Kubernetesとは

Kubernetes完全ガイド

Kubernetesは、コンテナオーケストレーションプラットフォームです。コンテナのデプロイ、スケーリング、管理を自動化します。実務で使える実装例とベストプラクティスを詳しく解説します。

1. Kubernetesとは

Kubernetesの役割

Kubernetes（K8s）は、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のプラットフォームです。

開発者
   ↓
コンテナイメージ（Docker）
   ↓
Kubernetesクラスター
   ├─ Pod（コンテナの実行単位）
   ├─ Deployment（Podの管理）
   ├─ Service（ネットワーク）
   └─ Ingress（外部アクセス）

なぜKubernetesが必要か

問題のある構成（Kubernetesなし）:

# 問題: 手動でのコンテナ管理
# 1. コンテナを手動で起動
docker run -d my-app:latest

# 2. トラフィック増加時に手動でスケール
docker run -d my-app:latest
docker run -d my-app:latest

# 3. 障害発生時に手動で復旧
docker ps  # 停止したコンテナを確認
docker start container-id  # 手動で再起動

# 問題点:
# 1. 手動管理が必要（時間がかかる）
# 2. スケーリングが困難（手動でコンテナを追加）
# 3. 障害復旧が遅い（手動で対応）
# 4. ロードバランシングが困難

解決: Kubernetesによる自動化

# 解決: Kubernetesによる自動管理
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app
spec:
  replicas: 3  # 3つのPodを自動的に維持
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
    spec:
      containers:
      - name: my-app
        image: my-app:latest
        ports:
        - containerPort: 8080
        resources:
          requests:
            memory: "128Mi"
            cpu: "100m"
          limits:
            memory: "256Mi"
            cpu: "200m"
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /health
            port: 8080
          initialDelaySeconds: 30
          periodSeconds: 10
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /ready
            port: 8080
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 5

# メリット:
# 1. 自動管理（Podの起動、停止、再起動）
# 2. 自動スケーリング（トラフィックに応じて自動スケール）
# 3. 自動障害復旧（Podが停止したら自動で再起動）
# 4. ロードバランシング（Serviceが自動で負荷分散）

2. 基本概念

Pod

Podは、Kubernetesの最小実行単位です。1つ以上のコンテナを含むことができます。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: app
    image: my-app:latest
    ports:
    - containerPort: 8080
  - name: sidecar
    image: sidecar:latest

Deployment

Deploymentは、Podのレプリカを管理し、ローリングアップデートやロールバックを提供します。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
    spec:
      containers:
      - name: my-app
        image: my-app:latest
        ports:
        - containerPort: 8080
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 0

Service

Serviceは、Podへのアクセスを提供し、ロードバランシングを行います。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-app-service
spec:
  selector:
    app: my-app
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 8080
  type: LoadBalancer

Namespace

Namespaceは、リソースを論理的に分割します。

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: production

3. 実務でのKubernetes設定

ヘルスチェック

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: my-app
        image: my-app:latest
        # 生存確認（Liveness Probe）
        livenessProbe:
          httpGet:
            path: /health
            port: 8080
          initialDelaySeconds: 30
          periodSeconds: 10
          timeoutSeconds: 5
          failureThreshold: 3
        # 準備完了確認（Readiness Probe）
        readinessProbe:
          httpGet:
            path: /ready
            port: 8080
          initialDelaySeconds: 5
          periodSeconds: 5
          timeoutSeconds: 3
          failureThreshold: 3

リソース制限

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: my-app
        image: my-app:latest
        resources:
          requests:
            memory: "128Mi"
            cpu: "100m"
          limits:
            memory: "256Mi"
            cpu: "200m"

自動スケーリング

apiVersion: autoscaling/v2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: my-app-hpa
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: my-app
  minReplicas: 2
  maxReplicas: 10
  metrics:
  - type: Resource
    resource:
      name: cpu
      target:
        type: Utilization
        averageUtilization: 70

4. Ingress

Ingressとは

Ingressは、クラスター外部からのHTTP/HTTPSトラフィックをServiceにルーティングします。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: my-app-ingress
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: nginx
    cert-manager.io/cluster-issuer: letsencrypt-prod
spec:
  tls:
  - hosts:
    - example.com
    secretName: example-com-tls
  rules:
  - host: example.com
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: my-app-service
            port:
              number: 80

5. ConfigMapとSecret

ConfigMap

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: my-app-config
data:
  database_url: "postgresql://localhost:5432/mydb"
  log_level: "info"

Secret

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: my-app-secret
type: Opaque
data:
  password: cGFzc3dvcmQxMjM=  # base64エンコード

使用例

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app
spec:
  template:
    spec:
      containers:
      - name: my-app
        image: my-app:latest
        env:
        - name: DATABASE_URL
          valueFrom:
            configMapKeyRef:
              name: my-app-config
              key: database_url
        - name: PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: my-app-secret
              key: password

6. よくある問題と解決策

問題1: Podが起動しない

原因:

• イメージが存在しない
• リソースが不足している
• ヘルスチェックが失敗している

解決策:

# Podの状態を確認
kubectl get pods

# Podのログを確認
kubectl logs <pod-name>

# Podの詳細を確認
kubectl describe pod <pod-name>

問題2: サービスに接続できない

原因:

• Serviceのセレクタが間違っている
• Podのラベルが一致していない

解決策:

# Serviceの詳細を確認
kubectl describe service <service-name>

# Podのラベルを確認
kubectl get pods --show-labels

これで、Kubernetesの基礎知識と実務での使い方を理解できるようになりました。