Kubernetes入門：コンテナオーケストレーションプラットフォーム

Shunku
#Kubernetes#Containers#DevOps#Cloud Native

Kubernetes（K8s）はコンテナオーケストレーションのデファクトスタンダードとなりました。この記事では、Kubernetesの基礎、アーキテクチャ、コアコンセプトを紹介します。

Kubernetesとは？

Kubernetesは、Googleが社内システム「Borg」をベースに開発したオープンソースのコンテナオーケストレーションプラットフォームです。名前はギリシャ語で「操舵手」を意味します。

flowchart TB
    subgraph Before["Kubernetes以前"]
        Manual["手動デプロイ"]
        Scripts["カスタムスクリプト"]
        Downtime["サービス停止"]
    end

    subgraph After["Kubernetes導入後"]
        Auto["自動デプロイ"]
        Self["自己修復"]
        Scale["オートスケーリング"]
    end

    Before --> After

    style Before fill:#ef4444,color:#fff
    style After fill:#22c55e,color:#fff

なぜKubernetesが必要か？

課題 従来のアプローチ Kubernetesのソリューション
デプロイ 手動、エラーが発生しやすい 宣言的、自動化
スケーリング より大きなサーバーを購入 水平Podスケーリング
障害対応 手動介入が必要 自己修復
アップデート ダウンタイムが必要 ローリングアップデート
リソース使用 低効率になりがち ビンパッキング最適化

Kubernetesアーキテクチャ

全体像

flowchart TB
    subgraph CP["コントロールプレーン"]
        API["API Server"]
        ETCD["etcd"]
        SCHED["Scheduler"]
        CM["Controller Manager"]
    end

    subgraph Workers["ワーカーノード"]
        subgraph Node1["ノード 1"]
            K1["Kubelet"]
            P1["Pods"]
        end
        subgraph Node2["ノード 2"]
            K2["Kubelet"]
            P2["Pods"]
        end
    end

    API --> ETCD
    API --> SCHED
    API --> CM
    API --> K1
    API --> K2

    style CP fill:#3b82f6,color:#fff
    style Node1 fill:#22c55e,color:#fff
    style Node2 fill:#22c55e,color:#fff

コントロールプレーンコンポーネント

コンポーネント 役割
API Server Kubernetesのフロントエンド、すべてのAPIリクエストを処理
etcd クラスタ状態を保存する分散キーバリューストア
Scheduler リソース要件に基づいてPodをノードに割り当て
Controller Manager コントローラーループを実行（Deployment、ReplicaSetなど）

ワーカーノードコンポーネント

コンポーネント 役割
Kubelet Pod内でコンテナが実行されていることを保証するエージェント
kube-proxy Pod通信のためのネットワークルールを維持
Container Runtime コンテナを実行（containerd、CRI-O）

コアKubernetesオブジェクト

Pod

Kubernetesで最小のデプロイ単位。Podは以下を共有する1つ以上のコンテナを含みます：

  • ネットワーク名前空間（同じIPアドレス）
  • ストレージボリューム
  • ライフサイクル
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx:1.25
      ports:
        - containerPort: 80

Deployment

ローリングアップデートとロールバックを備えたPodレプリカの望ましい状態を管理します。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
        - name: nginx
          image: nginx:1.25
          ports:
            - containerPort: 80

Service

Podにアクセスするための安定したネットワーキングを提供します。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  selector:
    app: nginx
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
  type: ClusterIP

宣言的モデル

Kubernetesは宣言的アプローチを採用：望ましい状態を定義し、Kubernetesがその状態を達成・維持します。

flowchart LR
    User["ユーザー"] -->|"望ましい状態"| API["API Server"]
    API -->|"保存"| ETCD["etcd"]
    Controllers["コントローラー"] -->|"監視"| API
    Controllers -->|"調整"| Current["現在の状態"]
    Current -->|"一致"| Desired["望ましい状態"]

    style User fill:#3b82f6,color:#fff
    style ETCD fill:#8b5cf6,color:#fff
    style Controllers fill:#22c55e,color:#fff

宣言的 vs 命令的

アプローチ 例 使用場面
宣言的 kubectl apply -f deployment.yaml 本番環境、GitOps
命令的 kubectl create deployment nginx --image=nginx クイックテスト

Kubernetesディストリビューション

ディストリビューション 説明 最適な用途
マネージド（クラウド）
EKS (AWS) AmazonのマネージドK8s AWSユーザー
GKE (Google) GoogleのマネージドK8s GCPユーザー
AKS (Azure) AzureのマネージドK8s Azureユーザー
セルフマネージド
kubeadm 公式ブートストラップツール オンプレミス
k3s 軽量K8s エッジ、IoT、開発
ローカル開発
minikube シングルノードクラスタ 学習、開発
kind Docker内K8s CI/CD、テスト
Docker Desktop 組み込みK8s デスクトップ開発

はじめに

kubectlのインストール

# macOS
brew install kubectl

# Linux
curl -LO "https://dl.k8s.io/release/$(curl -L -s https://dl.k8s.io/release/stable.txt)/bin/linux/amd64/kubectl"
chmod +x kubectl
sudo mv kubectl /usr/local/bin/

# Windows (chocolatey使用)
choco install kubernetes-cli

インストール確認

# kubectlバージョン確認
kubectl version --client

# クラスタ接続確認
kubectl cluster-info

# ノード一覧
kubectl get nodes

最初のデプロイ

# Deploymentを作成
kubectl create deployment hello-world --image=nginx

# Serviceとして公開
kubectl expose deployment hello-world --port=80 --type=NodePort

# リソースを確認
kubectl get pods
kubectl get services

# クリーンアップ
kubectl delete deployment hello-world
kubectl delete service hello-world

Kubernetes vs Docker Swarm

機能 Kubernetes Docker Swarm
複雑さ 学習曲線が高い シンプル
スケーリング オートスケーリング組み込み 手動または外部
ネットワーキング 高度（CNIプラグイン） 基本的なオーバーレイ
ロードバランシング 複数オプション 組み込み
エコシステム 非常に大きい 小さい
本番使用 業界標準 あまり一般的でない

主要コンセプトまとめ

コンセプト 説明
クラスタ コンテナ化アプリケーションを実行するノードのセット
ノード ワーカーマシン（VMまたは物理）
Pod 最小のデプロイ単位、コンテナを含む
Deployment Podレプリカとアップデートを管理
Service Podへの安定したネットワークエンドポイント
Namespace リソース分離のための仮想クラスタ
Label オブジェクトを整理するためのキーバリューペア

重要なポイント

  1. Kubernetesはコンテナをオーケストレート - デプロイ、スケーリング、管理を自動化
  2. 宣言的設定 - 望ましい状態を定義、K8sが実現
  3. 自己修復 - 失敗したコンテナを自動的に置き換え
  4. ポータブル - あらゆるクラウドやオンプレミスで実行
  5. 拡張可能 - ツールと統合の豊富なエコシステム

次のステップ

次の記事では、Kubernetesクラスタとやり取りするためのkubectlコマンドを詳しく解説します。

参考文献

ブログに戻る