Kubernetesとは？仕組みと構造をわかりやすく解説します

2020.02.19
クラウドの基礎知識, レンタルサーバー基礎知識

Kubernetesとは、コンテナの運用管理と自動化を目的に設計されたオープンソースのシステムです。

Kubernetesの複雑で難しいイメージを少しでも改善するために、この記事ではポイントを整理しました。KubernetesとDockerやコンテナとの関係、おもな仕組み、そしてインストール方法を中心にわかりやすく解説しています。

Kubernetesとは？コンテナやDockerとの関係性

kubernetes-container

まずは、Kubernetesに理解にどうしても必要なキーワードをまとめています。

Kubernetesとは？

Kubernetesはクバネティス、またはクーベネティスなどと読みます。ギリシャ語で、操舵手やパイロットという意味があるそうです。またK8sとも呼ばれています。公式サイトによれば、Kubernetesのスペルで、最初の「K」と最後の「s」の間にある「ubernete」の文字数が8あるため、「K」と「8」と「s」をつなげて「K8s」になっています。

Kubernetesにとって操作の対象は、Dockerなどのコンテナです。この対象が大きくなればなるほど、Kubernetesは威力を発揮します。Dockerなどが増えて、システム全体を効率良く管理したり、効果的に組み合わせたりする力は、Dockerには不足しているからです。

Kubernetesの登場により、複数のDockerなどのコンテナの管理や自動化が進み、この仕組みは「コンテナオーケストレーション」と呼ばれるようになりました。

コンテナ型の仮想化技術とは？

仮想化技術を支える手段には種類があります。具体的には、ハイパーバイザーやホスト型ともにコンテナ型が公開されています。コンテナの仮想化については、以下の記事にて詳しく解説しています。

さらにコンテナにも種類があり、Dockerはその一つです。Kubernetesが対象としているコンテナは、このDockerが標準になっています。その主な理由には、Dockerの動作の速さや移動のしやすさなどの特徴があるからです。

KubernetesとDockerの違い

ここまでみてきたように、この2つは目的が異なります。実はDockerにも、複数のDocker自体の管理や自動化をする機能（Docker Swarm）があります。ただコンテナ間の設定や管理で、できないことがあります。小規模の場合は別途作業すればいいのですが、規模が大きくなるほど煩雑になります。

そこでKubernetesのような専用ツールによって、規模の大きいDockerの管理や自動化をするようになりました。

Kubernetesのメリット

Kubernetes利用による「コンテナオーケストレーション」で、複数のDockerを管理する手間が減り、コストを削減することができます。具体的にはこちらの情報にあるように、Kubernetesの利用により以下の課題を解決できるようになります。Docker自体では、実現がむずかしい項目ばかりです。

複数のDockerホストの管理
コンテナのスケジューリング
ローリングアップデート
スケーリング / オートスケーリング
コンテナの死活監視
障害時のセルフヒーリング
サービスディスカバリ
ロードバランシング
データの管理
ワークロードの管理
ログの管理
Infrastructure as Code
その他エコシステムとの連携や拡張

【引用元】
なぜKubernetesが必要なのか？

Kubernetesの主な仕組み

kubernetes 仕組み

次にKubernetesの構成を簡単にご説明します。それぞれの機能は複雑ですが、意味のあるものばかりです。繰り返しになりますが、目的は「コンテナオーケストレーション」です。

Kubernetes Cluster（クラスター）

一般的に、クラスターには「まとまり」という意味があります。IT分野では、コンピュータ・クラスターのように、複数台のコンピュータを結び付けまとめた仕組みを指しています。Kubernetesクラスターも同様で、公式サイトでは「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のクラスター」としています。

なお「可用性」とは、システムを継続して稼働させる考え方です。例えば、ひとつの機器が故障しても他の正常な機器に自動的に切り替わり、利用者には影響ができないようにするしくみです。

Kubernetesクラスターを作成するためには、Minikubeというツールを使用します。公式サイトでは、コマンド操作が体験できるデモ環境が用意されています。

kubernetes01

namespace

公式サイトによれば、同一の物理クラスター上で動作する複数の仮想クラスターのことです。namespace（名前空間）は、比較的規模が大きい環境で導入が推奨されています。これにより、1つのKubernetesクラスターを複数チームで利用できるようになりました。具体的には、誰がどのような権限があるかを設定し、Kubernetesクラスターを分離しています。

pod

Kubernetesが管理できる最小単位で、Dockerなどのコンテナが 1つ以上含まれています。ポイントは、KubernetesがDockerなどのコンテナを直接管理しているのではなく、pod経由であることです。podにはIP アドレスが自動的に割り当てられ、コンテナ間で共有するストレージが含まれています。こちらも公式サイトに、コマンド操作でpodを体験できるデモ環境が用意されています。

kubernetes02

Kubernetesの初期インストール

kubernetes インストール

それでは実際にKubernetesをインストールしていきましょう。ここでは、Kubernetesクラスターを実行するkubeadmなどの基本的なインストール方法をご紹介します。

利用したVPSのプラン

検証用に、こちらのスペックにてVPSにセットアップします。

企業名	カゴヤ・ジャパン
プラン名	KAGOYA CLOUD／2のVPS「KVM」プラン
CPU	3コア
メモリー	3GB
ストレージ	SSD 30GB
OSテンプレート	Ubuntu16.04（64bit）
料金	日額 55円/、月額 1,540円

Dockerのインストール

まずは以下の記事などを参考に、Dockerをインストールします。

Kubernetesのインストール

今回インストールするパッケージは以下の3つです。

kubeadm	Kubernetesのクラスターを簡単に操作するツール
kubelet	Kubernetesの主要なパッケージ
kubectl	Kubernetesクラスターを管理するためのコマンド

公式ページにそって、前準備をしたうえで以下のコマンドを順次実行していきます。rootでの操作が推奨されています。

【コマンド】（Ubuntuの場合）

apt-get update && apt-get install -y apt-transport-https curl

curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | apt-key add –

cat <<EOF >/etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list

deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main

EOF

apt-get update

apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl

apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl