コンテナ若葉マーク勉強会資料.pdf

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. About me 3 Internal Only BCPVUNF Noriyuki TAKEI ෢Ҫ ٓߦ Information • サイオステクノロジー株式会社 • クラウドネイティブアプリケーション • 千葉県在住 Favorites • Azure • Squash • Sweets blog https://tech-lab.sios.jp/ core skill Azure Kubernetes Service Docker

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. コンテナとは︖ 8 Internal Only Ծ૝Խͱͷҧ͍ ホストOS HyperVisor OS OS プロセスプロセスプロセスプロセス Docker Engine プロセスプロセスプロセスプロセスプロセスプロセスプロセスプロセスカーネル Docker上のプロセスとホストOS上のプロセスはカーネルを共有します。

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. コンテナとは︖ 9 Internal Only 以下のような2つのアプリケーションを⼀つのホストOS上に構築することを考えてみます。 var www html / ΞϓϦ app.phpの所有者は www-data(id=33) app.php var www html / ΞϓϦ app.phpの所有者は www-data(id=33) app.php

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. コンテナとは︖ 10 Internal Only ホストOS HyperVisor OS var www html / ΞϓϦ app.phpの所有者は www-data(id=33) app.php OS var www html / ΞϓϦ app.phpの所有者は www-data(id=33) app.php 仮想化だったら簡単︕︕

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. コンテナとは︖ 11 Internal Only ホストOS Docker Engine var www html / ΞϓϦ app.phpの所有者は www-data(id=33) app.php var www html / ΞϓϦ app.phpの所有者は www-data(id=33) app.php コンテナではどうやるの︖ ユーザー名かぶってるしファイル名かぶってるし

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. コンテナとは︖ 13 Internal Only OBNFTQBDFͱ͸ʁ プロセス、ファイル構造、ユーザーID、グループIDなどを⼀つのOSの中で分離する技術である。プログラム⾔語の中ではよく登場する概念である。Javaのパッケージと⾔う概念とにているものがあり、同⼀の名称を使いたい場合(例えばUser.java)、namespace を分けると実現可能となる。 package jp.sios.funcA User.java package jp.sios.funcB User.java コンテナのコアテクノロジーであるnamespaceという技術は2006年あたりにLinux カーネルに実装された技術であり、最新の技術ではない。

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. コンテナとは︖ 14 Internal Only ホストOS apache(親) apache(⼦) apache(⼦) pid 1 / www html ファイルシステム initプロセス pid 2 プロセス namespace A apache(親) apache(⼦) apache(⼦) / www html プロセスファイルシステム pid 1 pid 3 namespace B pid 2 pid 3 pid 2 pid 3 namespaceが異なれば同じファイル名やディレクトリが⼀つのOS上に作れる。 pid 1

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. コンテナとは︖ 15 Internal Only ホストOS apache(親) apache(⼦) apache(⼦) pid 1 / www html ファイルシステム initプロセス pid 2 プロセス namespace A apache(親) apache(⼦) apache(⼦) / www html プロセスファイルシステム pid 1 pid 1 pid 3 namespace B pid 2 pid 3 pid 2 pid 3 このnamespace で区切られた部分がコンテナ

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. コンテナとは︖ 17 Internal Only # ps ax PID TTY STAT TIME COMMAND 1 ? Ss 0:03 /sbin/init 2 ? S 0:00 [kthreadd] 4 ? I< 0:00 [kworker/0:0H] 6 ? I< 0:00 [mm_percpu_wq] 7 ? S 0:00 [ksoftirqd/0] 8 ? I 0:01 [rcu_sched] ………… # unshare --mount-proc -p --fork /bin/bash # ps ax PID TTY TIME CMD 1 pts/0 00:00:00 bash 11 pts/0 00:00:00 ps namespaceを作成する前は、プロセスがたくさんあります。 namespace作成にはunshareコマンドを使います。 namespaceを作成したあとは、プロセス空間が別になるので、bashのプロセスしかないです。

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. コンテナとは︖ 18 Internal Only 参考︓コンテナ技術⼊⾨ https://employment.en-japan.com/engineerhub/entry/2019/02/05/103000 $ ROOTFS=$(mktemp -d) $ CID=$(sudo docker container create centos:centos7) $ sudo docker container export $CID | tar -x -C $ROOTFS $ ln -s /usr/local/bin/bash $ROOTFS/bin/bash $ sudo docker container rm $CID $ UUID=$(uuidgen) $ sudo cgcreate -t $(id -un):$(id -gn) -a $(id -un):$(id -gn) -g cpu,memory:$UUID $ cgset -r memory.limit_in_bytes=10000000 $UUID $ cgset -r cpu.cfs_period_us=1000000 $UUID $ cgset -r cpu.cfs_quota_us=300000 $UUID $ CMD="/bin/sh" $ cgexec -g cpu,memory:$UUID \ unshare -muinpfr /bin/sh -c " mount -t proc proc $ROOTFS/proc && touch $ROOTFS$(tty); mount --bind $(tty) $ROOTFS$(tty) && touch $ROOTFS/dev/pts/ptmx; mount --bind /dev/pts/ptmx $ROOTFS/dev/pts/ptmx && ln -sf /dev/pts/ptmx $ROOTFS/dev/ptmx && touch $ROOTFS/dev/null && mount --bind /dev/null $ROOTFS/dev/null && /bin/hostname $UUID && exec capsh --chroot=$ROOTFS --drop=cap_sys_chroot -- -c 'exec $CMD' " ファイルシステムやユーザー空間まで分けた実⽤的なCentOS7のnamespace(コンテナ)を作ります。

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. コンテナとは︖ 19 Internal Only ホストOS namespace / 先のコマンドは、以下の2つのことを実施しています。 bin etc var log spool ・・・ / bin etc var log spool ・・・ CentOS7の動作に必要なファイルを取得 namespaceの作成

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. コンテナとは︖ 24 Internal Only %PDLFS)VCͱ͸ʁ %PDLFS)VC CentOS 6 / bin etc ・・・ 7 / bin etc ・・・ 8 / bin etc ・・・ Ubuntu 16.0 / bin etc ・・・ 18.0 / bin etc ・・・ 19.0 / bin etc ・・・ etc ・・・ bin etc ・・・ 8 / bin etc ・・・ CentOS ホストOS namespace $ docker run -it centos:centos8 /bin/bash ダウンロードしてくるイメージを指定イメージをダウンロード 1$

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. コンテナとは︖ 26 Internal Only Dockerfile FROM centos:centos7 RUN yum –y install httpd CentOS7のイメージにApacheをインストールしてみます。そのためのDockerfileは以下のとおりです。 CentOS7のイメージをダウンロード Apacheをインストール

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. コンテナとは︖ 27 Internal Only %PDLFS)VC CentOS 6 / bin etc ・・・ 7 / bin etc ・・・ 8 / bin etc ・・・ etc ・・・bin etc ・・・ 7 / bin etc ・・・ CentOS ホストOS namespace $ docker build -t web. イメージをダウンロード Dockerfileを作成し、以下のコマンドを実⾏すると、CentOS7のイメージ上にApacheがインストールされたコンテナが作成されます。 1$ var httpd Apacheのインストール

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. コンテナとは︖ 28 Internal Only etc ・・・bin etc ・・・ 7 / bin etc ・・・ CentOS ホストOS namespace $ docker push XXX.azurecr.io/web:1.0 さらに作成したコンテナをもとにプライベートリポジトリにオリジナルイメージとしてプッシュ出来ます。 1$ var httpd ϓϥΠϕʔτ ϦϙδτϦ web etc ・・・bin etc ・・・ 1.0 / bin etc ・・・ var httpd

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. コンテナとは︖ 30 Internal Only Dockerfile FROM centos:centos7 ENV idp_version=3.4.6 # Inatall the libraries neccesary for building Shibboleth IdP RUN yum -y update && \ yum -y install wget java-1.8.0-openjdk # Download Shibboleth IdP RUN wget -q https://shibboleth.net/downloads/identity-provider/$idp_version/shibboleth-identity- provider-$idp_version.tar.gz && \ tar -zxvf shibboleth-identity-provider-$idp_version.tar.gz -C /opt && \ ln -s /opt/shibboleth-identity-provider-$idp_version/ /opt/shibboleth-idp COPY bin/ /usr/local/bin/ RUN chmod 750 /usr/local/bin/init-idp.sh もっと複雑な環境を構築するためにDockerfileです。

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. 仮想化との違い 36 Internal Only コンテナを⽤いると開発環境の構築において以下のようなメリットがあります。開発者のPCにDockerさえインストールされていれば、イメージをダウンロードするだけで環境ができあがるので、ミスがないコンテナはカーネルを含まず軽量なのでダウンロードが速い。よって可搬性がよい。

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. 仮想化との違い 38 Internal Only 開発環境 Dockerイメージダウンロード ϓϥΠϕʔτ ϦϙδτϦ 修正したDockerイメージをプッシュシステム管理者システム構成が変更になったDockerイメージをレポジトリからにプッシュ本番環境 Dockerイメージから本番環境のコンテナを⽣成 ᶃ ᶄ ᶅ ᶆ

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. 仮想化との違い 40 Internal Only つまり、本番環境にコンテナを⽤いると、以下のようなメリットがあります。本番環境も検証環境も、OSまで含めた同じイメージを使うので、全く同じように動作する。仮想化でありがちな、本番環境と検証環境の動作の差異がない。コンテナはホストOSのカーネルを共有し、OSのイメージのみのため、サイズが⼩さく、可搬性がよい。リポジトリからのダウンロードもすぐに終わる。

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Kubernetesとは︖ 46 Internal Only Kubernetesの基本原則は以下のとおりです。 Immutable Infrastructure 宣⾔的設定変更を積み重ねず全て作り直す。例えば何か⼀箇所でも変更があった場合は、その箇所だけ修正するのではなく、全て作り直す。設定ファイルによって⼀旦構築したら、何が起こってもその状態を維持する⾃⼰修復障害が発⽣しても⾃分で勝⼿に修復する。

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Kubernetesとは︖ 49 Internal Only Master Node 各Nodeの状態を管理するサーバー。例えば、各Node やPodの状態を常に監視し、どこにPodを配置したらよいかなどを管理する。 Podが配置されるサーバー。 Pod コンテナを論理的にまとめた単位。基本的には1Pod1 コンテナであることが多い。

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Kubernetesとは︖ 50 Internal Only *OGSBTUSVDUVSFBT$PEF Kubernetesでは、すべての構成をyaml形式のファイルで⽣成します。 apiVersion: apps/v1beta1 kind: Deployment metadata: name: techlab-admin spec: replicas: 2 selector: matchLabels: app: techlab-admin strategy: type: RollingUpdate rollingUpdate: maxSurge: 1 maxUnavailable: 0 template: metadata: labels: app: techlab-admin spec: containers: - name: wordpress image: XXXXXX.azurecr.io/techblog/wordpress:php7.4 ・・・

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Kubernetesとは︖ 52 Internal Only Φʔτεέʔϧ httpd httpd httpd httpd httpd httpd httpd httpd httpd Node1 Node2 Node3 httpd …コンテナ httpd httpd httpd httpd httpd httpd httpd httpd httpd httpd httpd httpd httpd httpd httpd httpd httpd httpd リクエスト数や負荷に応じてコンテナを増減

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Kubernetesとは︖ 53 Internal Only εέδϡʔϦϯά httpd httpd httpd httpd httpd httpd httpd httpd httpd Node1(HDD) httpd …コンテナ DB DB DB DBなどディスクIOが多いコンテナを⾼速なディスク(SSD)のあるノードに配置する。 Node2(HDD) Node1(SSD)

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Kubernetesとは︖ 54 Internal Only ηϧϑώʔϦϯά httpd httpd httpd httpd httpd httpd Node1(HDD) httpd …コンテナ Nodeに障害などが発⽣してコンテナ(プロセス)が停⽌した場合、コンテナを再起動したり別のNodeに移したりして、処理を継続する。 Node2(HDD) Node1(SSD) java java java java java java

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Kubernetesとは︖ 55 Internal Only ϩʔϦϯάΞοϓσʔτ httpd httpd httpd httpd httpd httpd Node1(HDD) httpd …コンテナ Node2(HDD) Node1(SSD) httpd httpd httpd httpd httpd httpd 旧新旧旧新新旧コンテナへのユーザーからのアクセスを遮断 ᶃ 旧コンテナを停⽌ ᶄ 新コンテナを起動 ᶅ 新コンテナへのユーザーからのアクセスを開始 ᶆ

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Kubernetesとは︖ 56 Internal Only ϩʔϦϯάΞοϓσʔτͷ಺෦తͳॲཧ terminationGracePeriodSeconds (40秒) preStop sleep 3 apachectl –k graceful-stop sleep 30 SIGTERM SIGKILL サービス除外ユーザーの接続ユーザーの接続

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Kubernetesとは︖ 57 Internal Only Kubernetesのアーキテクチャは以下のとおりです。 Pod コンテナコンテナ kube-proxy kubelet API Server Scheduler Pod コンテナコンテナ kube-proxy kubelet Master Node Node ・・・・・・ etcd コマンド群 kubectl apply kubectl delete kubectl …

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Kubernetesとは︖ 58 Internal Only API Server Restのインタフェースを持つプロセスで、Kubernetes のリソース情報(Podに関する情報やCluster IPなど)を管理します。kube-proxyやkubeletなどの全てのプロセスは、このAPI Serverを介して、お互いの情報をやり取りします。 etcd kubernetesの情報を保存する⾼信頼分散KVSです。 API Serverは、Kubernetes稼働に必要な情報全てを etcdに情報を保存します。他にもflannel(Pod間の通信を実現するVXLAN管理サービス)も利⽤します。 kubelet Podの⽣成や停⽌を⾏います。定期的にAPI Serverに問い合わせて、⽣成や停⽌の数やタイミングを決めています。

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Kubernetesとは︖ 59 Internal Only scheduler 各Nodeの空き状況や状態を監視して、その結果をAPI Serverを通じて、kubeletに伝える役割を持っています。この情報を参考にして、kubeletはコンテナを⽣成します。例えば、後述しますが、ReplicaSetで複数台スケールするクラスタを作成したときは、このScheduler が開いているNodeにコンテナを作成するようkubelet に指⽰します。そして、コンテナは複数のNodeに配置されます。 kube-proxy Cluster IPの管理を⾏います。Cluster IPとは、サービスにアクセスするための代表的なIPアドレスになります。 Load BalancerなどのVIPに近いイメージです。このIP アドレスにアクセスすると、そのリクエストは複数の Podに分散されます。kube-proxyのお仕事は、定期的にAPI Server経由でKubernetesのリソース情報にアクセスし、必要に応じてiptableseのルールを作成し、 iptablesの機能によって負荷分散を⾏います。

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Kubernetesとは︖ 60 Internal Only kubectl kubectlなどのコマンド群です。ユーザーのインターフェースになります。このコマンドを使って、クラスタを作成したり削除したりとか、Kubernetesにおける全ての管理をします。実際はAPI Serverにリクエストを投げています。

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Kubernetesとは︖ 61 Internal Only API Server kubelet kube-proxy scheduler kubectl etcd 何か変更ないですか︖変更あればコンテナ構成を更新しますよ。何か変更ないですか︖変更あればネットワーク構成を更新しますよ。何か変更ないですか︖変更あればコンテナの配置変更しますよ。構成変更したいので、宜しくお願いします︕︕ etcdさん、変更情報記録してください︕︕

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Kubernetesとは︖ 63 Internal Only Kubernetesのネットワーク構成は以下のとおりです︕︕ eth0 eth0 10.4.4.5 172.30.31.2 docker0 172.30.31.1 flannel.1 Cluster IP 10.254.236.167/32 eth0 eth0 172.30.91.1 docker0 172.30.91.1 flannel.1 172.30.31.0 10.4.4.7 172.30.91.0 node01 node02 Pod Pod httpd httpd Cluster IP 10.254.236.167/32

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Kubernetesとは︖ 64 Internal Only 先にご紹介したKubernetesのネットワーク図の解説です。 Pod間のネットワークはflannelというVXLANを管理するソフトウェアにより、172.30.0.0/16というネットワーク空間を持ち、さらにそのネットワークをPodごとに24ビットのネットワーク空間に区切っている。 flannel.1というデバイスがVXLANデバイスである。別ノード宛のパケットは、VXLANデバイスflannel.1によりVXLANヘッダが付与された形でカプセル化され、nodeのeth0を通り、別ノードに届く。

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Kubernetesとは︖ 65 Internal Only 先にご紹介したKubernetesのネットワーク図の解説です。 doker0という仮想ブリッジ(IPアドレスをもっている)があり、Podはこのブリッジにつながっている。 Cluster IPというIPアドレスがある。ネットワークインターフェースは持たず、iptablesの中で定義された仮想的なIPアドレスである。このIP アドレス宛のパケットは各nodeにロードバランスされる。

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Azure Kubernetes Service 70 Internal Only Azure Kubernetes Serviceの特徴は以下のとおりです。 Masterサーバー、Nodeサーバーを構築する必要なし。管理も全ておまかせ。 Kubernetes⾃⾝のバージョンアップもGUIで⼀発あとからNodeの追加も可能

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Azure Kubernetes Service 76 Internal Only AKSクラスター Masterの機能 API Server Scheduler etcd Nodeの機能 Azure Load Balancer ・・・ Virtual Macihne (Virtual Machine Scale Sets) Virtual Netowork Azure Container Registry Public IP Address Log Analytics Azure DNS

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Azure Kubernetes Service 導⼊のポイント 81 Internal Only ͦͷɿසൟͳػೳมߋɾ௥Ճ͕͋Δ͔Ͳ͏͔ʁ 頻繁な機能変更・追加がある場合は、Kubernetes向きのシステムです。 Kubernetesにはローリングアップデート、ブルーグリーンデプロイ、カナリーデプロイ等、ユーザー影響なくデプロイできる機能が揃っている。 1機能1コンテナ単位で開発を⾏う「マイクロサービスアーキテクチャ」を⽤いると、Kubernetesはコンテナ単位で管理ができるので、運⽤が楽になる。例えば冒頭にご紹介した「スケジューリング」を⽤いてIOの必要な機能は、SSDがあるノードに配置するなど。

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Azure Kubernetes Service 導⼊のポイント 82 Internal Only ͦͷɿେྔͷϦιʔεΛফඅ͢Δ͔Ͳ͏͔ʁ ⼤量のリソースを消費するサービスの場合、Kubernetesには向きません。 Kubernetesは、kube-proxyやkubelet等、Node上で様々なサービスが稼働するためオーバーヘッドが⾼く、⼤量にメモリやCPUを消費するサービスを載せられません。このような場合は、VirtualMachineのほうが、Kubernetesのようなオーバーヘッドもないのでパフォーマンスを発揮できます。

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. Azure Kubernetes Service 導⼊のポイント 83 Internal Only ͦͷɿٸܹͳεέʔϧΞ΢τ͕ඞཁ͔Ͳ͏͔ʁ 急激なスケールアウトが必要なサービスの場合は、Kubernetes向きのシステムです。 Kubernetesは、コンテナという単位で稼働するため、サービスの起動が⾼速で、スケールアップが得意です。簡単にスケールアウトしやすいサービスの場合、Kubernetes向きであると⾔えます。逆に、スケールアップすることでしかパフォーマンス向上を図れない場合、VirtualMachineやAppServiceのほうが向いています。

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. よく頂くご質問 85 Internal Only Kubernetesを本番で使う予定ないんだけど、、、それでもKubernetesを学ぶ価値は⼗分にあります。Kubernetesには、今後のシステム設計に必要なエッセンスがたくさん詰まっています。マイクロサービス、ブルーグリーンデプロイ、カナリーリリース、ステートレスな設計などです。Kubernetesを学ぶことによって得た知識は、必ず他のシステムでも役に⽴ちます︕︕

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. よく頂くご質問 86 Internal Only Kubernetesってむずかしいですか︖ Kubernetesはたくさんのコンポーネントが複雑に絡み合い、そしてアプリケーションとインフラの両⽅の知識が必要になるので、難しいと思われがちですが、そうではありません。コンピューター理論の基本(TCP/IPや HTTPのプロトコル)さえ抑えておけば⼤丈夫です。Kubernetesは最新の技術ですが、ベースとなっているのは実にレガシーな技術の塊です。

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© SIOS Technology, Inc. All rights Reserved. さいごに 93 Internal Only Azure Kubernetes Serviceで実現する超低予算＆(ほぼ)フルマネージド＆本格的な WordPress環境 https://tech-lab.sios.jp/archives/18794 ؔ࿈ϒϩά Azure Kubernetes Serviceで最速k8s https://tech-lab.sios.jp/archives/18536 実際の開発フローにおけるKubernetesの使い⽅ https://tech-lab.sios.jp/archives/7745 Kubernetesのネットワーク構成 https://tech-lab.sios.jp/archives/7857 【連載】世界⼀わかりみが深いコンテナ & Docker⼊⾨ https://tech-lab.sios.jp/archives/18811