Kubernetes: Ein umfassender Leitfaden für Entwicklungs-Teams

Die Optimierung von Arbeitsprozessen und die Sicherstellung einer robusten, skalierbaren Ausführung von Anwendungen und Workloads spielt für cloud-native Teams eine entscheidende Rolle, um wettbewerbsfähig zu bleiben.

Kubernetes as a Service (KaaS), wie es von vielen Cloud-Anbietern angeboten wird, hat sich als ein unverzichtbares Tool in der Container-Orchestrierung etabliert.

Dieser Artikel richtet sich an alle, die daran interessiert sind, ihre Teams und Prozesse durch den Einsatz moderner Technologien zu professionalisieren.  

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Was ist Kubernetes (K8s)?

Kubernetes ist ein Open-Source-System zur Automatisierung der Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von containerisierten Anwendungen.  

Ursprünglich wurde es von Google entwickelt und später der Cloud Native Computing Foundation übergeben. Es ermöglicht Entwicklern, Anwendungscluster über verschiedene Hosting-Plattformen hinweg effizient zu verwalten.

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Für wen eignet sich das Modell?

K8s ist besonders relevant für Entwicklungsteams in Unternehmen jeder Größe, die die Vorteile der Containerisierung nutzen. Diese Teams suchen oft gleichzeitig eine Lösung für die damit verbundenen Herausforderungen in der Verwaltung und Skalierung.  

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Was sind die Vorteile?

Kubernetes bietet verschiedene Vorteile: 

• Skalierbarkeit: Automatische Skalierung von Anwendungen basierend auf der Nutzung.
• Flexibilität: Unterstützung einer Vielzahl von Container-Technologien, einschließlich Docker.
• Fehlerbehebung: Automatische Neustarts, Ersetzen und Replizieren von Containern bei Ausfällen.
• Lastverteilung: Optimale Nutzung der Infrastruktur durch effiziente Lastverteilung.
• Automatisierung: Vereinfachung komplexer administrativer Aufgaben wie Rollouts und Rollbacks.

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Warum ist Kubernetes für Microsoft Azure relevant?

Kubernetes ist für Microsoft Azure essenziell, da es Arbeitsabläufe optimiert und ein robustes, skalierbares Anwendungsmanagement ermöglicht. Weitere Anbieter ist beispielsweise die Google Kubernetes Engine.

Der Azure Kubernetes Service (AKS) erleichtert die Nutzung von Kubernetes durch automatisierte Updates und integrierte Sicherheitsfunktionen. Diese Features reduzieren den Wartungsaufwand und ermöglichen es Unternehmen, sich auf Innovationen zu konzentrieren.

AKS unterstützt dynamische Skalierung, wodurch Anwendungen effizient an veränderte Marktbedingungen angepasst werden können.  

Zudem bietet Azure umfassende Sicherheitsmaßnahmen.  

Dazu gehören:

• Microsoft Entra ID für Identitätsmanagement  
• Azure Network Security Groups für Netzwerksicherheit, die den Schutz von Anwendungen und Daten gewährleisten

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Azure Kubernetes Service (AKS) in der Praxis

Die Praxis zeigt, dass der Einsatz von Azure Kubernetes Service (AKS) nicht nur theoretische Vorteile mit sich bringt, sondern auch in realen Anwendungsfällen entscheidende Verbesserungen ermöglicht.

Ein Beispiel ist die Verwaltung von Multi-Tier-Anwendungen, bei denen verschiedene Anwendungsdienste, wie Webserver, Datenbanken und API-Schichten, innerhalb eines Kubernetes-Clusters orchestriert werden.

AKS erleichtert die Verwaltung dieser komplexen Architekturen durch Features wie automatische Lastverteilung, Skalierung und Wiederherstellung von Pods.

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Ein weiteres Praxisbeispiel ist die Integration von AKS in bestehende DevOps-Pipelines. Hierdurch können kontinuierliche Integrations- und Bereitstellungsprozesse (CI/CD) automatisiert und beschleunigt werden.

Unternehmen profitieren von einer schnelleren Markteinführung und einer höheren Zuverlässigkeit ihrer Software.

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Zudem ermöglicht AKS die einfache Implementierung von Disaster-Recovery-Szenarien, indem Anwendungen und Daten reibungslos in verschiedene Azure-Regionen repliziert werden.

Dies gewährleistet eine hohe Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit, die für geschäftskritische Anwendungen unerlässlich ist.

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Schließlich bietet AKS eine nahtlose Integration mit anderen Azure-Diensten wie Azure Monitor und Azure Security Center, was die Überwachung und Sicherheit des gesamten Kubernetes-Ökosystems vereinfacht und optimiert.

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Kubernetes vs. Docker

Kubernetes und Docker arbeiten mit Conteinern. Während Docker eine Plattform zum Erstellen und Verwalten von Containern ist, dient Kubernetes der Orchestrierung dieser Container. Docker kann als Teil der Lösung betrachtet werden, die durch Kubernetes orchestriert wird.  

Kubernetes nutzt container images, die typischerweise in Registries wie Docker Hub gespeichert werden. Diese Images werden durch einen Build-Prozess erstellt, bei dem der Anwendungscode und seine Abhängigkeiten in ein kompaktes Format verpackt werden.Es bietet außerdem zusätzliche Funktionen, die über das reine Container-Management hinausgehen.

Kubernetes ermöglicht das Management von Docker-Containern in einem größeren Maßstab.

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Wie funktioniert Kubernetes und was sind Kubernetes Cluster?

Kubernetes organisiert die Container, die zusammen eine Anwendung ausmachen, in sogenannten Pods. Ein Pod ist die kleinste Einheit, die von Kubernetes verwaltet wird und kann einen oder mehrere Container enthalten. Diese Pods können auf einem einzelnen Node oder über mehrere Nodes hinweg verteilt sein.  

Ein Single-Node-Setup wird oft für Entwicklungszwecke oder kleinere Workloads genutzt. Es beinhaltet alle Komponenten auf einem einzigen physischen oder virtuellen Maschinen oder Servern.

Diese Pods werden über Cluster von Maschinen (Nodes) verteilt, die von einem Master-Node verwaltet werden. Dieser ist für die Koordination des gesamten Clusters verantwortlich.  

In größeren Umgebungen umfasst ein Cluster typischerweise mehrere Nodes, die gemeinsam die erforderliche Skalierbarkeit und Redundanz bieten.  

Ein Kubernetes Cluster besteht aus einer control plane und mehreren Worker Nodes. Die control plane übernimmt die zentrale Steuerung und Orchestrierung des Clusters, während die Worker Nodes die eigentlichen Workloads ausführen. Der Master Note übernimmt die Verwaltung und Orchestrierung des Clusters.  

Dieser Aufbau ermöglicht es, Ressourcen effizient zu nutzen und Anwendungen hochverfügbar zu halten. Das ist besonders wichtig für die Erreichung einer optimalen Performance und Zuverlässigkeit in der Bereitstellung von Anwendungen.

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Was hat Kubernetes mit Orchestrierung zu tun?

Kubernetes spielt eine zentrale Rolle in der Orchestrierung von Containern, indem es automatische Platzierung, Skalierung und Verwaltung von Containeranwendungen über verschiedene Computing-Umgebungen hinweg bietet.  

Container bieten durch ihre Leichtgewichtigkeit und Portabilität erhebliche Vorteile. Dazu gehören schnellere Bereitstellungen und Konsistenz über Entwicklungs-, Test- und Produktionsumgebungen hinweg.

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Welche Risiken gibt es?

Obwohl Kubernetes zahlreiche Vorteile bietet, gibt es auch spezifische Risiken, die berücksichtigt werden müssen.  

Ein wesentliches Risiko besteht in der Komplexität des Systems. Diese kann zu Sicherheitslücken führen kann, wenn es nicht ordnungsgemäß konfiguriert und gewartet wird.  

Eine Studie von Veritas zeigt, dass Kubernetes oft als Achillesferse der IT-Sicherheit in Unternehmen betrachtet wird. Administratoren müssen sicherstellen, dass sie über das notwendige Know-how verfügen, um die Plattform sicher zu betreiben.  

Zudem ist es wichtig, stets auf dem neuesten Stand der Sicherheitsupdates und -praktiken zu bleiben, um potenzielle Bedrohungen abzuwehren.  

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Konkrete Beispiele:

Kubernetes eignet sich hervorragend für eine Vielzahl von Anwendungsfällen, insbesondere in der cloud-nativen Entwicklung. Hier sind einige konkrete Beispiele, wie Unternehmen Kubernetes einsetzen können, um ihre Entwicklungsprozesse und Betriebsmodelle zu verbessern:

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1. Microservices-Architekturen

Viele Unternehmen migrieren von monolithischen Architekturen zu Microservices, um bessere Skalierbarkeit und Unabhängigkeit der Dienste zu erreichen.  

Kubernetes unterstützt diese Transformation, indem es die Bereitstellung, Skalierung und das Management von Hunderten von Microservices vereinfacht. Diese können unabhängig voneinander in Containern ausgeführt werden.  

Ein Beispiel hierfür ist ein E-Commerce-Unternehmen, das seine Web-, Bestands- und Zahlungsdienste in separate Microservices aufteilt. Dadurch kann die Entwicklung und Skalierung beschleunigt werden.

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2. Continuous Integration und Continuous Deployment (CI/CD)

Kubernetes kann in CI/CD-Pipelines integriert werden, um automatische Builds, Tests und Deployments von Anwendungen zu ermöglichen.  

Dies reduziert menschliche Fehler und verbessert die Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit der Auslieferung der Software.  

Zum Beispiel könnte ein Software-Unternehmen seine Anwendungs-Updates automatisch in einem Staging-Cluster testen. Bei Erfolg würden diese in den Produktionscluster überführt werden.

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3. DevOps und Agile Entwicklung

Kubernetes fördert die DevOps-Prinzipien durch die Unterstützung von Automatisierung und Monitoring. Das ermöglicht schnelle Iterationen und eine enge Zusammenarbeit zwischen Entwicklungs- und Betriebsteams.  

Dies ist besonders vorteilhaft für agile Teams, die regelmäßige Updates ihrer Anwendungen in einer konsistenten und kontrollierten Umgebung bereitstellen möchten.

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4. Skalierung von KI und maschinellem Lernen

Plattformen für KI und maschinelles Lernen erfordern oft erhebliche Rechenleistung und die Fähigkeit, schnell zu skalieren. Kubernetes kann diese Workloads effektiv verwalten, indem es automatisch Ressourcen zuweist und optimiert.  

Ein Technologieunternehmen könnte beispielsweise ein Kubernetes-Cluster verwenden, um Tausende von Experimenten parallel zu trainieren und zu evaluieren.

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5. Cloud-natives Disaster Recovery

Durch die Nutzung der K8s-Fähigkeiten zur Multi-Cloud-Orchestrierung können Unternehmen robuste Disaster-Recovery-Strategien entwickeln. Dies ermöglicht es, Anwendungen schnell zwischen verschiedenen (public) Cloud-Umgebungen zu verschieben, um Ausfallzeiten und Datenverluste zu minimieren.  

Ein Finanzdienstleister könnte beispielsweise Kube verwenden, um kritische Anwendungen nahtlos in eine sekundäre Cloud zu verlagern, sollte die primäre ausfallen.

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Was versteht man unter Helm Kubernetes?

Helm ist als Paketmanager für Kubernetes bekannt. Es vereinfacht das Konfigurieren, Verwalten und Deployen von Anwendungen durch die Nutzung von "Charts".  

Diese Charts sind Sammlungen von Dateien, die eine Gruppe von Kubernetes Resources beschreiben und damit den Deployment-Prozess standardisieren und automatisieren.

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Funktionsweise von Helm

Helm verwendet vorgefertigte Templates in Form von Charts, die alle notwendigen Informationen für die Installation einer Anwendung in einem Cluster enthalten.  

Dies umfasst Konfigurationsdateien, Versionsinformationen, Abhängigkeiten und Ressourcendefinitionen.

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Vorteile von Helm

Vereinfachte Anwendungsverwaltung:  

Helm reduziert die Komplexität und Fehleranfälligkeit der Anwendungskonfiguration.  

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Wiederverwendbarkeit von Code:  

Charts fördern die Wiederverwendung von Code und erhöhen die Konsistenz über verschiedene Projekte hinweg.  

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Gemeinschaft und Zusammenarbeit:  

Eine aktive Gemeinschaft unterstützt den Austausch und die Entwicklung von Helm Charts.  

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Versionskontrolle und Rollbacks:  

Helm ermöglicht einfaches Verwalten von Chart-Versionen und schnelle Rollbacks, was die Stabilität in Produktionsumgebungen verbessert.

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Anwendungs-Szenarien

Helm ist ideal für dynamische, update-intensive Umgebungen, Multi-Tenant-Systeme, Microservice-Architekturen und agile Entwicklungs-Umgebungen.  

Es unterstützt effiziente Management-Prozesse und fördert schnelle Iterationen innerhalb der Entwicklungs- und Betriebsteams.

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Helm ist ein unverzichtbares Werkzeug für DevOps-Teams, die in einer Kubernetes-Umgebung arbeiten. Es steigert sowohl Entwicklungsgeschwindigkeit als auch operationale Zuverlässigkeit.

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Kubernetes und die CNCF

Kubernetes, das von Google entwickelte Open-Source-System zur Orchestrierung von Containern, ist eines der bekanntesten und erfolgreichsten Projekte, das von der CNCF gehostet wird. Die CNCF hat Kubernetes im Jahr 2015 unter ihre Fittiche genommen und seitdem maßgeblich zu seiner Weiterentwicklung beigetragen.

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Warum ist Kubernetes so wichtig für die CNCF?

• Führende Technologie: Kubernetes hat sich als de-facto-Standard für die Orchestrierung von Containern etabliert und ist eine zentrale Technologie für die meisten cloud-nativen Anwendungen.
• Community-Treiber: Kubernetes hat eine große und aktive Community, die kontinuierlich neue Features und Verbesserungen entwickelt.
• Innovation: Kubernetes ist ein Innovationsmotor für die Cloud-Native-Welt und treibt die Entwicklung neuer Technologien und Use Cases voran.

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Die Rolle der CNCF für Kubernetes:

• Governance: Die CNCF sorgt für eine neutrale Governance von Kubernetes und stellt sicher, dass die Interessen der gesamten Community berücksichtigt werden.
• Förderung: Die CNCF unterstützt die Entwicklung von Kubernetes durch Ressourcen, Marketing und Veranstaltungen.
• Integration: Die CNCF fördert die Integration von Kubernetes mit anderen cloud-nativen Technologien und Projekten.

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Fazit

Für Entwicklungsführer, die ihre Teams auf den neuesten Stand der Technik bringen wollen, bietet Kubernetes eine robuste Lösung zur Verbesserung der Softwareentwicklungsprozesse und zur Maximierung der operativen Effizienz.  

Durch die Implementierung von Kubernetes können Sie sicherstellen, dass Ihr Team in der Lage ist, schnell auf Marktveränderungen zu reagieren und Ihre Anwendungen effizient und zuverlässig zu betreiben. Das gilt insbesondere in einer cloud-nativen Umgebung.

Für das IT Outsourcing von Kubernetes stehen Ihnen Experten für Cloud Consulting zur Verfügung.

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