Wissensbasis

Die Aggregationsschicht ermöglicht es, Kubernetes um zusätzliche APIs zu erweitern, so dass diese APIs auf der Kubernetes-Kern-API verfügbar sind. Die K8s Aggregationsschicht leitet Anfragen, die an den Kube-Apiserver gesendet werden, an Ihre Anwendungs-API weiter, wenn die Anfragen auf API-Pfade treffen, die von den registrierten API-Services Ihrer Anwendung genutzt werden.

In Kubernetes ist eine Annotation ein Schlüssel-Wert Paar zum Anhängen beliebiger strukturierter oder unstrukturierter Metadaten an Kubernetes API-Objekte. Im Gegensatz zu Labels sind Annotationen nicht dazu bestimmt, Objekte zu identifizieren und auszuwählen, obwohl sie oft verwendet werden, um wichtige Informationen an die Ressourcen und Controller des K8s oder andere Anwendungen zu übermitteln.

Autoscaling ist eine automatische Anpassung des Clusters an die Last. Mit dieser Funktion erhöht das System die Anzahl der Knoten im Cluster und die Anzahl der Pods im Deployment bei steigender Last und umgekehrt. 

Bare-Metal-Cluster („blankes Metall“)  ist ein Kubernetes Cluster was direkt auf physicher Hardware installiert ist.

CI/ CD ist eine Software-Engineering-Pipline, die eine Kombination aus Continuous Integration (CI) mit Continuous Delivery (CD) oder Continuous Deployment (CD) beinhaltet. Diese Begriffe sind hier jeweils einzeln erklärt.

Mit dem Begriff Cloud werden fälschlicherweise meistens diverse „as a Service“-Anbieter zusammengefasst. Für Endbenutzer werden Ausdrücke wie „in der Cloud“ am häufigsten im Zusammenhang von Dienstanbietern wie z.B. Dropbox verwendet. Die Reduzierung der Cloud auf bestimmte SaaS-Anbieter im Allgemeinbild der Nutzer erweckt jedoch auch Sicherheitsbedenken und spiegelt nicht das wahre potential des Cloud Computings, vor Allem für Unternehmen, wider.

Ursprünglich stammt der Begriff Cloud von der Darstellung nicht näher spezifizierter IT-Strukturen als Wolke. So wird in Schaubildern zur Abbildung von IT-Strukturen und Netzwerken bereits seit vielen Jahren die Wolke als „Endpunkt“ z.B. für das Internet verwendet.

Cloud Computing bezeichnet die Vereinfachung von komplexen IT-Infrastrukturen als nutzbaren Dienst. Der Anwender wird durch Abstraktionstechniken unabhängig von realen IT-Infrastrukturen und hat Zugriff auf theoretisch unbegrenzte IT-Ressourcen.

Ein Cloud Service Provider ist ein Unternehmen, das Infrastruktur und Dienstleistungen für den Betrieb von Containern und Container-Orchestrations-Tools anbietet.  Inftrastructure as a Service (IaaS) beinhaltet die Bereitstellung von Clusterknoten, Platform as a Service (PaaS) bezieht sich auf die Verwaltung von Anwendungen und es gibt noch eine Vielzahl von weiteren Speicher- und Netzwerkdiensten, die angeboten werden.

Ein Cluster besteht allegmein aus mehreren verbundenen physischen Computern oder virtuellen Maschinen, die ein eigenes System bilden.

In Kubernetes beschreibt ein Cluster ein Gesamtsystem, dass sich aus Nodes zusammensetzt.  Die wichtigsten Node Typen sind die  „Master-Nodes“ welche die Controll-Plane beherbergen und „Worker-Nodes“ welche die eigentliche Arbeit verrichten.

Die Verwaltung geschieht über die Kubernetes Control Plane. Container auf demselben Node können zu Pods zusammengefasst werden.  Ein Pod kann auch aus einem einzelnen Container bestehen und ist die kleinste organisatorische Einheit in Kubernetes.

Eine containerisierte Anwendung ist eine Anwendung, die zum Laufen in einem oder mehreren Containern erstellt wurde.

Bei Containern handelt es sich um abgeschottet laufende Umgebungen, welche die Anwendung und alle dafür benötigten Komponenten enthalten.  Die Container teilen sich die Kern-Komponenten des Betriebssystems mit dem Host-System und  laufen ansonsten eigenständig. Aus diesem Grund sind Container deutlich schlanker und flexibler als klassische virtuelle Maschinen und bieten dennoch eine abgeschottete Umgebung für die Anwendung. 

Da der Container immer nach festen Parametern aus einem Image gestartet wird, und seine eigene Umgebung quasi mit bringt, entfallen auch einige Variablen beim Umzug auf ein anderes Host-System. Dies vermeidet das unter Entwicklern und Admins bekannte „works on my machine“ Problem. Beliebte Containertechnologien sind Docker, rkt, containered und weitere.

Continuous Delivery ist ein Software-Engineering-Ansatz zur Automatisierung des Software-Release-Prozesses und steht für eine Sammlung von Techniken, Prozessen und Werkzeugen, die eine kontinuierliche und in kurzen zeitlichen Abständen stattfindende Auslieferung von Software ermöglicht. Mit Continuous Delivery können Sie Releases täglich, wochenweise, monatlich oder nach beliebigen erstellen.

Continuous Integration beschreibt die automatisierten Übernahme von Code-Änderungen in das vorgelagerte Repository, die durch automatisierte Tests gegen den Build gewährleistet wird. CI macht Code-Updates wesentlich einfacher und hilft, den Freigabezyklus von Code-Änderungen zu trennen. Um dies zu erreichen, legt CI großen Wert auf Testautomatisierung, um sicherzustellen, dass die Anwendung nicht beschädigt wird, wenn neue Commits in den Master Branch integriert werden.

Continuous Deployment ist die Verbindung von Continuous Integration mit Continuous Delivery und automatisiert die gesamte Pipeline vom Code Commit zum Kunden. Es stellt sicher, dass jede Änderung, die die Phasen der Softwaretestpipeline durchläuft, automatisch an die Anwender weitergegeben wird.

Als CronJob wird in der Kubernetes Welt ein Subtyp von Kubernetes Jobs bezeichnet, der nach einem periodischen Zeitplan ausgeführt wird. Der Zeitplan wird im Cron-Format angegeben.

Die Controller in Kubernetes überwachen und steuern den Cluster und seine Bestandteile. 

Control Plane ist eine Kombination von Kubernetes-Masterprozessen, die Ereignisse im Cluster verfolgen und daran arbeiten, dass der aktuelle Zustand aller Objekte im Cluster mit dem vom Administrator festgelegten Soll-Zustand übereinstimmt. Die Steuerungsebene beinhaltet etcd, den kube-apiserver, den kube-controller-manager, den kube-scheduler und den cloud-controller-manager.

Das Kubernetes Deployment ist ein API-primitive für die Bereitstellung und Verwaltung von ReplicaSets, das die Fehlertoleranz von Pods erleichtert. Deployments können ReplicaSets beispielsweise mitteilen, wie viele Pods sie haben sollen und welche Spezifikation sie haben. Deployments fügen ReplicaSets auch zusätzliche Funktionen hinzu, wie z.B. rollierende Updates und Rollbacks, wodurch sie robuster und für die meisten Anforderungen besser geeignet sind als ReplicaSet allein.

Der Begriff  DevOps stellt sich zusammen aus Development (Dev/ englisch für Entwicklung), welcher für die Softwareentwickler steht, und Operations (Ops/ englisch für Betrieb), stellvertretend für den IT-Betrieb/ Operation. Die Kombination aus beiden Rollen soll einen Prozessverbesserungsansatz in den Bereichen Softwareentwicklung und Systemadministration ermöglichen.  Es sollen helfen die Qualität der Software, die Geschwindigkeit der Entwicklung und der Auslieferung  zu verbessern.

Docker ist eine „open source“ Software zur Isolierung von Anwendungen mit Containervirtualisierung. Docker vereinfacht die Bereitstellung von Applikationen, weil sich Container, die alle nötigen Pakete enthalten, leicht als Dateien transportieren und installieren lassen.

Dynamic Volume Provisioning macht die Vorbereitstellung von Cluster-Speicher überflüssig, da Kubernetes-Benutzer die automatische Erstellung von Speicher anfordern können. Es basiert auf API-Primitive der StorageClass, und bezieht sich auf ein Volume Plugin, das ein Volume und einen Satz von Parametern bereitstellt, die an dieses Volume Plugin übergeben werden.

In Kubernetes ist ein Endpoint das API-Objekt, das sich auf einen Pod bezieht, der von einem bestimmten Dienst verwaltet wird. Wenn Benutzer einen Service erstellen, werden eine Reihe von Endpoints mit einer entsprechenden Liste von IPs und Ports erstellt, die auf Pods ausgerichtet sind, die mit dem Selector des Services übereinstimmen.

Etcd ist ein zuverlässiger und hochverfügbarer Key Value Store, der als Speicher für alle Cluster-Daten von Kubernetes dient. Des weiteren kann der Etcd als verteilte Datenbank arbeiten.

Fault Tolerance ist die Eigenschaft, die es einem System ermöglicht, daß im Falle eines Ausfalls einiger seiner Komponenten weiterhin ordnungsgemäß funktionieren. Des weiteren wird Fault Tolerance oft auch quantitativ genutzt, um anzugeben wie viele und welche Komponeneten ausfallen könnten ohne dass es zu Beeinträchtigungen kommen würde.

GitLab ist ein Managementsystem für die Versionsverwaltung Git. Mit GitLab erstellen Sie Repositories und verwalten diese über eine gut zu bedienende Weboberfläche. Es ist speziell für die Zusammenarbeit im Team ausgelegt und ermöglicht den Anwendern eine einfache Verwaltung von Git Repositories, sowie einfache Durchführung von Änderungen.  Die Gitlab Community Edition (CE) wird als OpenSource entwickelt. 

Ein Helm Chart ist ein Paket von vorkonfigurierten Kubernetes-Ressourcen wie Deployments und ConfigMaps, die von Tiller, einem On-Cluster-Agenten zur Erstellung von Releases, die über die Helm CLI initiiert wurden, bereitgestellt und verwaltet werden können. Ein einzelnes Chart kann verwendet werden, um eigenständige Anwendungen oder komplexe Web-Stacks mit HTTP-Servern, Caches und Datenbanken bereitzustellen. Der Hauptvorteil von Helm Charts liegt in der Vereinfachung der Bereitstellung und Verwaltung von Kubernetes-Ressourcen und  Standardisierung der Ressourcenkonfiguration eines Teams.  

Im Kontext der Containertechnologie wird aus einem Image eine gespeicherte Instanz eines Containers erstellt, die Software und Konfiguration enthält, die für den Betrieb einer Anwendung erforderlich sind. Images werden verpackt und in einer Container-Registry gespeichert und können lokal gezogen werden, um eine Anwendung auszuführen. Images enthalten auch Metadaten, die angeben, welche Datei ausgeführt werden soll, wer das Image erstellt hat und andere nützliche Informationen.

In Kubernetes ist der Init Container ein Container, der komplett durchlaufen muss, bevor die Hauptanwendung ausgeführt werden kann. Init Container werden typischerweise verwendet, um einige Initialisierungsaufgaben durchzuführen, wie z.B. das Herunterladen eines Remote Repositorys, die Konfiguration der Systemumgebung und andere Operationen, die abgeschlossen werden müssen, bevor die Hauptanwendung ausgeführt werden kann.

 In Kubernetes ist Ingress ein API primitive, das eine Reihe von Regeln für den externen Zugriff auf die Dienste in einem Cluster verwaltet. Ingress kann auch Load Balancing, SSL Termination und name-based virtuelles Hosting anbieten.

Kubernetes (auch als „K8s“ bezeichnet) dient der Orchestrierung von Container-Systemen. Die Open-Source-Plattform automatisiert das Einrichten, das Skalieren und das Verwalten von containerisierten Anwendungen. Es wurde ursprünglich von Google entwickelt und dann von Google an die Cloud Native Computing Foundation gespendet.

Kubernetes ist die englische Schreibweise eines griechischen Wortes, was frei übersetzt „Steuermann“ bedeutet. Die Namensgebung reiht sich damit in die für derartige Projekte gewählte Bildsprache der Frachtschifffahrt ein. Docker heißen im Englischen Hafenarbeiter. Die Symbolik spiegelt sich auch im Kubernetes-Logo wieder, was aus einem siebenspeichigen Steuerrad besteht. Die Zahl Sieben bezieht sich dabei auf eine Figur aus Star Trek, deren Name als Arbeitstitel bei Google für das Projekt diente.

Die Kubernetes-API stellt die Kubernetes Funktionalität über eine RESTful-Schnittstelle zur Verfügung. Alle Kubernetes Ressourcen wie Depoyments oder DaemonSets werden als API-Objekte gespeichert, die über RESTful-Aufrufe der API geändert werden können.  Die Benutzer können direkt mit der API interagieren oder Tools nutzen wie kubectl. Die Kubernetes-Kern-API ist flexibel und kann erweitert werden, um kundenspezifische Ressourcen zu unterstützen.

kubeadm ist ein Open-Source-Tool zur schnellen Installation von Kubernetes und zum Aufbau eines sicheren Clusters. Es kann sowohl für die Installation des Control Plans als auch der Worker Nodes verwendet werden.

kubectl ist ein Kommandozeilen-Tool zur Kommunikation mit einem Kubernetes-API-Server. Es ermöglicht das Erstellen, Bearbeiten, Aktualisieren und Löschen von Kubernetes-Ressourcen sowie das Debuggen und Überwachen des Zustands des Clusters.

kubelet ist ein node agent (Knotenagent) in Kubernetes, der auf jedem Knoten des Clusters läuft und sicherstellt, dass Container in einem Pod laufen. Ein kubelet nimmt Pod-Spezifikationen, die auch als Manifeste bezeichnet werden, auf und stellt sicher, dass die in ihnen beschriebenen Container laufen und healthy (gesund) sind.

Der kube-controller-manager ist eine Master-Komponente, die Controller betreibt. Die Kontrollschleifen (Regeln) beinhalten jede Logik, die nicht spezifisch für den vom Cluster verwendeten Cloud-Provider ist (außer Volumes). Nutzt ein Cloud-Anbieter für ihn spezifische Kontrollschleifen (Regeln) (z.B. Loops für Routing, Knoten und andere Cloud-Infrastrukturen) dann werden diese vom optionalen Cloud-Control-Manager verwaltet.

kube-proxy ist ein Netzwerk-Proxy, der auf jedem Knoten des Clusters läuft und für die Weiterleitung von Anfragen zuständig ist. Es ermöglicht TCP- und UDP-Stream oder Round-Robin-Weiterleitung über eine Reihe von Backend-Funktionen. Der kube-proxy erreicht dies durch mehrere, vom Benutzer ausgewählte Einstellungen, die sich unterschiedlich verhalten.

kube-scheduler ist eine Master-Komponente, die neu generierte Pods ohne zugewiesene Knoten überwacht. Der Scheduler informiert den API-Server über den entsprechenden Knoten, auf dem die Planung erfolgen soll, und dann sendet der API-Server eine Anforderung an das entsprechende kubelet, um die erforderlichen Pods zu erstellen.

In Kubenetes sind Labels  Key-Value-Paare, die an Objekte wie Pods angehängt werden. Sie werden verwendet, um Objekt Attribute zu erstellen, die für den Benutzer sinnvoll und relevant sind, um ihm zu helfen, Teilmengen von Objekten zu organisieren und auszuwählen.

Im Computernetzwerk ist ein Master eine zentrale Maschine, die andere Maschinen im Cluster steuert. Im Kontext von Kubernetes bezieht sich der Master auf eine Sammlung von Prozessen, die den Clusterzustand verwalten, auch bekannt als „control plane“. Diese Prozesse können auch in anderen Mustern eingesetzt werden, z.B. außerhalb des Clusters, innerhalb der worker nodes oder sogar in einem anderen separaten Cluster. Der Master kann auf Verfügbarkeit und Redundanz repliziert werden.

Minikube ist ein Tool, mit dem Kubernetes lokal einfach ausgeführt werden kann. Minikube führt einen Kubernetes-Cluster mit einem einzigen Node in einer Virtuellen Maschine auf dem Laptop aus, damit Benutzer Kubernetes ausprobieren oder täglich damit entwickeln können.

Microservices oder Micorservice-Architektur ist ein Designansatz, der eine Anwendung als eine Gruppe von kleinen, lose zusammengesetzten, zielorientierten Diensten strukturiert. Jeder einzelne Microservice erfüllt jeweils einen kleine Aufgabe. Die einzelnen Services / Prozesse lassen sich wie Module so miteinander verbinden, dass sich daraus eine beliebig komplexe Software ergibt.

Microservices erleichtern die DevOps-Kultur und CI/CD-Pipelines und vereinfachen die Bereitstellung großer, komplexer Anwendungen, bei denen jede Komponente unabhängig voneinander entwickelt, getestet, bereitgestellt und skaliert werden kann.

Namespace ist eine Kubenetes-Abstraktion, die es ermöglicht, mehrere logische work spaces innerhalb eines Clusters zu erstellen. Namenspaces können verwendet werden, um Objekte in einem Cluster zu organisieren und bieten eine Möglichkeit, Cluster-Ressourcen zwischen Teams und Benutzern aufzuteilen.

Jede Maschine im Cluster ist ein Node. Es gibt unterschiedliche Arten von Node. Eine worker machine im Kubernetes-Cluster, die je nach Bereitstellungssmuster des Clusters eine virtuelle oder physische Maschine sein kann. Eine Node führt Benutzeranwendungen und Cloud-Workflows aus und wird von den Master-Komponenten verwaltet. Zu den Diensten auf jedem Node gehören Docker oder eine andere Container runtime, kubelet und kube-Proxy.

Eine Kubernetes-Netzwerkfunktion zum Bereitstellen eines Dienstes auf der IP jedes Nodes an einem statischen Port, der als Node Port bekannt ist. Node Port ermöglicht die Kommunikation mit dem Kubernetes-Dienst von außerhalb des Clusters über NodeIP Node Port.

Im Container-Kontext ist eine Orchestration ein Prozess und eine Reihe von Tools zur Verwaltung der Lebenszyklen von Containern. Software-Teams verwenden die Container-Orchestration, um viele Tasks zu steuern und zu automatisieren, einschließlich der Provisionierung und Bereitstellung von Containern, Redundanz und Verfügbarkeit von Containern, Skalierung, Aktualisierung, Scheduling, um die wichtigsten zu nennen.

Ein Overlay-Netzwerk ist eine softwaredefinierte Netzwerkkomponente, die auf dem Underlay aufliegt und Netzwerkbestandteile wie IP-Adressen und Ports für den Lebenszyklus von Containern und Hosts bereitstellt. Das Overlay kann die Kommunikation zwischen Anwendungen, die das gleiche physikalische Netzwerk verwenden, isolieren.

Ein Pod ist eine Gruppe von einem oder mehreren Containern (wie z.B. Docker-Container), mit gemeinsamem Speicher und Netzwerk und einer Spezifikation für den Betrieb der Container. Die Inhalte eines Pods werden immer gemeinsam platziert und geplant und laufen in einem gemeinsamen Kontext. Ein Pod modelliert einen anwendungsspezifischen „logicsl host“ – er enthält einen oder mehrere Anwendungscontainer, die relativ eng gekoppelt sind.

Eine Pod Security Policy ist eine Ressource auf Cluster-Ebene, die eine Reihe von Sicherheitsbedingungen definiert, mit denen ein Pod ausgeführt werden kann, um vom System genehmigt zu werden. Pod Security Polices schränken den Sicherheitskontext eines Pod`s ein, wodurch kritische Lücken in der Clustersicherheit geschlossen werden können. Diese Ressourcen sind als optionaler-admission- controller implementiert.

Prometheus ist ein Open-Source-Monitoring- und Alarmierungs-Toolkit, das 2012 von SoundCloud entwickelt wurde. Prometheus ist eng in das Cloud Native/ Kubernetes Ökosystem integriert und hat native Unterstützung für Container und Kubernetes.

Eine Container-Registry ist ein gehostetes Repository von Container-Images. Es ist ein zentraler Ort, um Container-Images zu verwalten, Schwachstellenanalysen durchzuführen. In Kubernetes kann eine RBAC (Role Based Access Control) für das Registry konfiguriert werden. Es gibt private Registry, die von Unternehmen geführt werden, und öffentliche Containerregister wie Docker Hub, Quay oder GCR.

Die Resource Quotas sind Kubernetes Ressourcenbeschränkungen, die den aggregierten Ressourcenverbrauch pro Kubernetes Objekte wie Namespace begrenzen. Sie können verwendet werden, um die Anzahl der Objekte, die in einem Namespace angelegt werden können, nach Typ zu begrenzen, sowie die Gesamtmenge der Compute Resources, die von Ressourcen in diesem Namespace verbraucht werden können.

Im Allgemeinen bezeichnte die „Runtime“ entweder die Lebenszyklusphase während der Ausführung eines Programms oder das Framework, das seine Ausführung unterstützt. In Bezug auf Container ähnelt eine Runtime wie Docker dem Hypervisor der Virtuellen Maschine, aber anstatt zwischen einem Betriebssystem zu übersetzen, werden Containerprozesse direkt im Host-Kernel ausgeführt. Die Runtime ist für alle Teile des Betriebs eines Containers mit Ausnahme des enthaltenen Prozesses verantwortlich. Kubernetes kann bei Bedarf mehr als eine Container-Runtime auf einem Node verwenden.

Ein Selector ist eine Kubernetes-Funktion, die es Benutzern, wie Controllern, Schedulern us.w. ermöglicht, eine Liste von Ressourcen und K8s Objekten basierend auf Labels zu filtern.

Eine Kubernete API primitive, die beschreibt, wie man auf Anwendungen zugreift, wie z.B. eine Reihe von Pods. Die Services fungieren als Load-Balancer, die eine Anfrage mit einer Reihe von korrespondierenden Backend-Pods verbindet. Die neu erstellten Services informieren kube-proxy, um neue Netzwerkregeln zu erstellen, mit denen die Pods kommunizieren können.

Im Hinblick auf den RBAC (Role Based Access Control) sind Service Accounts wie die Benutzer gleichwertig mit den im Cluster ausgeführten Diensten. So wie menschliche Benutzer autorisiert werden müssen, so müssen auch Services autorisiert werden. Service Accounts stellen Services und Nutzern Identitäten zur Verfügung, die sie für die Autorisierung verwenden können.

Bei einem nicht statischen Backend mit wechselnden IP’s identifiziert die Service Discovery die dynamisch zugewiesenen Netzwerkinformationen der Service oder der Geräte, in denen sie ausgeführt werden.

Der Begriff Service Mesh wird verwendet, um das Netzwerk von Microservices zu beschreiben, aus denen sich solche Anwendungen zusammensetzen, und die Interaktionen zwischen ihnen. Da ein Service Mesh immer größer und komplexer wird, kann es schwieriger werden, es zu verstehen und zu verwalten. Zu den Anforderungen gehören Discovery, Load Balancing, Failure Recovery und Monitoring. Ein Service Mesh hat auch oft komplexere betriebliche Anforderungen, wie A/B-Tests, Canary Rollouts, Access Control und End-to-End-Authentification.

Ein Kubernetes Volume ist ein Verzeichnis mit Daten, auf das der Container in einer Pod zugreifen kann. Ein Volume lebt so lange wie der Pod, der es umschließt. Folglich ermöglicht ein Volume das Speichern von Daten über Container-Neustarts hinweg.

YAML (Ain`t Markup Language, früher bekannt als Yet Another Markup Language) ist eine vom Menschen lesbare Sprache zur Serialisierung von Daten, die häufig für Konfigurationsdateien verwendet wird. In Kubernetes können Manifeste ( Spezifikationsdateien) in YAML oder JSON geschrieben werden. Alle Anfragen, die direkt an die Kubernetes-API gesendet werden, müssen JSON verwenden, und kubectl wird YAML nach Übermittlung des Manifests in JSON konvertieren.