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Kubernetesの名前空間とは何ですか？

Kubernetesの名前空間とは何ですか？

Kubernetes名前空間は、複数のユーザーまたはプロジェクト間でクラスターリソースを分割して管理する方法です。クラスタ内に分離された環境を作成することで、リソースの重複を防ぎ、管理者が特定のリソースへのアクセスを制御できるようにします。名前空間を使用すると、Kubernetesクラスターの組織を改善し、システム構成を簡素化し、セキュリティを強化できます。

Kubernetesの名前空間は、クラスターの仮想的な下位区分を提供することで分離された環境を作成し、リソースを個別にグループ化して管理できるようにします。名前空間を作成すると、その傘下のリソース名の一意のスコープが生成されます。これにより、明示的に許可されていない限り、異なる名前空間に属するリソースが互いに直接対話できなくなり、意図しない名前の衝突が防止され、分離が維持されます。

クラスター内のリソースを効率的に管理するために、KubernetesはPod、Service、Deployment、ReplicaSet、StatefulSets、DaemonSet、ConfigMapなどの組織単位を使用します。ポッドがこの組織階層の基盤を形成し、ノードが複数のポッドを収容するワーカーマシンとして機能する一方で、名前空間はより高い抽象化レベルで動作します。オブジェクトのセットを個別に分割し、Kubernetesクラスター内で論理的な分離を提供します。

Kubernetesでの名前空間のしくみ

各名前空間には、独自のリソースセットが格納され、ポリシーとロールベースのアクセス制御を定義するメカニズムが提供されます。その結果として、他の名前空間内のリソースに影響することなく、名前空間に固有のユーザー権限とクォータを割り当てることができます。

この分離は、個別のワークスペースを維持する必要性が高いマルチチームまたはマルチプロジェクトの環境で特にその力を発揮します。これにより、異なる名前空間で機能するアプリケーションとユーザー間の干渉を回避しつつ、論理的に構成された安全なKubernetesクラスターを維持できます。

Kubernetesには、主に「事前に定義されたシステム名前空間」と「ユーザー作成の名前空間」の2つのタイプの名前空間があります。事前定義されたシステム名前空間はKubernetesにバンドルされており、クラスター内で特定の目的を果たします。最も一般的なシステム名前空間には、次のものがあります。

Kube-system：この名前空間には、コントロールプレーンコンポーネント（APIサーバー、etcd、Controller Manager）や、DNSやUIダッシュボードなどの重要なアドオンなど、Kubernetesが正しく機能するために必要なリソースとコンポーネントが含まれています。これはクラスターの運用に不可欠であるため、ユーザーはこの名前空間を変更するときに注意を払う必要があります。
Kube-public：認証されていないユーザーを含む、すべてのユーザーがアクセスできる読み取り可能な名前空間です。これは主に、クラスター内のすべてのノードで広く検出可能または使用できる必要があるリソースを保持します。たとえば、クラスタに関する一般的な情報を提供するcluster-info ConfigMapが含まれています。
Kube-node-lease：この名前空間は、各ノードによって作成されたLeaseオブジェクトを正常性インジケーターの形式として保持することに専念しており、より効率的なノード監視を可能にし、コントロールプレーンの負荷を軽減します。

一方、ユーザーが作成した名前空間は、その名前が示すように、ユーザーまたは管理者によって作成されたカスタム名前空間です。これらは、クラスタ内の特定のアプリケーションまたはプロジェクトに関連するリソースの分離と編成を提供します。ユーザーは、必要な数のカスタム名前空間を定義して、アクセス権限とリソースクォータのきめ細かな制御を維持しながら、ワークロードを効果的に分離および管理できます。

システム名前空間はクラスターを運用するうえで極めて重要であり、ユーザー作成名前空間では、単一のKubernetes環境内で複数のチームまたはプロジェクトにまたがるアプリケーションとリソースを柔軟に管理することができます。

Kubernetesにおける名前空間の主な機能

Kubernetesの名前空間は、クラスターリソースの構成、管理、セキュリティに対応するさまざまな主要機能を提供します。前述のように、名前空間では、空間内で作成されたそれぞれのリソースに一意のスコープが提供されます。この分離によって、異なる名前空間にある同じ名前のリソースの競合がなくなり、同じクラスター内の複数のアプリケーションまたはプロジェクトがスムーズに機能するようになります。

名前空間は、次の機能も提供します。

アクセス制御：管理者は、RBACルールを導入することで、特定の名前空間またはそれらに含まれるリソースへのユーザーアクセスを許可/制限できます。このきめ細かい設定によってデータセキュリティが強化され、異なるプロジェクトに取り組むチーム間の秩序を保つのに役立ちます。
リソース管理：名前空間は、管理者が名前空間ごとにCPU、メモリ、およびストレージの使用率にクォータを設定できるようにすることで、リソースの効率的な管理を容易にします。これにより、1つの名前空間がクラスターリソースを過剰に消費するのを防ぎ、すべてのプロジェクト間で公平な分散を促進します。
ネットワークポリシー：管理者は、名前空間レベルでネットワークポリシーを定義して、名前空間内のポッド間のトラフィックフローを制御したり、異なる名前空間に属するポッド間の通信境界を確立したりできます。
ラベルと注釈：名前空間はラベルと注釈の使用をサポートしており、これらを適用して、バックアップなどの外部リソースを含むリソースをより適切に編成してフィルタリングすることができます。これらのメタデータタグは、特定のリソースまたはリソースのグループをすばやく識別し、管理タスクを合理化するのに役立ちます。
スコープ付きリソースビュー： kubectlを使用すると、ユーザーは名前空間に基づいてリソースクエリをフィルター処理できます。これにより、特定の名前空間をスコープとするリソースのクエリと管理が簡素化されます。

これらの主要な機能を活用することで、Kubernetes名前空間は、マルチユーザーおよびマルチプロジェクト環境におけるクラスターリソースの効率的な編成と安全な管理を可能にします。ワークロードを分離する論理パーティションが作成され、リソースの割り当てが合理化されて、適切に構造化されたKubernetesエコシステムが実現します。

Kubernetesでの名前空間の使用

Kubernetesで名前空間を最大限に活用するには、名前空間を作成して管理し、それらを切り替える方法をよく理解することが重要です。名前空間の作成には、単純なYAMLファイルが使用されます。これらのファイルは、名前空間の名前とメタデータを定義します。たとえば、Kubernetesオブジェクトを名前空間に割り当てるのは、YAML定義に名前空間フィールドを含めるのと同じくらい簡単です。名前空間が指定されていない場合、Kubernetesは既定の名前空間内にオブジェクトを自動的に作成します。YAML設定ファイルの準備ができたら、kubectlの作成コマンドを使って適用します。 このコマンドは、設定と管理に関連する名前空間コマンドの大部分を実行します。

その他の便利なkubectlコマンドを次に示します。

特定の名前空間またはクラスター内の複数の名前空間に関する情報を表示するには、kubectl get namespacesコマンドを使用します。
名前空間を切り替えたり、リソースの作成や削除といったさまざまな操作を実行したりするには、「--namespace」フラグに続けて目的の名前空間をkubectlに渡します。
名前空間を削除するには、kubectl delete namespaceコマンドを使用します。ただし、このコマンドを使用すると関連するすべてのリソースも削除されるため、使用する際には注意してください。

複数のチームやプロジェクトが1つのKubernetesクラスターを共有している場合は、複数の名前空間を使用することが重要になります。このアプローチでは、よく整理された環境を維持しながら、リソースの分離とアクセス制御が可能になります。

Kubernetesで名前空間を使用するためのベストプラクティス

Kubernetesで名前空間を使用する際にベストプラクティスを遵守することで、効率的で安全な環境が保証されます。何よりもまずは、組織全体で一貫性のある説明的な命名規則を順守することが大切です。こうすることで、リソースとそれに関連するプロジェクトやチームをすばやく特定できるようになります。

リソースの割り当て

多数のプロジェクトやチームを抱える大規模な組織では、単一のKubernetesクラスターを共有することでリソースの割り当てに問題が生じることがあります。名前空間では、管理者が名前空間ごとにリソースクォータと制限範囲を設定できるようにすることで解決策が提供されます。

このきめ細かなリソース割り当ては組織化されたクラスターを維持するうえで重要な役割を果たし、それを効果的に行えることがKubernetesの達人の証とも言えます。1つのプロジェクトによるCPU、メモリ、ストレージの過剰な消費を防ぐために、名前空間ごとにリソースの制限とクォータを設定することが不可欠です。

リソースクォータを実装するには、リソースの種類ごとに必要な制限を定義するYAMLファイルを作成し、kubectl createコマンドを使用して目的の名前空間に適用します。その後、Kubernetesは、指定されたクォータを超える新しいリソースの作成を防ぐことで、これらの制限を適用します。

リソースクォータと制限範囲

リソースに関するもう1つのベストプラクティスは、制限範囲を定義することです。リソースクォータを使用すると、管理者は名前空間で使用されるCPU、メモリ、およびストレージの合計量に制限を設定できますが、制限範囲は、個々のリソースに対して許容される最小および最大のリソース消費に関する制約を設定します。

これにより、リソース割り当ての一貫性が維持されて、リソースの偶発的な過剰消費や未使用を防ぐことができます。これにより、1つのプロジェクトがクラスターリソースを独占するのを防ぎ、すべてのプロジェクト間で公平に分散されます。

制限範囲を構成するには、各リソースの種類（CPU、メモリなど）の最小値と最大値を指定するYAMLファイルを作成し、目的の名前空間に適用します。その後、Kubernetesは、その名前空間内でリソースを作成または更新するときに、これらの制約を適用します。

強化されたセキュリティとアクセス制御

アクセス制御とセキュリティはマルチユーザー環境で最も重要であるため、ロールベースのアクセス制御ルールを実装して、特定の名前空間とリソースへのユーザーアクセスを許可または制限することが重要です。この粒度により、セキュリティが強化され、さまざまなプロジェクトで作業するチーム間の秩序を維持するのに役立ちます。

ネットワークポリシーは、名前空間内または異なる名前空間間でのポッド間の通信を保護する上でも極めて重要な役割を果たします。名前空間レベルでネットワークポリシーを定義することで、管理者はポッド間のトラフィックフローを制御し、通信境界を確立できます。

名前空間の構成と同様に、ネットワークポリシーはYAMLファイルを使用して定義され、ポッド間の受信トラフィックと送信トラフィックを管理するルールによって定義されます。管理者は、これらのルールをポッドラベル、IPアドレス、または特定のネットワークポートに適用できます。ネットワーク構成が作成されると、kubectl createコマンドを使用してネットワーク構成が適用されます。

監視ツール

いくつかの監視ツールを使用して、各名前空間のリソース消費量、ネットワークトラフィック、およびその他の主要なメトリックを監視できます。Kubernetesダッシュボードは、Kubernetesクラスターの公式のWebベースUIです。これは、各名前空間のリソース使用量、ネットワークトラフィック、およびその他の主要なメトリックの概要を提供します。

一方、Kubernetesには、豊富なツールエコシステムによるメリットもあります。Prometheusは、Kubernetesクラスタからさまざまなメトリックを収集して保存できる強力なオープンソースの監視システムです。アラート機能が組み込まれているため、Prometheusは潜在的な問題がエスカレートする前に管理者に通知できます。

もう1つの人気のあるツールはGrafanaで、これはPrometheusと統合して収集されたメトリックを視覚化するダッシュボードです。Grafanaは、名前空間の使用状況を包括的に把握し、傾向の特定や異常の特定を容易にします。

トラブルシュートのテクニック

監視とトラブルシューティングは、Kubernetesクラスターで名前空間を管理する上で不可欠な側面です。名前空間内で問題が発生した場合、問題の特定と解決に役立ついくつかの手法があります。

kubectlコマンドを使用して、影響を受ける名前空間内のリソースを検査し、リソースの現在の状態と潜在的な問題に関する貴重な情報を提供できます。
名前空間内の個々のリソース（ポッドなど）のログを確認して、エラーやその他の問題の兆候を特定します。
監視メトリックを調べて、問題を示す可能性のある傾向または異常を特定します。
特定の問題やエラーの解決に関するガイダンスについては、Kubernetesのドキュメントまたはオンラインフォーラムを参照してください。

名前空間の使用状況の監視は、潜在的なボトルネック、リソースの大量消費、または データの脆弱性を特定するために不可欠であるため、監視ツールとダッシュボードを使用して、各名前空間のリソース消費量、ネットワークトラフィック、およびその他の主要なメトリックを監視することを忘れないでください。

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