Kubernetes（クバネティス）とは？基本概念から仕組み、活用例まで徹底解説

Kubernetes（クバネティス）は、Dockerなどのコンテナアプリケーションを管理するためのオープンソースプラットフォームです。複数のホストにまたがるコンテナの自動化やスケーリングを実現し、デプロイ作業を大幅に高速化します。これを実現するために、Kubernetes APIなどの内部コンポーネントや、Kubernetes上で動作するサードパーティ製の拡張機能が活用されます。

本記事では、Kubernetesの基本的な概念とともに、AzureやGoogle Cloudといった大手クラウドプロバイダーがこぞってKubernetesサービスを提供するなど、サーバーマーケットに大きな変革をもたらしている理由について解説します。

Kubernetesの歴史

Kubernetesは、Googleがオープンソースコミュニティに贈った成果物の一つです。このコンテナプラットフォームの原型は、10年以上にわたってGoogle社内で運用されていた「Borg」という内部プロジェクトの一部でした。Borgにより、Googleはクラスタ上で異なるアプリケーションに属する数百〜数千のタスク（「Borglet」と呼ばれる）を管理できるようになりました。その目的は、マシン（および仮想マシン）を効率的に活用しながら、ランタイム機能の高可用性を確保することにありました。

このアーキテクチャは、高可用性を効率的に実現したい他の企業からも高い評価を受けました。2015年頃、Kubernetes 1.0のリリースとともに、Googleはこの技術の管理権限を手放すことを決めました。現在、KubernetesはLinux Foundation傘下の「Cloud Native Computing Foundation（CNCF）」という財団によって管理されています。

Kubernetesの仕組み

Borgプロジェクトのアイデアを受け継ぎ、かつての「Borglet」は「Pod（ポッド）」へと進化しました。Podはコンテナを格納するスケジューリングの最小単位であり、それぞれが個別のIPアドレスを持っています。コンテナがCPU、メモリ、ストレージなどのリソースを必要とする際に、このIPアドレスが重要な役割を果たします。

Podはラウンドロビン方式でトラフィックをロードバランスすることで、高可用性を実現します。さらに、Podは「ワーカーノード（worker node）」、別名「ミニオン（minion）」と呼ばれるマシン（または仮想マシン）内に配置されます。そして「マスターノード」がKubernetes APIを使用してコンテナのオーケストレーションを行い、クラスタ全体を制御します。各ワーカーノードではDockerが稼働し、イメージのダウンロードやコンテナの起動を担当します。

KubernetesクラスタへのAPI接続には、kubectlというCLIコマンドを使用します。これは非常に重要なコマンドで、マスターノードがワーカーノードへ送るすべての指示を単独で実行します。kubectlの習得にはある程度の学習が必要ですが、一度マスターしてしまえば、Kubernetesクラスタを自在に活用できるようになります。ちなみに、KubernetesもDockerもGoプログラミング言語で開発されています。

Kubernetesの主な活用例

Kubernetesはマシンの利用効率が非常に高いため、サーバーやデータセンターのコストを大幅に削減できます。代表的な活用例は以下の通りです。

• アプリケーションサーバーの管理：多くのアプリケーションサーバーにはセキュリティ対策、構成管理、アップデートなどが求められますが、これらの運用をKubernetesで実行できます。
• 自動ロールアウトとロールバック：Kubernetesを使えば、複数のエンドノードにまたがる製品のロールアウトやロールバックを手動で管理する必要がありません。
• ステートレスアプリのデプロイ：Webアプリケーションをリモートで制御できるようになります。たとえば、ステートレスなデプロイメント方式でNginxサーバーを運用できます。
• ステートフルアプリのデプロイ：MySQLデータベースのようなステートフルなアプリケーションの実行にも対応しています。
• APIオブジェクトの保存：多様なストレージニーズに対して、コンテナの原則に基づいた最適なストレージ環境を提供します。
• 標準で使える豊富な機能：サービスディスカバリ、ロギング・モニタリング、認証など、すぐに使える機能が充実しています。
• IoTアプリケーション：大規模なスケーリング能力を活かし、IoT分野での採用が急速に拡大しています。
• どこでも実行可能：Kubernetesは環境を選ばずどこでも実行でき、スーツケースの中のデバイスでさえ動作します。

まとめ

Kubernetesの目的は、コンピューティングリソースを最大限に活用することです。複数のホストにまたがってコンテナをオーケストレーションできるため、エンドノードでリソース不足や障害に悩まされることはありません。マスターノードから一度コマンドを実行するだけで自動スケーリングが行われる仕組みは、アプリケーションのスケーリングにおける革命と言えるでしょう。

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