In diesem Artikel werden die wichtigsten Vorteile der Verwendung von Kubernetes im Vergleich zu VMs untersucht, einschließlich der besseren Skalierbarkeit, Flexibilität, Ressourcennutzung, Zuverlässigkeit und Sicherheit. Außerdem werden wir die Überlegungen erörtern, die mit der Einrichtung und Wartung einer 
Kubernetes Umgebung verbunden sind, einschließlich der Verwendung von GitOps für die Verwaltung und Bereitstellung von Anwendungen. Durch das Verständnis der Vorteile und Herausforderungen beim Einsatz von Kubernetes können Unternehmen fundierte Entscheidungen darüber treffen, ob es die richtige Plattform für ihre Bedürfnisse ist.
KURZFASSUNG
Kubernetes ist ein Tool zur Verwaltung und Bereitstellung von Anwendungen mit dem Ziel, deren Zuverlässigkeit, Sicherheit und Skalierbarkeit zu verbessern. Es umfasst Funktionen wie Selbstheilung, rollierende Updates und automatische Ausfallsicherung, um die Verfügbarkeit von Anwendungen zu gewährleisten. Kubernetes bietet außerdem Mechanismen wie Replikationscontroller sowie Liveness- und Readiness-Probes zur Verbesserung der Zuverlässigkeit von Pods. Diese Funktionen können zusammen mit Ressourcenbeschränkungen und -quoten dazu beitragen, dass Anwendungen immer verfügbar sind und mit optimaler Kapazität laufen.
Es ist üblich, Git und einen GitOps-Workflow als zentrale Quelle der Wahrhaftigkeit in einer Kubernetes-Umgebung zu verwenden, in der Anwendungskonfigurationen und Bereitstellungsmanifeste in einem Git-Repository gespeichert und Änderungen über Pull-Requests vorgenommen werden. Tools wie Argo CD und Flux können verwendet werden, um den Bereitstellungsprozess in einem GitOps-Workflow auf Kubernetes zu automatisieren.
Im Gegensatz dazu erfordern virtuelle Maschinen (VMs) manuelle Eingriffe zur Skalierung und bieten möglicherweise nicht dasselbe Maß an Flexibilität und Optimierungsoptionen. Kubernetes kann im Vergleich zu VMs auch eine bessere Ressourcennutzung bieten, da Container leichter sind und effizienter auf einen einzigen Host gepackt werden können. Darüber hinaus ermöglicht Kubernetes die Bereitstellung von Anwendungen in mehreren Umgebungen mit derselben Konfiguration und bietet eine rollenbasierte Zugriffskontrolle für eine feinkörnige Zugriffssteuerung.
Einrichtung und Provisionierung
Wir gehen bei beiden Varianten von einer strikt GitOps-basierten Einrichtung oder Bereitstellungskonfiguration aus.
GitOps ist ein Workflow für die Verwaltung und Bereitstellung von Anwendungen unter Verwendung von Git als zentrale Quelle der Wahrheit. In einem GitOps-Workflow werden Anwendungskonfigurationen und Bereitstellungsmanifeste in einem Git-Repository gespeichert, und Änderungen an diesen Konfigurationen werden über Pull Requests vorgenommen. Dies ermöglicht eine Versionskontrolle und die Nachverfolgung von Änderungen an der Anwendung im Laufe der Zeit. Die Bereitstellung, d. h. die anfängliche Einrichtung und Konfiguration von Infrastruktur und Anwendungen, ist ein wichtiger Aspekt im Lebenszyklus eines jeden Systems. Es ist jedoch auch wichtig, die kontinuierliche Wartung und die Upgrades zu berücksichtigen, um sicherzustellen, dass das System zuverlässig, sicher und aktuell bleibt. Dazu gehören Aufgaben wie das Patchen und Aktualisieren von Systemen, die Überwachung auf Probleme und deren Behebung sowie die Implementierung von Sicherheitskontrollen. Die ordnungsgemäße Verwaltung dieser laufenden Aufgaben kann dazu beitragen, die Gesamtleistung und Sicherheit des Systems zu verbessern.
Die GitOps-Toolchain für die Einrichtung virtueller Maschinen (VMs) mit Konfigurationsmanagement-Tools wie Ansible und Puppet oder mit Infrastructure-as-Code-Tools wie Terraform kann unterschiedlich sein. Der anfängliche Aufwand für die Einrichtung der erforderlichen Infrastruktur und Konfigurationen ist jedoch wahrscheinlich ähnlich. Ein Vorteil der Verwendung von Terraform besteht darin, dass wir die Infrastruktur als Code definieren können, was die Wiederholung oder Migration der Einrichtung auf ein anderes Projekt oder eine andere Instanz erleichtern kann. Andererseits sind Ansible und Puppet beliebte Optionen für die Automatisierung der Ersteinrichtung von VMs. Unabhängig von der verwendeten Toolchain ist es wichtig, nicht nur die anfängliche Bereitstellung zu berücksichtigen, sondern auch die laufende Wartung und die Upgrades, die erforderlich sind, um die Zuverlässigkeit, die Sicherheit und den aktuellen Status des Systems zu gewährleisten.
Kontinuierlicher Aktualisierungs- und Aufrüstungsprozess
Kubernetes wird alle drei Monate veröffentlicht und Upgrades werden in der Regel auf definierte Weise implementiert. Die Verwendung eines für Kubernetes optimierten Betriebssystems kann die Angriffsfläche und den Wartungsaufwand reduzieren, da diese Systeme für die spezifischen Anforderungen einer Kubernetes-Bereitstellung konzipiert sind. Viele Cloud-Anbieter bieten ihre eigenen, für Kubernetes optimierten Betriebssysteme an, die oft über integrierte Upgrade-Workflows verfügen, die automatisiert oder manuell durchgeführt werden können. Im Gegensatz dazu erfordern VMs, die ein dediziertes Linux-Betriebssystem verwenden, kontinuierliche Upgrades, um Sicherheit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Dieser Prozess erfordert in der Regel, dass ein Systemadministrator oder Operator die Sicherheitsberichte auf kritische Probleme hin überwacht und bei Bedarf Aktualisierungen vornimmt. Es gibt auch Tools wie Puppet und unbeaufsichtigte Upgrades, mit denen dieser Prozess automatisiert werden kann.
In Kubernetes werden Aktualisierungen der Systembibliothek in der Regel auf Containerebene durchgeführt. Durch die ordnungsgemäße Implementierung und Wartung eines Tools wie Renovate und die Verwendung von GitHub-Sicherheitsprüfungen können kritische Sicherheitsprobleme im Rahmen eines kontinuierlichen Schwachstellen-Scans behoben werden. Dies trägt dazu bei, dass das System sicher und aktuell bleibt.
Skalierbarkeit
Was die Skalierbarkeit angeht, besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen virtuellen Maschinen (VMs) und einem Kubernetes-Cluster. VMs erfordern manuelle Eingriffe zur Skalierung, da ein Betreiber neue VMs einrichten und konfigurieren, Netzwerkkonfigurationen anpassen und den Lastausgleich verwalten muss. Dieser Prozess kann zeitaufwändig sein und die Leistung des Systems beeinträchtigen. Im Gegensatz dazu ermöglicht Kubernetes eine feinkörnige Kontrolle über die Skalierung einzelner Komponenten innerhalb des Systems. Der Scheduler übernimmt automatisch die Skalierung von Anwendungen, und in Verbindung mit der Skalierung von Cloud-Knoten kann das System Ressourcen wie CPU-Kerne und Arbeitsspeicher im laufenden Betrieb hinzufügen oder entfernen, ohne die Leistung zu beeinträchtigen oder Ausfallzeiten zu verursachen. Dies bietet ein hohes Maß an Flexibilität und Optimierungsmöglichkeiten für die Anpassung an sich ändernde Ressourcenanforderungen.
Flexibilität
Neben der Flexibilität bei der Skalierung bietet die Containertechnologie den Entwicklern die Möglichkeit, eine Anwendung zusammen mit ihrer Umgebung, einschließlich aller Abhängigkeiten und Versionseinschränkungen, nach links zu verschieben und bereitzustellen, ohne die Betriebssystemebene zu beeinträchtigen. So können Entwicklungsteams alles in ein unveränderliches Container-Image packen, ohne sich um das zugrunde liegende System kümmern zu müssen. In einer dezentralisierten Softwareumgebung, in der jede Komponente unabhängig skaliert werden kann, ist dies ein erheblicher Vorteil gegenüber VMs, die globale Versionseinschränkungen erzwingen und von Aktualisierungen der Abhängigkeiten anderer laufender Anwendungen betroffen sein können. In Kubernetes können die Arbeitslasten zwischen den Knoten weiterlaufen und übertragen werden, sogar während eines Neustarts des Knotens. Dies steht im Gegensatz zu VMs, die während eines Neustarts nicht erreichbar sind und die Verfügbarkeit des Systems beeinträchtigen können. Die Möglichkeit, Arbeitslasten nahtlos zwischen Knoten zu verschieben, kann die Zuverlässigkeit und Betriebszeit des gesamten Systems verbessern.
Optimierung der Ressourcen
Einer der Hauptvorteile von Containern ist ihre effiziente Ressourcennutzung. Da Container das Host-Betriebssystem und dessen Ressourcen gemeinsam nutzen, sind sie leichter zu handhaben als virtuelle Maschinen, so dass wir mehr Container auf einem einzigen physischen oder virtuellen Host unterbringen können. Mit der richtigen Konfiguration kann Kubernetes die Ressourcennutzung innerhalb des Clusters weiter optimieren, indem es die Arbeitslasten intelligent auf die Knoten verteilt. Zusammen mit den Skalierbarkeitsfunktionen ermöglicht dies dem System, schnell auf Änderungen der Nachfrage zu reagieren, und stellt sicher, dass die Anwendungen immer mit optimaler Kapazität laufen.
Bei STRG gehen wir noch einen Schritt weiter, indem wir mehrere Phasen (z. B. Integration, Staging und Produktion) in einem einzigen Cluster zusammenfassen. Auf diese Weise können wir die Ressourcenverschwendung reduzieren und gleichzeitig die erforderlichen Leistungsbeschränkungen für jede Phase einhalten. Mit der richtigen Konfiguration sind wir in der Lage, Nebeneffekte von Integrations- oder Staging-Workloads auf die Produktion oder andere kritische Komponenten zu verhindern.
Erhöhte Zuverlässigkeit
Kubernetes umfasst Funktionen wie Selbstheilung, rollierende Updates und automatisches Failover, die dazu beitragen, die Verfügbarkeit von Anwendungen zu gewährleisten. Darüber hinaus bietet Kubernetes Mechanismen wie Replikationscontroller sowie Liveness- und Readiness-Probes zur Verbesserung der Zuverlässigkeit von Pods. Diese Funktionen können zusammen mit Ressourcenbeschränkungen und -quoten dazu beitragen, dass Anwendungen immer verfügbar sind und mit optimaler Kapazität laufen. In einer Unternehmensumgebung ist die Aufrechterhaltung einer hohen Betriebszeit von entscheidender Bedeutung. Durch den Einsatz von Kubernetes und die Nutzung seiner Zuverlässigkeitsfunktionen kann die Verfügbarkeit von Anwendungen erhöht und die Gesamtleistung des Systems verbessert werden.
Sicherheit
Es gibt mehrere Situationen, in denen Kubernetes die bessere Wahl für die Sicherheit im Vergleich zu virtuellen Maschinen ist. Eine solche Situation ist, wenn wir eine große Anzahl von Anwendungen oder Diensten ausführen, die voneinander isoliert werden müssen. In diesem Fall ermöglicht Kubernetes die Ausführung jeder Anwendung in einer eigenen isolierten Umgebung, einem sogenannten “Pod”, der eine zusätzliche Sicherheitsebene bieten kann. Eine andere Situation, in der Kubernetes die bessere Wahl sein kann, ist die, wenn wir schnell skalieren müssen, um wechselnde Anforderungen zu erfüllen. Kubernetes bietet die Möglichkeit, die Anzahl der Replikate einer Anwendung einfach zu erhöhen oder zu verringern, was in Situationen nützlich sein kann, in denen wir auf Änderungen der Nachfrage reagieren müssen. Dies kann besonders in Umgebungen nützlich sein, in denen die Sicherheit oberste Priorität hat, da es uns ermöglicht, Ressourcen effektiv zuzuweisen, um den Anforderungen der Anwendungen gerecht zu werden. Darüber hinaus kann Kubernetes die bessere Wahl sein, wenn Anwendungen in mehreren Umgebungen bereitgestellt werden müssen. Kubernetes bietet die Möglichkeit, Anwendungen in mehreren Umgebungen (z. B. Entwicklung, Staging und Produktion) mit derselben Konfiguration bereitzustellen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Anwendungen in allen Umgebungen einheitlich bereitgestellt werden, was für die Sicherheit der Anwendungen von Nutzen sein kann.
Schließlich kann Kubernetes die bessere Wahl sein, wenn wir feinkörnige Zugriffskontrollen implementieren müssen. Kubernetes bietet eine rollenbasierte Zugriffskontrolle (RBAC), mit der wir granulare Zugriffskontrollen für verschiedene Benutzer und Gruppen innerhalb des Systems definieren können. Dies kann in Umgebungen nützlich sein, in denen strenge Sicherheitskontrollen implementiert werden müssen, um sicherzustellen, dass nur autorisierte Benutzer Zugriff auf bestimmte Ressourcen haben.
by Nils Müller
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