Kubernetesとは

Kubernetesは、K8sと略されることが多く、コンテナ化されたアプリケーションのデプロイ、スケーリング、管理を自動化するオープンソースプラットフォームです。コンテナ化されたワークロードのオーケストレーションと管理のデファクトスタンダードとなっています。基盤となるインフラストラクチャの処理に頭を悩ますことなく、アプリケーションを簡単にデプロイ、管理、拡張できる世界を想像してみてください。それがKubernetesのパワーです。

多くの組織では、大規模な導入にKubernetesを利用しています。コンテナやポッドを数回のクリックだけで（またはプログラム的に）起動/停止できる機能と柔軟性は非常に魅力的です。しかし、コンテナ化されたアプリケーションとそのデータのバックアップは、複雑な作業になる可能性があります。

VeeamのKubernetesネイティブのバックアップとリストアのソリューションは、リソースの割り当てやバックアップ、復元といった管理上の課題を解決します。このツールを使用すると、アプリケーションをシームレスにデプロイおよびスケーリングできるだけでなく、アプリケーションを常にバックアップして簡単に復元できるようにしておくことができます。

信頼性の高いデータ保護ソリューションを貴社の戦略に統合することで、致命的なデータ消失を防ぎ、コンテナの管理を大幅に簡素化できます。また、バックアップにKubernetesネイティブのツールを使用することで、ワークロードの保護とスムーズなコンテナ化が実現します。ワークロードを常に保護された状態で維持しましょう。

Kubernetesの主な概念の定義

Kubernetesの力を完全に理解するには、まずこのプラットフォームを構成する主な概念とコンポーネントについて理解を深める必要があります。Kubernetesの核心は、コンテナ（アプリケーションとその依存関係をパッケージ化する軽量でポータブルなユニット）を管理することにあります。コンテナには、仮想マシンなどの従来の仮想化方法に比べていくつかの利点があります。

Kubernetesにおけるコンテナ化を理解するには、主要な概念を深く掘り下げることが不可欠です。コンテナ化はKubernetesの運用基盤を形成するため、Kubernetesを理解するにはコンテナ化をしっかりと把握することが不可欠です。以下は、コンテナ化の主な概念の理解に役立ついくつかの用語です。

コンテナ：コンテナを使用することで、アプリケーションと依存関係をバンドルして、異なる環境間での一貫性のある導入と運用を確保できます。これにより、従来の仮想マシンと比較してポータビリティが向上し、リソース効率が向上します。
ポッド：Kubernetesの基本的なビルディングブロックであるPodは、1つ以上のコンテナを収容し、ストレージとネットワークリソースを共有します。Podは、アプリケーションの水平スケーリング、シームレスな更新、負荷分散を容易にします。
ノード：これらは、コンテナとポッドを実行するワーカーマシン（物理または仮想）として機能し、アプリケーションが正しく機能するために必要なリソースを提供します。
サービス：サービスは、異なるポッド間または外部クライアントとの通信を抽象化し、ポッドのスケーリングや再配置に関係なく、アプリケーションへの安定したアクセスを可能にします。
展開：これらは、アプリケーションの望ましいステートを管理し、更新とスケーリングを自動化しつつ、ダウンタイムを無くして冗長性を維持するうえで役立ちます。
仮想化：これは、ハードウェア、ストレージ、ネットワークデバイスなどのリソースを抽象化し、同時に使用できる複数の仮想インスタンスを作成することを指します。

コンテナ化で使用される概念と言語の理解は、特にKubernetesを使用する場合に、アプリケーションを効果的に管理および導入するうえで不可欠です。これらの概念を理解することで、Kubernetesをインフラストラクチャにうまく統合するための道が開かれます。

Kubernetesのしくみ

Kubernetesは、コントロールプレーンとワーカーノードで構成されるクラスターアーキテクチャを採用することで機能します。コントロールプレーンノードは、コンテナ化されたアプリケーションの導入、スケーリング、保守をオーケストレーションすることでクラスター全体を管理します。一方、ワーカーノードは実際のコンテナとポッドを実行し、アプリケーションが正しく機能することを確認します。

Kubernetesクラスターでは、コントロールプレーンノードがワーカーノードと継続的に通信して、アプリケーションの望ましいステートを維持します。これには、ポッドのスケジューリング、導入の管理、リソースのスケーリングなどのタスクが含まれます。Kubernetesは、ノードとポッドの健全性とステータスを常に監視し、高可用性とフォールトトレランスを保証します。

コンテナ化のエコシステムは広大であり、Kubernetesも例外ではありません。それを理解するには、その基盤となるテクノロジーを掘り下げ、その管理方法を探求する必要があります。

基盤技術

Kubernetesは、コンテナ化されたアプリケーションを効率的にオーケストレーションおよび管理するためのいくつかの主要テクノロジー上に構築されています。これには、Dockerやcontainerdなどのワーカーノードでコンテナを実行および管理するコンテナ化ソフトウェアが含まれます。Kubernetesの追加ツールには次のようなものがあります。

Kube-apiserver：これは、Kubernetes APIを公開するプライマリコントロールプレーンコンポーネントであり、ユーザーや他のコンポーネントがクラスターと対話できるようにします。
Kube-controller-manager：これにより、必要な状態の複製、ノード障害の処理、エンドポイントの管理など、クラスターの全体的な状態を管理するコントローラープロセスが実行されます。
Kube-scheduler：このツールは、リソースの可用性、制約およびポリシーに基づいてワーカーノードにポッドを割り当てる役割を担います。
Kube-proxy：このネットワークプロキシはワーカーノードでそれぞれ実行され、適切なコンテナへのリクエストの適切なルーティングを保証し、ノード間でネットワークルールを維持します。

もう1つの重要な要素であり、Kubernetesのフォールトトレランスに不可欠なのがetcdです。このツールは、クラスター全体の設定データとステート情報を保持します。 

Kubernetesの設定と管理

Kubernetesクラスターの設定には、物理ハードウェア、仮想マシン、またはクラウドベースのインフラストラクチャを使用したコントロールプレーンおよびワーカーノードのプロビジョニングと設定が含まれます。このプロセスの大半は、複数のサーバーやデータセンターの設定とほとんど変わりません。マルチホストコンテナネットワークをサポートするには、フラットなネットワーク構造またはオーバーレイネットワークを使用してノード間のネットワーク通信を確立する必要があります。

ただし、コントロールプレーンとワーカーノードの両方で、前述のKubernetesコンポーネントの形態で追加のツールと設定が必要になります。最後に、コントロールプレーンノードを介してクラスターを作成し、このクラスターにワーカーノードを追加します。

管理は、HTTPリクエストを利用するRESTful APIを介して行われます。これによってプログラムによるインタラクションが可能になり、導入の作成とリソースに対するクエリを実行できるようになります。kubectlやKubernetes Dashboardなどのツールは、APIを使用して管理を操作しながらクラスターを監視する方法を提供します。

Kubernetesエコシステム

Kubernetesのエコシステムは広範で、多数のツール、プラットフォーム、統合で構成されており、これらが連携してプラットフォームの機能を最大限に活用します。Kubernetesの大きなメリットの一つが豊富なツールを利用できることであり、パッケージ管理用のHelm、監視用のPrometheus、バックアップとセキュリティ用のVeeam独自のネイティブソリューションなどがあります。

Kubernetesのメリット

Kubernetesには、エコシステム以外にも、コンテナ管理の合理化とアプリケーションパフォーマンスの向上に関して多くのメリットがあります。まず、Kubernetesはハイブリッドクラウドの導入をはるかに簡単にします。コンテナ化により、アプリケーションとその依存関係が一緒にパッケージ化され、さまざまなプラットフォーム間で互換性と一貫性が確保されます。つまり、組織は、あらゆる種類の環境やプラットフォームにアプリケーションを簡単に展開できます。

この互換性によってもKubernetesのシームレスなスケーラビリティが推進されます。需要に基づいてリソースを追加または削除するプロセスを自動化し、ハンズオンメンテナンスなしで最適なパフォーマンスを維持します。その他の利点には、次のようなものがあります。

高可用性：Kubernetesは、ノードとポッドの正常性を常に監視することで、アプリケーションに常にアクセス可能な状態を確保します。障害が発生した場合、Kubernetesは影響を受けるポッドを正常なノードに自動的に再スケジュールし、ダウンタイムを最小限に抑え、アプリケーションのパフォーマンスを維持できます。
フォールトトレランス：Kubernetesの自己修復機能は、フォールトトレランスに貢献しています。ポッドまたはノードに障害が発生した場合、Kubernetesはワークロードとリソースを再分散して、アプリケーションの可用性を維持できます。
コスト効率：Kubernetesはコンテナ化によってリソース使用率を最大化することで、インフラストラクチャのコストを削減します。これにより、リソースの効率的な割り当てが可能になり、オーバープロビジョニングが不要になるため、コスト削減につながります。

Kubernetesによるコンテナ化は、プラットフォーム全体で一貫した環境を提供することで、データのバックアップと復元のプロセスを簡素化します。この一貫性により、VeeamのKubernetesネイティブバックアップなどのデータ保護ソリューションを導入しやすくなり、「3-2-1-0」のルールに沿ったハイアベイラビリティと信頼性の高い復元が保証されます。

KubernetesとDockerの比較

KubernetesとDockerはどちらもコンテナ化に対応していますが、目的は異なります。Dockerはコンテナを作成、デプロイ、管理するためのプラットフォームであり、Kubernetesはコンテナ化されたアプリケーションを大規模に管理するためのオーケストレーションプラットフォームです。基本的に、Dockerはコンテナ作成用のビルディングブロックを提供し、Kubernetesはそれらのコンテナを管理します。

Dockerを選択する理由はいくつか考えられます。 

分離された環境での開発とテスト：Dockerを使用すると、アプリケーションコンポーネントごとに分離されたコンテナを作成できるため、開発者は独立して作業し、競合を最小限に抑えることができます。これにより、開発とテストのプロセスが簡素化され、統合前に各コンポーネントが正しく機能することを確認できます。
スケーリング要件が限定されたアプリケーションの導入：大規模なスケーリングを必要としない単純なアプリケーションの場合は、Dockerのネイティブ機能で十分な場合があります。このプラットフォームでは、追加のオーケストレーションツールを必要とせずに、コンテナを簡単に導入および管理できます。
CI/CDのための軽量ソリューション：Dockerの合理化された性質により、継続的インテグレーションとデリバリーのパイプラインに最適です。コンテナは、構築、テスト、デプロイが迅速かつ容易であり、迅速なイテレーションとリリース間のダウンタイムの最小化を保証します。

逆に、これらの目的ではKubernetesを選択します。

複数の環境にまたがる複雑なアプリケーションの管理：Kubernetesは、ステージングや本番、各種クラウドプロバイダといった様々な環境にわたる複雑なアプリケーションのデプロイと管理を簡素化する、堅牢なオーケストレーション機能を提供します。
変動するワークロードに基づいたアプリケーションの動的なスケーリング：Kubernetesの自動スケーリング機能により、実行するコンテナの数がワークロードの需要に基づいて調整され、最適なリソース使用率とコスト効率が実現します。これは、さまざまなロードパターンやトラフィックの急増に対応しなければならないアプリケーションとって欠かせない機能です。
ハイアベイラビリティとフォールトトレランスの確保：Kubernetesではコンテナの障害を自動的に検出し、ワークロードを再分配してアプリケーションのアベイラビリティを維持します。さらに、障害が発生したコンテナを再起動することで自己修復できるため、手動による介入の必要性を最小限に抑えてダウンタイムを短縮できます。

KubernetesとDockerのどちらを選択するかは、特定のニーズによって異なります。基本的なコンテナ化ソリューションには、Dockerで十分かもしれません。しかし、多様な環境にわたって複雑なコンテナ化されたアプリケーションを管理およびスケーリングする必要がある場合は、Kubernetesが理想的な選択肢です。

Kubernetesのユースケース

Kubernetesは、幅広いユースケースに対応する万能で堅牢なソリューションであり、様々な業界やアプリケーションでその価値が証明されています。Kubernetesは、Webアプリケーションの導入からビッグデータ処理タスクの管理に至るまで、あらゆる段階で一貫して効率性と信頼性を提供すると同時に、進化を続けるテクノロジー環境にも対応できます。

Webアプリの導入

Kubernetesはコンテナ化されたアプリの管理、スケーリング、更新を合理化できるため、Webアプリケーションの導入に優れています。Kubernetesを使用することで、トラフィックの変動に応じてWebアプリを容易にスケーリングして、ダウンタイムなしに更新プログラムをロールアウトし、障害から迅速に復元できます。

たとえば、eコマースWebサイトでは、Kubernetesを利用してマイクロサービスアーキテクチャを管理し、「ブラックフライデー」や「サイバーマンデー」といったセールイベントなどのトラフィックの多い時間帯においてもスムーズなユーザーエクスペリエンスを実現できます。Kubernetesを使用すると、eコマースプラットフォームは需要に基づいて自動スケーリングできるため、ユーザーリクエストの急増に直面した場合でも、Webサイトの応答性と可用性を維持できます。

ビッグデータ処理

ビッグデータとビジネスインテリジェンスの領域において、Kubernetesは需要に応じてリソースを効率的に管理・スケーリングすることで、その威力を実証しています。Apache SparkやHadoopなどのデータ集約型アプリケーションをKubernetesに導入することで、組織はリソース使用率を最適化し、インフラストラクチャコストを削減し、シームレスで効率的なデータ処理パイプラインを確保できます。

たとえば、金融サービス企業は、Kubernetesの機能を活用して自社のデータ分析インフラストラクチャをオーケストレーションすることができます。これにより、この企業は大量のトランザクションと顧客データをリアルタイムで処理し、貴重な洞察を得て意思決定を強化することができます。Kubernetesにより、必要なコンピューティングリソースが動的にプロビジョニングされ、データ処理ワークロードの増加に合わせて水平方向にスケーリングできるため、最適なパフォーマンスとコスト管理が可能になります。

モノのインターネット（IoT）

IoTアプリケーションには、多数のデバイスの調整と大量のデータの処理が含まれることが多く、Kubernetesはこの分野で貴重なツールとなっています。Kubernetesのスケーラビリティと適応性により、IoTアプリケーションの最適なリソース割り当てと高可用性が促進され、導入と管理が合理化されます。

スマートシティプロジェクトでは、Kubernetesを使用してIoTインフラストラクチャを監視し、さまざまなセンサーやデバイスからのデータを集約して、交通パターン、エネルギー消費、公共安全対策を最適化できます。Kubernetesでは、さまざまなマイクロサービスや分散データ処理コンポーネントの導入を管理することで、スマートシティソリューションのシームレスな統合を可能にして、効率的なデータ処理とリアルタイム分析を保証します。

機械学習と人工知能

Kubernetesは、機械学習と人工知能のワークロードを適切に処理できるように調整されています。MLおよびAIアプリケーションは通常、大量のコンピューティングリソースを必要とし、多くの場合、複雑な分散アーキテクチャを必要とします。Kubernetesは、コンテナ化されたMLとAIの要素をオーケストレーションすることでこれらのワークロードを管理し、効率的なリソース割り当てとスムーズなアプリケーションパフォーマンスを実現します。

たとえば、医療機関はKubernetesを利用して、AIを活用した診断ツールを管理できます。これにより、医療画像と患者データをより効果的に分析できるようになり、より正確な診断と患者の転帰の改善につながります。Kubernetesを使用することで、医療機関はAIワークロードに必要な複雑なインフラストラクチャを維持し、医療画像や患者データの増加に合わせてリソースを自動的にスケーリングして一貫したパフォーマンスを維持できます。

使用開始の方法

Kubernetesを使い始めるのは大変なことのように思えるかもしれません。しかし、適切なアプローチとリソースがあれば、すぐに熟練度を高めることができます。まずは、Kubernetesエコシステム内の一般的なソリューションとベストプラクティスを確認しましょう。組織特有のニーズと、その対応にKubernetesがどのように役立つかを考えてみましょう。

Kubernetesとその潜在的なメリットをしっかりと理解したら、組織での導入を開始することができます。Kubernetesで成功するための鍵は、継続的に学習し、進化し続けるコンテナ化およびオーケストレーションテクノロジーの状況に適応することです。

ただし、データ保護の重要性も忘れてはいけません。ここで、Kubernetes向けの最新のデータ保護戦略を簡単に見てみましょう。次のステップに進む準備が整ったら、Veeamが提供するネイティブのバックアップおよびリストアソリューションをチェックして、コンテナ化されたアプリケーションを常に保護された状態に保つ方法を確認してください。