Kubernetes (oder kurz K8s) gilt als die beliebteste und ausgereifteste Lösung für die Container-Orchestrierung. Container und Microservices sind in vielen Unternehmen gelebte Realität. Denn sie garantieren eine agile und schnelle Entwicklung neuer Anwendungen sowie kürzere Time-to-Market.
Bei einer modernen Anwendung ist in der Regel eine Vielzahl an Containern im Einsatz. Um hier den Überblick nicht zu verlieren, Ressourcen automatisch zu verteilen und von einer selbstheilenden Umgebung zu profitieren, setzen IT-Teams Kubernetes ein. Erfahren Sie im Folgenden, welche Vorteile das konkret bringt und wie Kubernetes funktioniert.
Inhalt
Wofür braucht man Kubernetes?
Moderne Anwendungen sind nicht mehr als ein einziger zusammenhängender Monolith konzipiert. Sie setzen sich vielmehr aus einer Vielzahl von Microservices zusammen und diese werden jeweils in Container „verpackt“. Kubernetes hilft dabei, diese Container effizient bereitzustellen, zu skalieren, zu verwalten und zu überwachen.
So unterstützt K8s Unternehmen dabei, ihre Infrastrukturen optimal auszulasten und flexibel zu nutzen. Die Orchestrierungs-Engine beseitigt viele manuelle Prozesse, die zuvor mit der Bereitstellung und Skalierung von containerisierten Anwendungen verbunden waren. Zudem erleichtert das Open-Source-Tool das Deployment von Anwendungen über verschiedene Infrastrukturen – im Rechenzentrum, in einer Private Cloud oder über verteilte Cloud-Umgebungen.
| Anwendungsfall für Kubernetes | Technische Vorteile | Wettbewerbsvorteile |
|---|---|---|
| Automatisierung der Container-Orchestrierung | Kubernetes verwaltet automatisch das Scheduling, Deployment und die Skalierung von Containern. | Geringere Betriebskosten und mehr Effizienz bei der Verwaltung großer, verteilter Systeme. |
| Hohe Verfügbarkeit und Fehlertoleranz | Container werden über mehrere Nodes repliziert, um Ausfallsicherheit zu gewährleisten. | Bessere Service-Qualität und geringere Ausfallzeiten führen zu höherer Kundenzufriedenheit und Vertrauen. |
| Skalierbarkeit und Autoscaling | Container werden automatisch skaliert, basierend auf Ressourcenbedarf und Lastanforderungen. | Schnelle Reaktion auf Marktnachfrage und variable Lasten ohne manuelle Eingriffe. |
| Self-Healing | Kubernetes erkennt und ersetzt automatisch fehlerhafte Container und startet sie neu, ohne menschliches Eingreifen. | Weniger manuelle Wartung, mehr Stabilität und Verlässlichkeit bei kritischen Anwendungen. |
| Multi-Cloud- und Hybrid-Cloud-Bereitstellungen | Nahtlose Verwaltung und Bereitstellung von Workloads in verschiedenen Cloud- und On-Premises-Umgebungen. | Flexibilität bei der Nutzung von Cloud-Anbietern, kein Vendor-Lock-in, mögliche Kostenoptimierung. |
| Effiziente Nutzung von Ressourcen | Verteilung von Containern auf die verfügbaren Hardware-Ressourcen. | Kosteneffiziente Nutzung der Infrastruktur, was zu geringeren Betriebskosten und besserem ROI führt. |
| Einheitliche Entwicklungs- und Produktionsumgebung | Anwendungen können in der gleichen Umgebung ausgeführt werden, egal ob in der Entwicklung oder Produktion. | Schnellere Markteinführung durch weniger Fehler bei der Übergabe von Entwicklung zu Produktion. |
| Einfaches Rollout und Rollback | Rolling Updates und Rollbacks, um neue Versionen ohne Downtime oder manuelle Eingriffe bereitzustellen. | Schnellere Innovationszyklen und höhere Anpassungsfähigkeit an Marktveränderungen oder Kundenfeedback. |
| Integration mit DevOps und CI/CD | Kubernetes lässt sich nahtlos in CI/CD-Pipelines integrieren und automatisiert den Deployment-Prozess. | Beschleunigte Produktentwicklungszyklen und höhere Agilität in der Softwareentwicklung. |
| Netzwerkmanagement | Eingebaute Lösungen zur Verwaltung von Netzwerkzugriffen, Service-Discovery und Lastverteilung. | Stabilere Anwendungen und besserer Schutz der Infrastruktur erhöhen die Wettbewerbsfähigkeit durch zuverlässige Services. |
| Secret- und Konfigurationsmanagement | Sicheres Management von sensitiven Daten und Konfigurationsinformationen, ohne sie in den Container-Images zu speichern. | Verbesserte Sicherheit und Compliance erhöhen das Vertrauen der Kunden und Geschäftspartner. |
| Plattformunabhängigkeit | Kubernetes läuft auf jeder Infrastruktur (Bare Metal, Cloud, On-Premises) und bietet so eine plattformunabhängige Lösung. | Flexibilität bei der Infrastrukturwahl und Nutzung neuer Technologien, was die Innovationsfähigkeit und Reaktionszeit erhöht. |
| Edge Computing | Anwendungen, die auf Edge-Geräten laufen, werden ebenfalls unterstützt, da sich mit K8s verteilte Systeme orchestrieren lassen. | Wettbewerbsvorteile in Bereichen wie IoT, indem Rechenleistung nahe an der Datenquelle bereitgestellt wird. |
Wie funktioniert Kubernetes?
K8s basiert auf einer Master-Node-Architektur, wobei der Master-Node (Control Plane) das Herzstück des Clusters darstellt. Dieser enthält wichtige Komponenten wie den API-Server für die Kommunikation, den Scheduler für die Verteilung der Workloads und den Controller-Manager zur Überwachung des Cluster-Zustands. Etcd als verteilter Key-Value-Store speichert dabei alle Cluster-Daten und Konfigurationen.
Die Worker-Nodes führen die eigentlichen Container-Workloads aus und kommunizieren über den Kubelet-Dienst mit dem Master. Jeder Worker-Node verfügt über eine Container Runtime (wie Docker) zur Ausführung der Container und einen Kube-Proxy für das Netzwerk-Management. Die Worker-Nodes können dynamisch dem Cluster hinzugefügt oder entfernt werden, was eine hohe Skalierbarkeit ermöglicht.
Mehr über den Architekturaufbau und die grundlegende Funktionsweise lesen Sie auch in unserem Beitrag zur Container-Orchestrierung.
Wie läuft die Container-Orchestrierung?
Kubernetes stellt sicher, dass alle in den Pods befindlichen Container auf die Worker ausgerollt werden. Im Falle von Ausfällen oder extremen Lastsituationen verteilt das System die Pods/Container auf die Worker im Cluster.
Für diese Orchestrierung überwacht K8s laufende Container/Pods und deren Konfiguration anhand von Health Checks. Auch die Anzahl der für die verschiedenen Services benötigten Container kontrolliert das System. So stellt es sicher, dass alle benötigten Container jederzeit betriebsbereit sind.
Gibt es Änderungen an der Konfiguration oder ein Update der Software während eines Deployments, kann Kubernetes dies automatisch verteilen (Rollout). Kommt es im Laufe dieses Deployments oder danach zu Störungen, kann der Rollout pausiert oder wieder rückgängig gemacht werden (Rollback).
Zudem setzt Kubernetes die Container eines Deployments selbständig dort ein, wo die entsprechenden Ressourcen zur Verfügung stehen. Dazu können Mindest- und Höchstwerte der Ressourcennutzung auf Basis von CPU und RAM individuell für einzelne Container festgelegt werden.
Durch einen vorgeschalteten Ingress-Controller stellt Kubernetes eigenständig sicher, dass bei Lastspitzen eine gleichmäßige Verteilung des eingehenden Traffics auf die jeweiligen Services stattfindet.
Was ist ein Kubernetes Cluster?
Ein Kubernetes Cluster setzt sich aus mehreren Nodes zusammen, die für eine reibungslose Orchestrierung sorgen. Es ist immer mindestens eine Worker Node sowie eine Master Node enthalten. Der Master behält jederzeit den Status des Clusters im Auge und registriert, welche Anwendungen hier in welchen Container Images ausgeführt werden. Die Worker kümmern sich um die tatsächliche Ausführung von Anwendungen und Workloads.
Ein Kubernetes Cluster kann über unterschiedliche virtuelle und physische Hosts verteilt und in dedizierten Rechenzentren oder in Cloud-Umgebungen betrieben werden. Solche Cluster-Infrastrukturen sind heute wesentlich komplexer als noch vor einigen Jahren. Das ergibt sich auch aus der zunehmenden Nutzung heterogener Infrastrukturen vom Rechenzentrum über Private Clouds und Public Clouds bis zu Hybrid- und Multi-Cloud-Umgebungen. Die Container-Orchestrierung übernimmt dabei die komplexe und effiziente Verwaltung.
Was hat Kubernetes mit DevOps zu tun?
Der Einsatz von K8s unterstützt Unternehmen dabei, die Zusammenarbeit von Softwareentwicklung (Dev) und IT-Betrieb (Ops) zu optimieren. Uneinheitliche Integrations- und Deployment-Mechanismen können für Konfliktpotenzial zwischen Entwicklern und IT-Betrieb sorgen. Durch Kubernetes stehen vereinheitlichte Mechanismen für Softwareintegration und -deployment zur Verfügung. Dadurch ist es möglich, Anwendungen deutlich einfacher und schneller auszurollen, zu skalieren und zu überwachen.
So muss der IT-Betrieb beispielsweise nicht jedes Mal aufwendig neue Systeme aufsetzen, wenn neue Tests anstehen. Oder die Netzwerk- und Speicher-Settings anpassen, wenn die Entwickler zusätzliche Ressourcen benötigen. Die Entwickler wiederum können über Kubernetes ihre Software inklusive aller Abhängigkeiten auf einfache Weise ausrollen und betreiben. Das minimiert den Arbeitsaufwand und löst Probleme, die es oftmals zwischen unterschiedlichen Umgebungen gab – beispielsweise zwischen Testbetrieb und Produktion.
Kubernetes: Vorteile für DevOps
- Entwickler bauen ihre Software einmalig und können sie überall laufen lassen (build once, run everywhere).
- Für Test und Produktion stehen zuverlässige und einheitliche Umgebungen bereit.
- DevOps-Teams konfigurieren einmalig und können dann eine Vielzahl von Services und Anwendungen auf der entsprechenden Umgebung laufen lassen (config once, run anything).
- Der IT-Betrieb verfügt über eine einheitliche Lösung für Entwicklung, Bereitstellung und Skalierung von Software.
Durch den Einsatz von K8s können sich sowohl die Teams der Entwickler als auch des IT-Betriebs auf ihre Kernaufgaben fokussieren: Die Entwickler konzentrieren sich darauf, neue Features zu entwickeln sowie Bugs zu fixen und damit insgesamt schneller bessere Software bereitzustellen. Und für den IT-Betrieb minimiert sich der Zeitaufwand für immer neue und veränderte Setups inklusive der entsprechenden Wartung deutlich.
Was ist Managed Kubernetes oder Kubernetes as a Service?
Um interne DevOps-Teams zu entlasten, greifen Unternehmen gern auf gemanagte Angebote in der Cloud zurück. Hier übernimmt der Cloud Provider zahlreiche Routineaufgaben rund um die Infrastruktur und erlaubt dem Kunden einen besseren Fokus auf Entwicklung und Innovationen.
So bietet beispielsweise plusserver mit Managed Kubernetes umfassende Dienstleistungen rund um das Setup, die initiale Konfiguration und den Betrieb der Kubernetes-Umgebung inklusive Monitoring und 24/7 Tech-Support. Zudem stellt der Provider sicher, dass die Worker Nodes der Kunden jederzeit verfügbar sind.
Die hauseigene plusserver Kubernetes Engine (PSKE) basiert auf SAP Gardener und ermöglicht es – via API, Kommandozeile oder über eine grafische Oberfläche -, Container Cluster einfach zu verwalten. Auch komplette CI/CD-Pipelines für eine kontinuierliche Entwicklung und Implementierung von Software lassen sich mit Hilfe der Lösung einfach realisieren.
Zudem erleichtert die PSKE durch automatische Day-1- und Day-2-Operations der Unternehmens-IT die tägliche Arbeit. Eine solche gemanagte K8s-Umgebung eignet sich somit für alle Unternehmen, welche die Vorteile von Kubernetes nutzen und Routineaufgaben rund um den K8s-Betrieb outsourcen möchten.
Wie ist Kubernetes entstanden?
Das Open-Source-System wurde ursprünglich von Google entwickelt und zunächst intern bei Google eingesetzt und getestet. Später übergab Google das System für die weitere Entwicklung der Cloud Native Computing Foundation (CNCF). Hier arbeitet eine große Community gemeinsam an der weiteren Verbesserung von K8s.
Kubernetes-Anbieter können sich durch die CNCF zertifizieren lassen, was belegt, dass sie über eine entsprechende Expertise verfügen, um die Kunden bei der Implementierung zu unterstützen. Zudem können Anbieter ihre Distributionen als „Certified Kubernetes“ listen lassen. Dies besagt wiederum, dass die angebotene Lösung eng am „Vanilla“-Kubernetes entwickelt wurde und sie somit kompatibel zu anderen K8s-Lösungen ist.
Last but not least: Wie spricht man Kubernetes eigentlich aus?
Bei der Aussprache von Kubernetes scheiden sich ein wenig die Geister. Von „so, wie man’s schreibt“ bis hin zu klangvolleren Sprechweisen wie „Kübernets“ ist alles anzutreffen. Laut Wikipedia gilt aber: die deutsche Aussprache ist schlicht [ˌkuːbɐˈneːtəs], im Englischen ist es etwas melodiöser: [ˌkuːbərˈnetiːz].
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