What is Kubernetes Used For?

In diesem Blog werden wir folgende Themen behandeln:

Containerisierung

Was ist einBehälter?

• Ein Container ist eine grundlegende Softwareeinheit, die Code und alle zugehörigen Abhängigkeiten bündelt, damit eine Anwendung in jeder Umgebung reibungslos ausgeführt werden kann. Jeder Container besteht aus Hardware, einem Betriebssystem, einer Container-Engine, Bibliotheken, Abhängigkeiten und schließlich der Anwendung. Alles, was die Anwendung zur Ausführung benötigt, befindet sich im Container, was bedeutet, dass er mithilfe von Automatisierung schnell erstellt und gelöscht werden kann.
  • Bis 2025 werden 85 % der Unternehmen weltweit containerisierte Anwendungen im Produktivbetrieb einsetzen1

Container-Orchestrierung

• Unter Container-Orchestrierung versteht man die Automatisierung containerisierter Workloads. Sie spielt bei der Arbeit mit Containern eine zentrale Rolle, da sie es ermöglicht, dieselbe Anwendung in verschiedenen Umgebungen bereitzustellen, ohne dass eine Neugestaltung erforderlich ist.

Kubernetes

Was ist Kubernetes (auch bekannt als K8s)?

• Kubernetes ist eine Open-Source-Software zur Container-Orchestrierung, die für die Bereitstellung, Verwaltung und Skalierung von Containern entwickelt wurde. Was bedeutet das nun konkret? Im Wesentlichen entfallen dadurch viele der manuellen Prozesse, die bei der Bereitstellung und Skalierung containerisierter Workloads erforderlich sind – und zwar selbst über verschiedene Arten von physischen, virtuellen und Cloud-Umgebungen hinweg.
• Laut einer aktuellen Umfrage der Cloud Native Computing Foundation nutzen oder prüfen 96 % der 3.800 befragten Unternehmen Kubernetes2

Wusstest du schon?

• Der Name „Kubernetes“ leitet sich vom griechischen Wort „κυβερνήτης“ (kubernḗtēs) ab, was „Steuermann“ oder „Ruderer“ bedeutet; daher stellt das Kubernetes-Logo ein Schiffssteuerrad dar. Kubernetes wird oft mit „K8s“ abgekürzt, da zwischen dem „K“ und dem „S“ acht Buchstaben liegen.
• Kubernetes wurde ursprünglich von Google-Ingenieuren entwickelt und konzipiert und später, im Jahr 2015, an die CNCF übergeben.

Wie funktioniert das?

• Kubernetes ist ein Konzept, das sich aus mehreren verschiedenen Komponenten zusammensetzt. Auch wenn es bei der Implementierung von Kubernetes zahlreiche Elemente und Anwendungsfälle gibt, sind die wichtigsten Konzepte, die man verstehen sollte, folgende: die Control Plane, Pods und Nodes.
  • Die Steuerungsebene besteht aus Elementen und API-Prozessen, die Workloads und die Kommunikation koordinieren und so einen reibungslosen Informationsfluss sowie die Ressourcenzuweisung in der gesamten Umgebung ermöglichen.
  • Pods sind das Grundelement in Kubernetes. Ein Pod besteht aus einem oder mehreren Containern und befindet sich auf demselben Knoten.
  • Ein Knoten (auch als „Minion“ oder „Worker“ bezeichnet) ist ein Rechner, auf dem Container bereitgestellt werden. Auf jedem Knoten muss eine Container-Laufzeitumgebung wie Docker, CoreOS rkt, Containerd usw. ausgeführt werden. Mehrere Knoten können zu Clustern zusammengefasst werden.

Ihre IT-Umgebung und Kubernetes

• Aufgrund der Veränderungen in der modernen IT-Praxis erwarten Nutzer, dass Anwendungen rund um die Uhr verfügbar sind, und von Entwicklern wird mitunter erwartet, dass sie mehrmals täglich neue Versionen der Anwendungen bereitstellen können. Zudem werden IT-Umgebungen zunehmend hybrider und basieren auf Multi-Cloud-Ansätzen, bei denen lokale Ressourcen mit öffentlichen oder privaten Clouds verschiedener Anbieter integriert werden. Zwar ermöglichten Containersysteme den Entwicklern, Software portabler zu gestalten und alle für den Betrieb eines Dienstes erforderlichen Pakete zu bündeln, doch waren sie nach wie vor durch den manuellen Aufwand eingeschränkt, der für die Bereitstellung und Änderung jedes einzelnen Containers in einer Umgebung erforderlich war.
• Kubernetes kann Unternehmen dabei helfen, ihre Workloads besser zu verwalten und Risiken zu reduzieren. Kubernetes ist in der Lage, Prozesse im Container-Management zu automatisieren und die Nutzung von IT-Ressourcen zu optimieren. Es kann sogar verwaistete Container neu starten, nicht genutzte Container herunterfahren und sie neu erstellen. Kubernetes automatisiert die Bereitstellung von Containern, ohne dass das DevOps-Team alle Schritte manuell selbst durchführen muss. Dadurch können Entwickler neue Versionen bestimmter Anwendungen häufiger bereitstellen und diese ohne Ausfallzeiten veröffentlichen und aktualisieren – sogar über mehrere Umgebungen hinweg (z. B. Dev, Test, Prod).

Vorteile von Kubernetes

• Die wichtigsten Vorteile von Kubernetes lassen sich wie folgt zusammenfassen: kürzere Entwicklungs- und Release-Zeiten für Anwendungen, Optimierung der IT-Kosten, erhöhte Skalierbarkeit und Verfügbarkeit der Software, Flexibilität in Multi-Cloud-Umgebungen sowie Cloud-Portabilität.
• Portable Workloads
  • Da Kubernetes Open Source ist, sind Ihre Workloads portabel, sodass Sie die Vorteile von On-Premise-, Hybrid- und Multi-Cloud-Umgebungen nutzen können – und das bei gleichbleibender Konsistenz über alle Umgebungen hinweg.
• Flexibilität
  • Unabhängig davon, wo Sie Kubernetes einsetzen, bietet es Flexibilität in Hybrid- und Multi-Cloud-Umgebungen und ermöglicht so den reibungslosen Betrieb all unserer Anwendungen in jeder öffentlichen oder privaten Umgebung.
• Echte
  • Kubernetes kann containerisierte Umgebungen automatisieren, indem es als deren Betriebssystem fungiert. Dies geschieht durch die Automatisierung der Betriebsanforderungen containerisierter Workloads.
• Skalierbarkeit und Verfügbarkeit
  • Mit Kubernetes lassen sich komplexe containerisierte Anwendungen definieren und über Servercluster hinweg bereitstellen. Während Kubernetes Anwendungen entsprechend dem von Ihnen gewünschten Zustand skaliert, überwacht es automatisch den ordnungsgemäßen Betrieb der Container und stellt diesen sicher.

Kubernetes-Architektur 

• Kubernetes-Control-Plane: Auch als „Master-Rechner“ bezeichnet, handelt es sich hierbei um die Container-Orchestrierungsschicht, die die API und Schnittstellen bereitstellt, um den Lebenszyklus von Containern sowie der Knoten, auf denen die containerisierten Anwendungen laufen, zu definieren, bereitzustellen und zu verwalten. Sie stellt sicher, dass jeder Cluster im gewünschten Zustand gehalten wird.

Die Komponenten der Steuerungsebene

• API-Server: Die Anwendungsprogrammierschnittstelle (Application Programming Interface), auch als API bekannt, ist das Frontend von Kubernetes. Hier stellen Clients eine erste Anfrage nach einem Objekt oder einer Sammlung, und der API-Server prüft, ob die Anfrage gültig ist, und verarbeitet sie anschließend. Der API-Server dient außerdem dazu, Daten innerhalb von K8-Clustern zu übertragen, zu erstellen und zu konfigurieren.
• K8s-Scheduler: Der Scheduler überwacht und verwaltet neu erstellte Pods und ordnet sie einem Knoten zu, damit sie dort reibungslos ausgeführt werden können.
• Controller-Manager: Innerhalb der Control Plane gibt es mehrere Controller. Dabei handelt es sich um Regelkreise, die den Zustand Ihres Clusters überwachen und bei Bedarf Änderungen vornehmen oder anfordern.
• Etcd: Ist eine Datenbank, in der Ihr gesamter Containerspeicher abgelegt ist. Es handelt sich um einen stark konsistenten, verteilten Schlüssel-Wert-Speicher, der die für den Betrieb der Systeme erforderlichen kritischen Informationen enthält und verwaltet.
• Cluster
  • KNOTEN: (auch als „Minion“ oder „Worker“ bezeichnet) ist ein Rechner, auf dem Container bereitgestellt werden. Auf jedem Knoten muss eine Container-Laufzeitumgebung wie Docker, CoreOS rkt, Containerd usw. ausgeführt werden. Mehrere Knoten können zu Clustern zusammengefasst werden.
  • Pods: sind die Grundbausteine in Kubernetes. Ein Pod besteht aus einem oder mehreren Containern und wird auf Knoten gemeinsam ausgeführt.
    • Hier werden alle Ihre wichtigen Informationen gespeichert

Modernisierung mit Kubernetes

• Kubernetes ermöglicht es, die Migration von Anwendungen aus einer lokalen Umgebung in öffentliche oder private Clouds beliebiger Anbieter zu vereinfachen und zu beschleunigen. Die Migration von Anwendungen in die Cloud kann mithilfe verschiedener Methoden erfolgen:
  • die einfache Portierung der Anwendung ohne jegliche Änderungen am Code (Lift & Shift);
  • die minimalen Änderungen, die erforderlich sind, damit die Anwendung in neuen Umgebungen funktioniert (Replatforming);
  • die umfassende Überarbeitung der Struktur und Funktionalität der Anwendung (Refactoring).

• Modernisieren Sie Ihre Umgebung mit der Einführung von Kubernetes reibungsloser als je zuvor. Sie müssen sich nicht mehr fragen, wo sich Ihre Daten befinden – alle Ihre Daten werden an einem Ort gespeichert. Der Speicher bei Kubernetes basiert auf Volumes. Die Volumes können entweder persistent oder nicht-persistent sein. Innerhalb der Pods fordern Container zusätzlichen Speicherplatz an.
  • Kubernetes lässt sich einmal einrichten und kann anschließend überall bereitgestellt werden. Das bedeutet: Ganz gleich, wo Sie Ihren Cluster einrichten – ob vor Ort oder in der Cloud –, Sie müssen die Lösung nicht neu erstellen, sondern lediglich einen anderen Cluster bereitstellen.

Herausforderung

• Kubernetes-Cluster können, wie jede andere Workload auch, anfällig für Ransomware-Angriffe sein. In manchen Fällen kann sich ein Hacker Zugriff auf den Inhalt Ihres Pods verschaffen – und so möglicherweise an kritische Informationen über Ihr Unternehmen gelangen. Daher sind Backups und ein wirksamer Datenschutz für Ihre Cluster von entscheidender Bedeutung, wenn Sie Ihre Workloads verlagern.

Kubernetes-Sicherung

• Dabei handelt es sich um den Prozess der Sicherung aller Komponenten, die auf einer Kubernetes-Orchestrierungsplattform ausgeführt werden, darunter alle containerisierten Anwendungen des Unternehmens. Da ein Kubernetes-Cluster aus so vielen Komponenten besteht – Pods, Knoten, Control Plane und Volumes –, benötigt jede einzelne davon ein gewisses Maß an Schutz. Der Schutz ist für einen Cluster von entscheidender Bedeutung, insbesondere da Unternehmen zunehmend auf Kubernetes setzen. Die Sicherung eines Kubernetes-Clusters stellt sicher, dass die Daten, Konfigurationen und Dateien vor Angriffen geschützt sind. Aus diesem Grund benötigen Sie eine Lösung, die in der Lage ist, Ihren gesamten Cluster zu sichern.
• Zu den wichtigsten Phasen der Kubernetes-Sicherung gehören:
  • Die Erfassung
  • Discovery.
  • Identifizierung von Ressourcen
    • Laut dem „State of Kubernetes Security Report 2022“ von Red Hat verzeichneten 93 % der Befragten in den letzten 12 Monaten mindestens einen Sicherheitsvorfall in ihren Kubernetes-Umgebungen, was in einigen Fällen zu Umsatz- oder Kundenverlusten führte.³

Kubernetes Backup von Commvault und Metallic’

Commvault und Kubernetes-Datensicherung

• Im Gegensatz zu den meisten Lösungen, die nur Ihre Container sichern können, ist Commvault in der Lage, Ihren gesamten Cluster zu sichern. Commvault bietet Datensicherheit für persistenten Speicher in Ihren zustandsbehafteten Anwendungen. Die Lösung von Commvault automatisiert die Sicherung dieser Daten über eine einzige Plattform, wodurch die Transparenz und die Verwaltungsmöglichkeiten Ihrer gesamten Umgebung verbessert werden. Unsere Lösung bietet Ihnen die Flexibilität, Container nahtlos und mühelos von der lokalen Umgebung in die Cloud, von einer Cloud in eine andere und sogar wieder zurück in die lokale Umgebung zu migrieren und bereitzustellen. Darüber hinaus bietet sie umfassende Unterstützung für VMs, Datendienste und Cloud-Dienste auf einer einzigen Plattform. Sie ist zudem mit allen CNCF-zertifizierten Distributionen kompatibel und für Snapshot-basierte Backups in CSI integriert.
• Commvault wurde im GigaOm-Bericht 2022 aufgrund unserer flexiblen Bereitstellungsarchitektur und der einheitlichen Benutzeroberfläche für mehrere Bereitstellungen als „Marktführer und Outperformer“ im Bereich der Kubernetes-Datensicherung ausgezeichnet. Der Bericht hebt zudem hervor, dass unsere Sicherheits- und Ransomware-Schutzmaßnahmen umfassend sind, wodurch sich unsere Lösung besonders für größere Unternehmen eignet.

So macht es Commvault

• Commvault richtet einen Pod mit temporären Mitarbeitern ein, um die Datenübertragung durchzuführen. In den Einstellungen wird eine private Container-Registry angegeben, in der Sie ein Image speichern, das Commvault herunterladen kann. Auf diese Weise können Sie Cluster konsolidieren, die clusterübergreifende Migration vereinfachen und das Lebenszyklusmanagement von Clustern optimieren.

Herausforderungen für Commvault

• Vor der Einführung von Commvault mussten sich Unternehmen mit einer steigenden Anzahl von Clustern auseinandersetzen, deren Lebenszyklen verwalten und Cluster konsolidieren. Commvault hilft Ihnen bei der Bewältigung dieser Herausforderungen, indem es Ihnen ermöglicht, Ihre Kubernetes-Anwendungen mühelos in jede beliebige Cloud zu migrieren.

Metallic- und Kubernetes Backup

• Metallic bietet „VM & Kubernetes Backup“ an. Dies ist der einzige SaaS-Datensicherungsdienst, der eine umfassende Abdeckung hybrider Workloads bietet und so gewährleistet, dass Ihre Container stets geschützt sind.
• „VM & Kubernetes Backup by Metallic“ ist eine Lösung, mit der Sie Ihre Infrastruktur ganz einfach auf Container ausweiten können, um Anwendungen sicher zu modernisieren und gleichzeitig herkömmliche Anwendungen zu schützen. Ganz gleich, ob Sie vor Ort oder in der Cloud arbeiten – Metallic unterstützt alle von der Cloud Native Computing Foundation zertifizierten Kubernetes-Distributionen wie Azure Kubernetes Service (AKS), Amazon EKS, VMware, Rancher und viele weitere.
• Metallic kann Cloud- oder lokale Datenbanken, Quellcode-Verwaltungssysteme, Image-Registries und cloud-native Objektspeicher schützen.
• Dank der unübertroffenen Flexibilität, der ultimativen Sicherheit und der unkomplizierten Verwaltung dieser Lösung sind alle Ihre Workloads bestens abgesichert.

Schlussfolgerung

Kubernetes ist die Zukunft – jetzt ist es an der Zeit, sicherzustellen, dass alle Ihre Workloads geschützt sind und sicher in die Cloud migriert werden können. Commvault ist die naheliegende Wahl. Im GigaOm-Bericht 2022 zum Thema Kubernetes-Datensicherheit wurden wir aufgrund unserer umfassenden Workload-Unterstützung, der Kompatibilität mit CNCF-zertifizierten Distributionen und unserer umfangreichen Ransomware-Schutzmaßnahmen als „Leader“ und „Outperformer“ ausgezeichnet. Also packen Sie Ihre Koffer – das Schiff sticht noch heute in See, Richtung Cloud.

Referenzen

1. Best Practices für den Einsatz von Containern und Kubernetes in der Produktion – 4. August 2020 – Gartner-ID G00730344 – 2. CNCF 2021, Jahresumfrage – 3. Red Hat 2022, Bericht zum Stand der Kubernetes-Sicherheit