前回は、Kubernetesの概要と、minikubeのインストール方法について説明しました。今回は、Kubernetesのアーキテクチャと、基本的な用語について説明していきます。

Kubernetesの基本用語

Kubernetesを学んでいくと、様々なKubernetes用語が出てくるので、基本的なものをここに整理しておきたいと思います。それぞれの詳細については、次回以降の記事にて説明したいと思いますので、ざっくりとどんなものかだけ見ていただければと思います。

用語	概要	特徴・機能
クラスター（Cluster）	Kubernetesの基本単位で、複数のノードから構成される	ノード間でコンテナ化されたアプリケーションが協調して動作
ノード（Node）	クラスター内の単一のマシン（物理または仮想）	マスターノードとワーカーノードがある
ポッド（Pod）	Kubernetesでデプロイされる最小のコンピューティングユニット	一つまたは複数のコンテナを含み、同じネットワーク名前空間とストレージを共有
レプリカセット（ReplicaSet）	特定の数のポッドを常に実行することを保証	高可用性と負荷分散を実現
デプロイメント（Deployment）	アプリケーションのデプロイと更新を管理するための宣言的なオブジェクト	レプリカセットを管理し、ロールアウトやロールバックを制御
サービス（Service）	ポッドの集合に対する永続的なIPアドレスとDNS名を提供し、ロードバランシングを行う	ClusterIP、NodePort、LoadBalancerなどの種類がある
ネームスペース（Namespace）	クラスター内のリソースを論理的に分離する	大規模なクラスター管理やマルチテナント環境で有用
コンフィグマップ（ConfigMap）	環境設定データをキー-バリュー形式で保存し、ポッド内のコンテナに設定情報を提供	設定ファイルやコマンドライン引数の外部化に使用
シークレット（Secret）	パスワードやAPIキーなどの機密情報を安全に保存し、ポッド内のコンテナに提供	ベース64エンコードで保存され、適切な権限設定が必要
イングレス（Ingress）	クラスター外部からクラスター内のサービスへのHTTPおよびHTTPSルートを管理	ロードバランシング、SSL/TLS終了、名前ベースのバーチャルホスティングを提供
ボリューム（Volume）	ポッド内のコンテナがデータを共有および永続化するためのストレージを提供	emptyDir、hostPath、persistentVolumeClaimなどの種類がある
クーバレット（Kubelet）	各ノード上で動作するエージェントで、ポッドのライフサイクルを管理	クラスターの状態をマスターノードに報告
マスターノード（Master Node）	クラスター全体を管理するコンポーネントが動作するノード	APIサーバー、コントローラーマネージャー、スケジューラーなどが含まれる
ワーカーノード（Worker Node）	実際にコンテナを実行するノード	クーバレットやコンテナランタイムが動作
kube-proxy	各ノード上で動作するネットワークプロキシで、サービス間の通信を管理	iptablesやipvsを使用してトラフィックをルーティング

Kubernetesのアーキテクチャ

Kubernetesのアーキテクチャは、公式ページには以下のように書かれています。

Kubernetesクラスターは、まずコントロールプレーンとワーカーノードの二つの役割のノードから構成されます。コントロールプレーン、ワーカーノードともに複数台のマシンから構成することができます。この絵では、コントロールプレーンが一台、ワーカーノードが２台の構成になっています。

コントロールプレーン

コントロールプレーンは、クラスターの管理に必要な以下のコンポーネントが配置されています。

kube-api-server
etcd
scheduler
Controller Manager
cloud-control-manager

kube-api-server

Kubernetesクラスターのフロントエンドになるコンポーネントです。全ての操作がこのAPIサーバーを通じて行われます。例えば、Kubernetesリソースの作成、更新、削除などのリクエストを受け取り、処理を行います。

etcd

Kubernetesの主要なデータストアで、クラスタのすべてのデータを永続化します。クラスタの設定情報、状態、メタデータなどを保存するために使われます。

scheduler

Kubernetesのスケジューリングコンポーネントで、新しいPodがどのノードで実行されるかを決定します。

controller manager

Kubernetesのコントローラを管理するコンポーネントで、クラスタの状態を所望の状態に保ちます。レプリカセット、デプロイメントなどのリソースを監視して、必要に応じてPodを作成、更新、削除します。

cloud-control-manager

クラウドプロバイダ固有のコントローラを実行するコンポーネントで、クラウドリソースの管理を行います。例えば、ノードの管理であったり、ロードバランサの作成などを行います。

ワーカーノード

ワーカーノードは、実際のワークロードを実行するために必要な以下のコンポーネントが配置されています。

kubelet
kube-proxy

kubelet

各ノード上で、Podとコンテナのライフサイクルを管理します。Podの健康状態を監視して、APIサーバーにノードの状態を報告します。ユーザーは、このkubeletの報告をコマンドラインから確認することができます。

kube-proxy

各ノード上でサービス間のネットワーク通信を管理し、適切なPodにトラフィックをルーティングします。

まとめ

今回は簡単にKubernetesの各コンポーネントの役割と、アーキテクチャを説明しました。次回は、実際にKubernetesクラスタ上にPodをデプロイしてみたいと思います。