 • リソースの配分ができるようになる • OSを変更できる • セキュリティ向上
5. 従来の仮想化 (VM) の欠点 • 仮想化 = ハードウェアをシミュレーション ◦ 非常にリソースを圧迫 • ハイパーバイザによる効率化は限定的
6. カーネル - OSのコア • OS: コンピューター全体の動作を管理・制御する • カーネル: OSの中でも、ハードウェアの制御を担う ◦ 一番重要な部品
7. コンテナ型仮想化 • カーネルまではホストOSを使い回す = 軽い！
8. コンテナ仮想化 • 実態は「あるプロセスを隔離する」技術 ◦ Linuxは1つの親プロセスを起点としたプロセスの木 • コンテナを支える技術 ◦ Namespace - PID / Network / File System など ▪ プロセスをグループ化し、隔離空間を作る ◦ cgroup - プロセスグループへのリソース制限 ◦ Capability - プロセスグループへの権限付与
9. 爆発するコンテナ数 • 同内容のコンテナを増やし、ロードバランシングしたい • 企業だと数千〜数万は当たり前になってくる ◦ 個別に管理するのはとても大変
10. コンテナオーケストレーション • アプリケーションを大規模に展開するため、コンテナの 管理を自動化する
11. Kubernetes • コンテナオーケストレーションシステムの一つ • Google内製のシステム「Borg」を元に作られた汎用的 なインフラ基盤
12. Kubernetesの提供する リソース (モノ) の例
13. Pod • 便利になったコンテナ、Kubernetesの最小単位 • 1つのソフトウェアを構成する単位 ◦ ≒ 1つのIPアドレスでくくって良い範囲
14. ReplicaSet / Deployment • Podをまとめて管理するための仕組み • ReplicaSet: 同じ内容のPodを指定個数立てる • Deployment: ReplicaSetを使い安全にバージョン移行
15. Service • 同じ内容のPod群に、均等に通信を振り分ける • Pod群を1つのIPアドレスでまとめることができる
16. 宣言型のオブジェクト管理 • 「これをして下さい」でなく「この状態にして下さい」 ◦ 「マニフェスト」であるべき状態を書く • 暗黙知のない 安定した稼働
17. とにかく大量のコンテナを 楽に管理するための ノウハウが全て詰まっている 紹介した他にも、権限管理など様々なリソースがあります
18. Kubernetesの実態: リソース定義 と Reconciliation Loop
19. Reconciliation Loop • リソースを理想の状態に持っていくための操作
20. Reconciliation Loop • 以下の操作を一定時間ごとに繰り返す ◦ 理想の状態 (宣言されたマニフェスト) を取得 ◦ 実際の状態を観測 ◦ 理想の状態と実際の状態を比較 ◦ 2つの差を埋めるように、実際の状態を変更する • Controllerと呼ばれる部品がこれを担当する • Self-Healingが簡単に実装できる
21. 例: DeploymentがPodになるまで • 単純なReconciliation Loopの積み重ねで複雑性を実現
22. リソース定義 • 同じリソースについて「理想の状態」「実際の状態」を 同じ構造で表したい！ • リソース定義で、どんなプロパティを持つのか定義する
23. 定義されたリソースに対して Reconciliation Loopを回す ただそれだけのシステム ベースのアイデアは非常に単純
24. 無限の拡張性
25. 学校に行くバッグの準備を管理する • これにリソース定義とReconciliation Loopを回すと、 常に毎朝同じバッグの中身を保つことができる 即ち、ありとあらゆるモノは リソース定義とReconciliation Loopで管理できる！ (と信じている人たちがKubernetesを作っている)
26. Kubernetesを拡張する • Custom Resource Definition ◦ ユーザー独自のリソース定義 • Custom Controller ◦ ユーザー独自のReconciliation Loopを回す • この二つの組み合わせがOperator Pattern ◦ これを使ってKubernetesを無限に拡張できる
27. Kubernetesエコシステム • Kubernetesを拡張して便利にするソフトウェア群
28. Kubernetesエコシステム • 最近はAI方面もアツい ◦ GPUを扱えるようにしたり、機械学習特化のジョブ スケジューラーだったり…
29. 拡張性が、Kubernetesに どんな環境でも使える 汎用性を与えている これからも発展し続けて欲しい
30. まとめ
31. 今日話したこと • コンテナ仮想化という技術 • 大規模なコンテナ管理を担うKubernetes • Kubernetesが提供するリソース • リソース定義とReconciliation Loop • 無限の拡張性
32. ありがとう ございました Kubernetesを好きになろう