近年、コンテナ技術はソフトウェア開発において不可欠な存在になっています。中でも Docker によるコンテナ化は多くの企業や開発者の間で広く普及しました。そして、複数のコンテナを効率的に管理・運用するために登場したのが Kubernetes です。本記事では、Kubernetes がどのようなものか、そして基礎的な概念や仕組みについて解説します。
Kubernetesとは？
Kubernetes（クバネティス、K8sとも呼ばれる）は、Google が発端となりオープンソースとして開発されたコンテナオーケストレーションツールです。複数のコンテナをまとめて管理し、スケーリングやロールアウト、ロールバックなどを自動的に行ってくれる強力なプラットフォームとして注目を集めています。
- K8s
Kubernetesを省略して “K8s” と表記することがあります。Kubernetesの頭文字 “K” と末尾の “s” の間にある8文字から由来した略称です。 - クラウドネイティブ
Kubernetesは、クラウド環境下でスケーラブルかつ柔軟なアプリケーション基盤を実現するための中核技術とされています。
Kubernetesが解決する課題
Dockerなどのコンテナは、アプリケーションをパッケージ化し、環境依存を減らすことができます。しかし、コンテナが増えていくと管理が煩雑になりがちです。その課題を解決するために、Kubernetesが登場しました。
- コンテナの配備・スケーリングの自動化
サーバーやクラスタ内にどのコンテナをどのように配置するかを自動的に最適化してくれます。リソースが不足すればコンテナ数を増やし、余裕があればスケールダウンも可能です。 - ロールアウトとロールバック
新バージョンのデプロイを段階的に行い、不具合があったら即座にロールバックするなど、アプリケーションの継続的デリバリーをサポートします。 - 障害検知と自己修復
コンテナが落ちた場合、Kubernetesが自動的に新しいコンテナを起動し、常に安定稼働を目指します。
Kubernetesの主要コンポーネント
Cluster（クラスタ）
Kubernetesが動作する物理または仮想のサーバー群をクラスタと呼びます。クラスタには、マスターノード（コントロールプレーン）とワーカーノードがあります。
Node（ノード）
ノードとは、Kubernetesクラスタを構成する1台のサーバー（物理/仮想マシン）の単位を指します。
- Master Node（マスターノード / コントロールプレーン）
クラスタ全体を管理する役割を果たします。APIサーバーやスケジューラーなどが稼働し、コンテナの配置や状態管理をコントロールします。 - Worker Node（ワーカーノード）
実際にコンテナ（Pod）が稼働するノードです。Master Nodeからの指示を受けて、アプリケーションのコンテナを起動・停止させます。
Pod（ポッド）
Podは、Kubernetesにおける最小のデプロイ単位です。通常は1つの Pod 内に1つのコンテナが入りますが、密接に関連するコンテナを同じ Pod 内に配置することもあります。各Podには独立したIPアドレスが割り当てられるため、ネットワーク的に独立しています。
Service（サービス）
Serviceは、Podを外部に公開したり、内部での通信を安定して行うためのロードバランサーのような役割を担います。Podは常にスケールアウト・スケールインされるため、Pod固有のIPアドレスは可変です。Serviceを使うことで、Podの可変性を抽象化し、安定したエンドポイントを提供します。
Deployment（デプロイメント）
Deploymentは、Podのスケールやロールアウト、ロールバックなどを管理するKubernetesのオブジェクトです。クラスタ上で特定のイメージを使って N 個の Pod を稼働させるといった指定を行い、その状態を Kubernetes が自動的に維持します。
Kubernetes上でのアプリケーション構成例
WebアプリケーションをKubernetes上で動かす場合の一例として、以下のような構成が考えられます。
- Pod (Webサーバー)
NginxやApacheなどのコンテナイメージをデプロイし、外部からのHTTPリクエストを受け付ける。 - Pod (アプリケーション)
Node.jsやPython、Goなどで書かれたアプリケーションをコンテナ化し、Webサーバーからのリクエストを処理する。 - Pod (データベース)
MySQLやPostgreSQLなどをコンテナで起動し、アプリケーションからの読み書きを担当。 - Service
- WebサーバーPodの前段にServiceを作成し、外部からのリクエストを負荷分散する。
- アプリケーションPodとデータベースPod間の通信もServiceを通じて行い、Podの変更に依存しない仕組みにする。
- Deployment
WebサーバーやアプリケーションPodをDeploymentで定義し、スケールアウト・スケールインを容易に行う。
このように各コンポーネントをオブジェクトとして定義し、疎結合なアーキテクチャを実現することで、柔軟かつスケーラブルなシステム運用が可能になります。
Kubernetesを始めるためのステップ
- ローカル環境で学習用のクラスタを構築
Minikube や Kind（Kubernetes IN Docker）などを使えば、ローカルPC上に手軽にKubernetesクラスタを構築できます。 - コマンドラインツール kubectl のインストール
Kubernetesを操作するための基本コマンドです。クラスタへのデプロイや状態確認などの操作を行います。 - サンプルアプリケーションをデプロイ
hello-world のコンテナをPodとしてデプロイし、Serviceを作成してアクセスを試すことで、Kubernetesの基本が理解しやすくなります。 - スケーリングやロールアウトを体験
Deploymentを使い、レプリカ数を変更してスケールアウト・スケールインの挙動を確認しながら習得を進めます。 - 実際のクラウド環境で試す
AWS（EKS）・GCP（GKE）・Azure（AKS）などのマネージドKubernetesサービスを利用すると、本番運用に近い形で試すことができます。
まとめ
Dockerによるコンテナ化が一般的になりつつある現在、複数のコンテナを効率良く管理・運用するための Kubernetes は、もはや必須の技術といえるでしょう。コンテナのスケーリングやロールアウト、ロードバランシングなど、今まで手動で行っていた運用タスクを自動化し、安定性と可用性を高める効果が期待できます。
まずはローカル環境でKubernetesを試し、小さなサンプルアプリケーションをデプロイしてみるところから始めると良いでしょう。そこで得た経験をもとに、クラウド環境（EKS、GKE、AKS など）へ移行することで、本番運用に近い形で運用スキルを磨くことができます。ぜひこの機会にKubernetesの基礎を理解し、モダンなクラウドネイティブアプリケーションの運用に活かしてみてください。
関連リンク
この記事が、Kubernetes入門の一歩として参考になれば幸いです。ぜひ実際に構築してみて、コンテナオーケストレーションの魅力を体感してみてください。
コメント