1.1 - Minikubeを使ったクラスターの作成
Kubernetesクラスターとは何かを学ぶ。
Minikubeとは何かを学ぶ。
Kubernetesクラスターを起動する。
目標
- Kubernetesクラスターとは何かを学ぶ
- Minikubeとは何かを学ぶ
- Kubernetesクラスターをローカルで動かす
Kubernetesクラスター
Kubernetesは、単一のユニットとして機能するように接続された、可用性の高いコンピューターのクラスターをまとめあげます。Kubernetesの抽象化により、コンテナ化されたアプリケーションを個々のマシンに特に結び付けることなくクラスターにデプロイできます。この新しいデプロイモデルを利用するには、アプリケーションを個々のホストから切り離す方法でアプリケーションをパッケージ化(つまり、コンテナ化)する必要があります。コンテナ化されたアプリケーションは、アプリケーションがホストに深く統合されたパッケージとして特定のマシンに直接インストールされていた従来のデプロイモデルよりも柔軟で、より迅速に利用可能です。Kubernetesはより効率的な方法で、クラスター全体のアプリケーションコンテナの配布とスケジューリングを自動化します。Kubernetesはオープンソースのプラットフォームであり、プロダクションレディです。
Kubernetesクラスターは以下の2種類のリソースで構成されています:
- コントロールプレーンがクラスターを管理する
- ノードがアプリケーションを動かすワーカーとなる
Kubernetesは、コンピュータークラスター内およびコンピュータークラスター間でのアプリケーションコンテナの配置(スケジューリング)および実行を調整する、プロダクショングレードのオープンソースプラットフォームです。
コントロールプレーンはクラスターの管理を担当します。コントロールプレーンは、アプリケーションのスケジューリング、望ましい状態の維持、アプリケーションのスケーリング、新しい更新のロールアウトなど、クラスター内のすべての動作をまとめあげます。
ノードは、Kubernetesクラスターのワーカーマシンとして機能するVMまたは物理マシンです。各ノードにはKubeletがあり、これはノードを管理し、Kubernetesコントロールプレーンと通信するためのエージェントです。ノードにはcontainerd や CRI-O などのコンテナ操作を処理するためのツールもあるはずです。プロダクションのトラフィックを処理するKubernetesクラスターには、最低3つのノードが必要です。これは、1ノードがダウンすると、etcd メンバーとコントロールプレーンのインスタンスの両方を同時に失うリスクがあり、冗長性が損なわれてしまうからです。このリスクを軽減するには、コントロールプレーンノードを複数構成することで対応できます。
コントロールプレーンは実行中のアプリケーションをホストするために使用されるノードとクラスターを管理します。
Kubernetesにアプリケーションをデプロイするときは、コントロールプレーンにアプリケーションコンテナを起動するように指示します。コントロールプレーンはコンテナがクラスターのノードで実行されるようにスケジュールします。ノードは、コントロールプレーンが公開しているKubernetes APIを使用してコントロールプレーンと通信します。エンドユーザーは、Kubernetes APIを直接使用して対話することもできます。
Kubernetesクラスターは、物理マシンまたは仮想マシンのどちらにも配置できます。Kubernetes開発を始めるためにMinikubeを使うことができます。Minikubeは、ローカルマシン上にVMを作成し、1つのノードのみを含む単純なクラスターをデプロイする軽量なKubernetes実装です。Minikubeは、Linux、macOS、およびWindowsシステムで利用可能です。Minikube CLIは、起動、停止、ステータス、削除など、クラスターを操作するための基本的なブートストラップ操作を提供します。
Kubernetesが何であるかがわかったので、Hello Minikube に行き、最初のクラスターを動かしましょう！
2.1 - Deploymentを作成するためにkubectlを使う
目標
- アプリケーションのデプロイについて学ぶ。
- kubectlを使って、Kubernetes上にはじめてのアプリケーションをデプロイする。
KubernetesのDeployment
Deploymentは、アプリケーションのインスタンスを作成および更新する責務があります。
備考:
このチュートリアルでは、AMD64アーキテクチャを必要とするコンテナを使用します。
異なるCPUアーキテクチャのコンピューターでminikubeを使用する場合は、AMD64をエミュレートできるドライバーでminikubeを使用してみてください。
例えば、Docker Desktopドライバーはこれが可能です。
実行中のKubernetesクラスターを入手すると、その上にコンテナ化アプリケーションをデプロイすることができます。
そのためには、KubernetesのDeploymentの設定を作成します。
DeploymentはKubernetesにあなたのアプリケーションのインスタンスを作成し、更新する方法を指示します。
Deploymentを作成すると、KubernetesコントロールプレーンはDeployment内に含まれるアプリケーションインスタンスをクラスター内の個々のノードで実行するようにスケジュールします。
アプリケーションインスタンスが作成されると、Kubernetes Deploymentコントローラーは、それらのインスタンスを継続的に監視します。
インスタンスをホストしているノードが停止、削除された場合、Deploymentコントローラーはそのインスタンスをクラスター内の別のノード上のインスタンスと置き換えます。
これは、マシンの故障やメンテナンスに対処するためのセルフヒーリングの仕組みを提供しています。
オーケストレーションが登場する前の世界では、インストールスクリプトを使用してアプリケーションを起動することはよくありましたが、マシン障害が発生した場合に復旧する事はできませんでした。
アプリケーションのインスタンスを作成し、それらをノード間で実行し続けることで、Kubernetes Deploymentはアプリケーションの管理に根本的に異なるアプローチを提供します。
Kubernetes上にはじめてのアプリケーションをデプロイする
Kubernetesにデプロイするには、アプリケーションをサポートされているコンテナ形式のいずれかにパッケージ化する必要があります。
Kubernetesのコマンドラインインターフェースであるkubectlを使用して、Deploymentを作成、管理できます。
kubectlはKubernetes APIを使用してクラスターと対話します。
このモジュールでは、Kubernetesクラスターでアプリケーションを実行するDeploymentを作成するために必要な、最も一般的なkubectlコマンドについて学びます。
Deploymentを作成するときは、アプリケーションのコンテナイメージと実行するレプリカの数を指定する必要があります。
Deploymentを更新することで、あとでその情報を変更できます。
ブートキャンプのModule 5とModule 6では、Deploymentをどのようにスケール、更新できるかについて説明します。
最初のDeploymentには、NGINXを使用して全てのリクエストをエコーバックする、Dockerコンテナにパッケージ化されたhello-nodeアプリケーションを使用します。
(まだhello-nodeアプリケーションを作成して、コンテナを使用してデプロイしていない場合、Hello Minikube tutorialの通りにやってみましょう。)
kubectlもインストールされている必要があります。
インストールが必要な場合は、ツールのインストールからインストールしてください。
Deploymentが何であるかがわかったので、最初のアプリケーションをデプロイしましょう！
kubectlの基本
kubectlコマンドの一般的な書式はkubectl action resourceです。
これは指定された resource(node、deploymentなど)に対して指定された action(create、describe、deleteなど)を実行します。
指定可能なパラメーターに関する追加情報を取得するために、サブコマンドの後に--helpを使うこともできます(例:kubectl get nodes --help)。
kubectl versionコマンドを実行して、kubectlがクラスターと通信できるように設定されていることを確認してください。
kubectlがインストールされていて、クライアントとサーバーの両方のバージョンを確認できることを確認してください。
クラスター内のノードを表示するには、kubectl get nodesコマンドを実行します。
利用可能なノードが表示されます。
後で、KubernetesはNodeの利用可能なリソースに基づいてアプリケーションをデプロイする場所を選択します。
アプリケーションをデプロイする
最初のアプリケーションをkubectl create deploymentコマンドでKubernetesにデプロイしてみましょう。
デプロイ名とアプリケーションイメージの場所を指定する必要があります(Docker Hub外でホストされているイメージはリポジトリの完全なURLを含める必要があります)。
kubectl create deployment kubernetes-bootcamp --image=gcr.io/google-samples/kubernetes-bootcamp:v1
素晴らしい！Deploymentを作成して、最初のアプリケーションをデプロイしました。
これによっていくつかのことが実行されました。
- アプリケーションのインスタンスを実行可能な適切なノードを探しました(利用可能なノードは１つしかない)。
- アプリケーションをそのノードで実行するためのスケジュールを行いました。
- 必要な場合にインスタンスを新しいノードで再スケジュールするような設定を行いました。
Deploymentの一覧を得るにはkubectl get deploymentsコマンドを使います。
アプリケーションの単一のインスタンスを実行しているDeploymentが１つあることが分かります。
インスタンスはノード上のコンテナ内で実行されています。
アプリケーションを見る
Kubernetes内部で動作しているPodは、プライベートに隔離されたネットワーク上で動作しています。
デフォルトでは、同じKubernetesクラスター内の他のPodやServiceからは見えますが、そのネットワークの外からは見えません。
kubectlを使用する場合、アプリケーションと通信するためにAPIエンドポイントを通じてやりとりしています。
アプリケーションをKubernetesクラスターの外部に公開するための他のオプションについては、後ほどModule 4で説明します。
また、これは基本的なチュートリアルであるため、ここではPodとは何かについては詳しく説明しません。
kubectl proxyコマンドによって、通信をクラスター全体のプライベートネットワークに転送するプロキシを作成することができます。
プロキシはcontrol-Cキーを押すことで終了させることができ、実行中は何も出力されません。
プロキシを実行するにはもう一つターミナルウィンドウを開く必要があります。
ホスト(端末)とKubernetesクラスター間の接続ができました。
プロキシによって端末からAPIへの直接アクセスが可能となります。
プロキシエンドポイントを通してホストされている全てのAPIを確認することができます。
例えば、curlコマンドを使って、APIを通じて直接バージョンを調べることができます。
curl http://localhost:8001/version
備考:
ポート8001にアクセスできない場合は、上で起動したkube proxyがもう一つのターミナルで実行されていることを確認してください。
APIサーバーはPod名に基づいて各Pod用のエンドポイントを自動的に作成し、プロキシからもアクセスできるようにします。
まずPod名を取得する必要があるので、環境変数POD_NAMEに格納しておきます。
export POD_NAME=$(kubectl get pods -o go-template --template '{{range .items}}{{.metadata.name}}{{"\n"}}{{end}}')
echo Name of the Pod: $POD_NAME
以下を実行することで、プロキシされたAPIを通してPodにアクセスすることができます。
curl http://localhost:8001/api/v1/namespaces/default/pods/$POD_NAME:8080/proxy/
プロキシを使わずに新しいDeploymentにアクセスするには、Module 4で説明するServiceが必要です。
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