Kubernetesの基礎

Transcription

1 Internet Week 2018 Kubernetes の基礎 2018 年 11 月 28 日日本アイ ビー エム株式会社クラウド事業本部高良真穂

2 発音 / 略称 /Logo 綴り Kubernetes 発音 koo-ber-net-ees 略称 K8s Kubernetes クーベネティスのロゴ

3 K8s は一言で何ができる? K8s は コンテナのアプリ運用のための OSS 1. コンテナの組み合わせ利用 2. スケールアウト 3. ロールアウト & ロールバック 4. 永続ストレージ利用 5. 自己修復 ( 可用性 ) 6. クラスタの分割利用 7. 監視 & ログ分析

4 k8s 共通とベンダー個別の階層構造 コンテナ層 ( 共通 ) docker コンテナのビルド レジストリへの登録 & 取出しオーケストレータ層 ( 共通 ) kubectl ロールアウト 負荷分散 リソース制限 コンテナ間連携インフラ層 ( ベンダー個別 ) クラスタ構成 レジストリ操作 FW/LB 設定 ストレージ操作 IKS bx cs, ICP bx pr, GKE gcloud container, Registry Public Network k8s クラスタ制御 kubectl コマンド Master は仮想サーバーをベースに構成される User Cloud Service Storage Service Services Server Load Balancer Firewall

5 コマンド カットの階層構造 View K8s は ベンダー個別のインフラ機能を共通化 ( 抽象化 ) して 共通のオペレーション環境を提供する K8s は HA 構成 負荷分散 監視 オートスケールなどの機能を提供 アプリのビルド 開発言語固有のコマンド アプリケーション層 Java,.js, Python, Ruby, PHP C, Go などのコンパイル リンクなどビルド コンテナのビルド docker build コンテナ層 (Docker) ビルドしたアプリのコンテナ化 リポジトリ登録 WAS,DB2,MQ などのコンテナ化ミドルウェア利用 利用者 デプロイ & 負荷分散 kubectl create f xxx.yaml オーケストレータ層 (Kubernetes) 各社クラウド ソフトウェア製品 ICCS, ICP, GKE, AKE, RedShift などの k8s kubectl コマンドを利用 クラスタ環境の構成 gcloud container create インフラ層 ( クラウド VSI, オンプレ物理サーバーなど ) 各社クラウドの IaaS 機能オンプレの OpenStack や Vmware 利用物理サーバー利用

6 階層の中での Kubernetes の概念的な位置づけ Docker は Swarm と Kubernetes の統合を発表 DockerCon EU 2017 Layer 6 Development Workflow 統合ソフトウェア IBM Cloud Private クラウドサービス EKS GKE IKS Layer 5 Layer 4 Orchestration/Scheduling Service Model Engine Docker Swarm Layer 3 Operating System Layer 2 Virtual Infrastructure IBM Cloud Layer 1 Physical Infrastructure Bare Metal Network Storage

7 コンテナのオーケストレーション ツールの人気 この調査結果では Kubernetes が首位 Source: devops.com

8 ココを抑えればもう怖くない Kubernetes の要点

9 k8s の三大構成要素 K8sの3 大構成要素は3つ マスターノード k8sクラスタの制御パブリック クラウドの場合はマネージド ワーカーノードアプリのコンテナ稼働環境 ノード数可変 コンテナ レジストリイメージの保管場所 コンテナイメージ登録 Registry Public Network クライアント User クラスタ操作 Master

10 k8s 共通とベンダー個別の階層構造 コンテナ層 ( 共通 ) docker コンテナのイメージをビルド レジストリへの登録 & 取出しオーケストレータ層 ( 共通 ) kubectl ロールアウト 負荷分散 リソース制限 コンテナ間連携インフラ層 ( ベンダー個別 ) クラスタ構成 レジストリ操作 FW/LB 設定 ストレージ操作 Registry Public Network k8s クラスタ制御 kubectl コマンド Master は仮想サーバーをベースに構成される User Cloud Service Storage Service Services Server Load Balancer Firewall

11 アプリのデプロイサービスを開始するまでの作業は 3 ステップ 1. アプリのコードを開発して Docker コンテナ化 2. Docker イメージをレジストリへ登録 3. マニフェスト (YAML) を利用してデプロイ プライベートレジストリパブリックレジストリ pull イメージをダウンロード push イメージをアップロード サービス運用技術者 アプリ開発者 マニフェスト YAML

12 YAML の定義は? 基本これだけ Nginx のマニフェスト apiversion: apps/v1 kind: Deployment metadata: name: ms-apl-ws spec: replicas: 3 起動数 selector: matchlabels: app: ms-apl-x template: metadata: labels: app: ms-apl-x spec: containers: - name: application-x image: appl-x:1.18 ports: - containerport: 80 コンテナの可用性を制御 サービスロードバランサー apiversion: v1 kind: Service metadata: name: apl-x spec: selector: app: ms-apl-x ports: - protocol: TCP port: 80 コンテナのイメージ名 APL-X でアクセス可能 実行はこれだけ $ kubectl apply f manifest.yml

13 はコンテナを内包して実行 コンテナは によって起動される は 内部 IP アドレスを持つ 一つの仮想マシンの様な存在 単位で起動と破棄され 永続データは保持できない一時的な存在 コントローラーは の起動停止 回復などの制御を受け持つ docker や rkt などコンテナ アプリコンテナ Web サーバコンテナ 数を維持その他資源との接続を制御 IP アドレスを持つコンテナ実行単位 コントローラー 仮想サーバーベアメタル Master

14 k8s うんちく Pod は なんの短縮形? Pod is not Point Of Delivery

15 クラスタ内部ネットワーク はクラスタ ネットワークに が接続され の境界を越えて通信できるノード横断ネット しかし の IP アドレスでは外側と通信はできない内部専用 作成ごとに IP アドレスを自動付与 の IP アドレス User Public VLAN #1 ネットワーク #2 #3 Pod 8c8lj Docker Pod IP: Pod IP: Pod IP: Pod dqbr2 Pod t7jfh Docker Docker ReplicaSet ID: 7f868cb77d IP: IP: IP: User Private VLAN

16 内部ロードバランサー k8s は のクラスタの代表 IP を作り要求を分配するサービスを提供 kubectl コマンドから YAML を投入して サービス を定義する サービス作成時に 内部 DNS にサービス名を登録 クライアントから DNS 名で参照可能 フロントエンドの接続先バックエンドは YAML の定義 セレクタ で指定 アプリケーション クライアント ( クラスタ内 ) Pod IP: フロントエンド クラスタの代表 IP サービス Cluster IP: Port: 3000 他のコンテナから要求を分散する バックエンド Pod IP: express1:1.0 Pod IP: express1:1.0 Pod IP: express1:1.0 デプロイメントレプリカ数 3 サービスが必須な理由 は起動と破棄で再起動が無い 起動時にIPアドレスが付与 起動のたびにIPが変わる すべて Cluster-Network の IP アドレスです

17 外部公開用ロードバランサー k8s クラスタから外へ公開するロードバランサのサービスを提供 Port LoadBalancer クラウドプロバイダのロードバランサを使用して外部にサービスを公開 Ingress 各社クラウドの実装でロードバランサーとHTTPSなどの機能で公開 インターネット上 ノードのポート番号で公開 KubeProxy と連携して複数のへアクセスを分配します 外部向け代表 IP サービス Port LoadBalancer Ingress フロントエンド デプロイメント nginx nginx nginx 内部クラスタの代表 IP name: express-app-svc サービス Cluster IP: Port: 3000 バックエンド デプロイメント Pod IP: express1:1.0 Pod IP: express1:1.0 Pod IP: express1:1.0 SW 名で例えば ウェブサーバ nginx アプリ PHP + FPM Redis, MySQL などキャッシュやデータベース

18 オートスケール CPU の使用率の閾値越えで 数を増加して処理能力を増強 反対に閑散な状態となれば 数を縮小 ノードの増強は手動のケースありに注意 ノードは余裕をもって運用は必須 追加 コンテナコンテナコンテナコンテナコンテナ の CPU 使用率が閾値を超えるとレプリカ数を増やして増強 デプロイメント + HPA コントローラ デプロイメント + HPA コントローラ HPA : Horizontal Pod Autoscaler

19 自己回復 ノード障害に対して サービスは無停止で継続可能 ワーカーノードの障害に対して 必要数のを起動して処理能力を補う N+1 構成の様に能力的に余裕もった設計が必要であるが の再配置は自動 喪失 起動 コンテナコンテナコンテナコンテナ デプロイメントコントローラ デプロイメントコントローラ 障害停止 障害停止

20 永続ストレージの利用 K8s のコンテナ環境ではデータをストレージに永続的に保管できます クラウド プロバイダのストレージ サービスを利用できます YAML ファイルに kind: PersistentVolume や kind: PersistentVolumeClaim とすることで 既存ボリュームをマッピングしたり 新規に作成するなどの永続ストレージの利用ができます クラウド プロバイダや既存ストレージ系プロトコルのための複数のプラグインが提供されています 参考 k8s クラスタ制御 kubectl コマンド Master DB サービスコンテナ DB サービスコンテナ User Cloud Service API Storage Service

21 名前空間によるクラスタの仮想化 名前区間毎に CPU とメモリの利用制限を設定 ネットワークポリシーを設定してアクセス制限 RBAC とサービスアカウントによるアクセス権管理 Name Space : Blue Name Space : Green

22 分散環境のモニタリングと洞察 Kubernetes は 2 つの機能を組み込み済み ログ分析 メトリクス監視 ログ分析と監視 情報発生源監視対象 アプリケーション Cloud Master ログ コレクター 全文検索エンジン メトリクス コレクタ 時系列データベース 可視化ツール クラウドサービスでは 各社クラウド基盤のログ分析 & 稼働監視と連携しています 稼働状態監視 可視化ツール

23 ブラウザで閲覧する視覚化ツール Kibana( ログ分析 ) Grafana( 稼働分析 ) 特徴 Elasticsearchの視覚化ツール ログ分析など 対話的に操作しながらの発見に向く 豊かな表現形式に対応 特徴 時系列 DB (time series database) の視覚化ツール influxdb, Prometheus, Graphite などの時系列データを視覚化 設定を保存して繰り返し利用するダッシュボードに向く シンプルな操作

24 ここで ご紹介したのは Kubernetes の一部の機能であり説明者により選定されたものです IBM Corporation 24

25 メガクラウド各社 Kubernetes 対応状況

26 2017 年はクラウド各社が k8s 対応した年となった GCP Google Kubernetes Engine (GKE) 2014 年 6 月オープンソース化と GCP のサポートを発表 Kubernetes を CNCF へ移管 IBM クラウド IBM Cloud Kubernetes Service (IKS) 2017 年 3 月 23 日 IBM Cloud ( 当時 Bluemix) で提供開始を発表 ソフトウェア IBM Cloud Private (ICP) v2.1 提供 2017 年 10 月 24 日発表オンプレのサーバーに導入できるソフトウェア製品 無料で利用できる IBM Cloud Private Community Edition のダウンロード提供 Azure Azure Service (AKS) 2017 年 10 月 24 日発表 AWS Amazon Elastic Service for Kubernetes (Amazon EKS) 2017 年 11 月 29 日発表 KCSP 認定制度による互換性確保

27 K8s でクラウド レースの展開に変化があるかもしれない ロックインから解放だ! 複合環境でも便利 チャンス 参道してシェアを取りに行くぞ! Kubernetes を広めて勢力図を変えるぞ 豊富な資金力で独走を維持するぞ IBM Corporation 27

28 まとめ Kubernetesはコンテナの運用基盤 オンプレ & クラウドで共通のオペレーションで運用できる 必要なインフラ機能が提供され 高効率な運用を実現 主要クラウドベンダー ソフトウェア企業が賛同

29 Kubernetes ハンズオンへ