Kubernetesの構成を理解する

by hhiroshell

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Cloud Native Developers JP Kubernetesの構成を理解する @hhiroshell 1

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Cloud Native Developers JP お品書き • Kubernetesの全体像を理解する • Kubernetesクラスター大解剖 2

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Cloud Native Developers JP Kubernetesの全体像を理解する 3

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Cloud Native Developers JP Kubernetesの全体像 k8sクラスター >_ kubectl (CLI) マシンとネットワーク 4

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Cloud Native Developers JP kubectl • Kubernetesクラスターの管理操作を行うためのコマンドラインインターフェース • Kubernetesクラスターを操作するときの最も基本的な手段 • コマンドをapiserver（後述）が提供するREST API呼び出しに変換している（REST APIを直接呼び出すことも可） 5

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Cloud Native Developers JP Kubernetesクラスター • クラスター本体です（あたりまえ） • 次章で詳しく解説 6

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Cloud Native Developers JP Kubernetesクラスター大解剖 7

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Cloud Native Developers JP Kubernetesクラスターの構成 Kubernetesクラスター Kubernetes Objects ✓ Kubernetesの機能の構成要素 ✓ アプリケーションエンジニアが意識する範囲 Kubernetes Components ✓ Kubernetes Objectsを実現する実装 ✓ 管理やトラブルシュートをする上で理解している必要がある ✓ インフラエンジニア／SREが意識する範囲 8

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Cloud Native Developers JP ✓ Kubernetes Objectsを実現する実装 ✓ 管理やトラブルシュートをする上で理解している必要がある ✓ インフラエンジニア／SREが意識する範囲 Kubernetesクラスターの構成 Kubernetes Components 9 Kubernetesクラスター Kubernetes Objects ✓ Kubernetesの機能の構成要素 ✓ アプリケーションエンジニアが意識する範囲

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Cloud Native Developers JP Kubernetes Objects • Node • ワークロード – Pod – Deployment/ReplicaSet – StatefulSet • ネットワーク – Service • ストレージ – Volume – PersistentVolume /PersistentVolumeClaim – StorageClass – ConfigMap – Secret • Objectを分類整理する仕組み – Namespace – Label/Label Selector 10 他にもありますが、まずはこのくらい抑えると良さそう

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Cloud Native Developers JP Node • クラスターに属するマシンを表すオブジェクト • クラスターの管理を担当する Master Nodeと、コンテナ群の実行環境となるWorker Nodeがある Worker Node Master Node

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Cloud Native Developers JP Pod • 複数のコンテナを束ねる単位 • コンテナの生成／破棄等はPod 単位で行われる →1つのPodに入るコンテナ群は共通のライフサイクルを持つ • 1つのPodに1つのクラスター内 IP • 内包する複数のコンテナは、必ず同じNode上で稼働 Pod Container 13

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Cloud Native Developers JP DeploymentとReplicaSet • Deployment: – ReplicaSetに対して、Podのレプリカ数の調整の指示を行う – Podの更新の際、新たな ReplicaSetを作成した上で、新旧のReplicaSetを制御してローリングアップデートを行う • Replicaset: – Deploymentからの指示を元にPod の上げ下げを行い、レプリカ数を調整する Pod 14 D RS ReplicaSet Deployment

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Cloud Native Developers JP StatefulSet • ステートフルなアプリケーションを含むPodを動かしたいときに利用するKubernetes Object • Deployment同様Podのスケーリングをサポートするが、各々のPod は固有の状態を保持する。ここでの状態とは以下 – クラスター内のFQDN – マウントする永続化領域 • Podが再起動した場合、同じ名前のPodは、同じFQDN、同じ永続化領域をマウントしていることが保証される • Podをスケールすると連番を付与して名前が管理される（Deployment ではランダムな名前がつく） – e.g) mysql-0, mysql-1... 15

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Cloud Native Developers JP Service • クラスター内外からのリクエストをPodにルーティングするオブジェクト • TCP/UDPをサポート • 複数のPodに対するロードバランシングの役割も行う • 用途に応じて複数タイプがある – クラスター内に対してのみPodを公開 – クラスター外を含めてPodを公開 …etc Service クラスター内外からのリクエスト 17

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Cloud Native Developers JP Volume • コンテナにマウント可能なボリュームを定義する情報 • 永続データの保存領域の実態をポイントする Volume（たとえばNodeのローカルディスクを指定(hostPath)）保存領域の実態マウント 19

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Cloud Native Developers JP PersistentVolume(PV)/PersistentVolumeClaim(PVC) • PVで永続データの保存領域の実態をポイントする • PVCで必要なディスクの要件（容量／書き込み権限の有無など）を指定しておき、それをVolumeからポイントする • PVCの要件を満たすPVが自動的に選択され、使われる Volume PersistentVolume Claim Persistent Volume 20

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Cloud Native Developers JP Volumeの種類（抜粋） • Kubernetesでは様々なディスクボリュームをサポートしている • 秘匿情報を安全に保持するなど、単なるデータの永続化だけの用途以外でもVolumeが使われる • いわゆるストレージ – nfs – iscsi – gcePersistentDisk • テンポラリな保存領域として – hostPath – emptyDir • 設定情報等の受け渡し用 – secrets – downwardAPI – configMap • 他 – flocker – gitRepo 21

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Cloud Native Developers JP StorageClassを使ったPVCの動的プロビジョニング • PVCでPVの代わりにStorageClassを指定 • 上記PVCをKubernetes内に作ると、StorageClassで設定された Provisionerがストレージをプロビジョニングし、それが利用される • StorageClassでは、ディスク速度やサービスレベルも指定できる Volume PVC StorageClass Provisioner GCEPersistentDisk（例） 22

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Cloud Native Developers JP ConfigMap • Containerに設定情報を渡すために使う • ConfigMap内にKey/Valueを記述しておき、そのConfigMapを Volumeとしてコンテナにマウントする。コンテナからは所定の設定情報が記述されたファイルとして認識される • コンテナの環境変数として値を渡すこともできるマウント Volume ConfigMap（Key/Valueを記述） 23

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Cloud Native Developers JP Secret • 機密度の高いデータを保持する際に使うVolume – DBなどの接続情報 – クララスター内/外のサービスのアクセストークン – SSL/TLSの証明書 …etc • コンテナでSecretのデータを読み込むと、必ずメモリ内に保持され、不要になったら削除される（tmpfsが使われている） • データの実態はマスターノード(etcd)に保持される 24

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Cloud Native Developers JP Label/Label Selector • Kubernetes Objectをタグのような属性を設定して、グループ分けする仕組み • Label: – Kubernetes Objectにアタッチする key/valueペアのセット • Label Selector: – Labelの設定値の条件を指定する情報。条件に該当するものをグループとして識別する partition = customerA Label Selector "tier" : “web", "partition" : "customerA" "tier" : “app", "partition" : "customerA" "tier" : “web", "partition" : "customerB" Label 26

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Cloud Native Developers JP Label/Label Selectorの用途の例 • Serviceがルーティング対象のPodを識別するために利用されるサービス partition = customerA クラスター外からのリクエスト 27

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Cloud Native Developers JP Label/Label Selectorの用途の例 • Serviceがルーティング対象のPodを識別するために利用されるサービスクラスター外からのリクエスト partition = customerA 28

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Cloud Native Developers JP Namespace • 1つのクラスターを領域を分けて利用する仕組み • 複数のユーザーが同じクラスターで作業することを想定した機能（1ユーザーごとに1つのNamespace） • Kubernetes Objectの名前はNamespace内でユニークであればよい • Namespace毎にリソースの利用上限を設定可能 29

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Cloud Native Developers JP Kubernetesクラスターの構成 30 Kubernetesクラスター Kubernetes Objects ✓ Kubernetesの機能の構成要素 ✓ アプリケーションエンジニアが意識する範囲 Kubernetes Components ✓ Kubernetes Objectsを実現する実装 ✓ 管理やトラブルシュートをする上で理解している必要がある ✓ インフラエンジニア／SREが意識する範囲

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Cloud Native Developers JP Kubernetes Components • Kubernetesクラスターの制御を担うMaster Componentと、Podの稼働や実行環境を実現するNode Componentに分けられる REST API呼び出し API Server kube-proxy cotrollers kube-controller-manager kubelet Master Components Node Components Docker 支持された状態の伝搬 Master Node Worker Node 31

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Cloud Native Developers JP Node Components • kubelet – メンバーノードとしての基本機能を実現する – Podの生成/更新/破棄などのコントロール – 各種ステータスのレポート • kube-proxy – ネットワーク周りのルールを制御 • Docker – いわずもがなのコンテナ本体 kube-proxy kubelet Docker 32

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Cloud Native Developers JP Master Components • kube-apiserver – Kubernetesクラスターのフロントエンド。 APIを提供 • kube-controller-manager – クラスターの制御を行う各種controllerを動作させる • controllers – Node Controller – Replication Controller – Endpoints Controller – Service Account & Token Controllers API Server cotrollers kube-controller-manager 33