Kubernetes オペレーターは何ができますか?

Kubernetes は、複雑なクラウド インフラストラクチャの作成を自動化し、クラウド展開の管理プロセスを簡素化します。

Kubernetes は多くのツールを提供していますが、クラウド インフラストラクチャ管理をよりスケーラブルかつ自動化するための取り組みがまだ行われています。 Kubernetes Operator は、Kubernetes アプリケーションをカプセル化し、デプロイし、管理する方法です。 Kubernetes API の機能を拡張し、毎回手動入力に頼ることなく、Kubernetes ユーザー向けの複雑なアプリケーションのインスタンスを自動的に作成、構成、管理できます。

Kubernetes オペレーターを理解する

Operator は、カスタム リソースを使用してアプリケーションとそのコンポーネントを管理する Kubernetes 拡張ソフトウェアです。オペレーターは、特にコントローラーに関しては Kubernetes の哲学に従います。

Kubernetes Operators はオーケストレーション フレームワークです。これは、人的労力をほとんどまたはまったくかけずにクラウド インフラストラクチャを調整および保守できるツールです。 Kubernetes では、Operator は、カスタム リソースを使用してアプリケーションとそのコンポーネントを管理するように設計されたソフトウェア拡張機能として定義されています。

Kubernetes オペレーターはまったく複雑ではありません。オペレーターは、コントローラーと Kubernetes API を使用して、アプリケーションと必要なカスタム リソースのパッケージ化、展開、管理、保守を処理します。プロセス全体は完全に自動化されており、コマンドと操作には kubectl ツールを引き続き使用できます。

つまり、Operator は基本的に、カスタム リソースを統合するカスタマイズされた Kubernetes コントローラーです。パラメータと構成をカスタム リソースで直接定義し、Operator にこれらのパラメータを変換させて自動的に実行させることができます。 Kubernetes オペレーターの継続性が決定的な要素です。

オペレーターは単なる展開以上の存在

Kubernetes オペレーターは、アプリケーションのデプロイメントを自動化する以上のことができます。実際、ロジックとパラメータが正しく定義されている限り、オペレーターは何でも処理できます。はい、これには、アプリケーションとそれが使用するクラウド インフラストラクチャの拡張、アップグレードとトラブルシューティングの実行、長期にわたってアプリケーションをスムーズに実行し続けることが含まれます。

アプリケーションのライフサイクル全体を自動化できます。 Kubernetes は、Web アプリ、モバイル バックエンド、API サービスなどのステートレス アプリケーションを、これらのアプリケーションの動作に関する追加の知識を必要とせずに管理および拡張できます。 Kubernetes の組み込み機能により、これらのタスクは簡単に処理されます。

ただし、データベースや監視システムなどのステートレス アプリケーションでは、Kubernetes を超えた追加のドメイン固有の知識が必要になります。この知識があれば、これらのアプリケーションを拡張、アップグレード、再構成できます。

Kubernetes Operator は、このドメイン固有の知識を Kubernetes 拡張機能にエンコードし、アプリケーション ライフサイクルの管理と自動化を可能にします。

たとえば、サイト信頼性エンジニアリング (SRE) のルールとパラメーターを Kubernetes Operator に記述し、Operator に操作を処理させることができます。これにより、SRE プラクティスを標準化し、複数のクラスター間で操作を繰り返すことが可能になります。展開やアップグレードのたびにパラメータを手動で調整する必要はありません。

運用・保守担当者の行動を模倣する

Kubernetes オペレーターの真の力は、アプリケーションまたはサービスがどのように動作するかを理解できる能力にあります。

Kubernetes オペレーターは、オペレーター自体に組み込まれている同じ知識を使用して、必要なタスクを実行できます。たとえば、更新中にアプリケーションにクラウド リソースがプロビジョニングされていない場合、Kubernetes Operators はアラートを出さずに問題を自動的に修正できます。

運用チームは通常、アプリケーションを管理するためのソフトウェアを作成しますが、Operator パターンは運用担当者がサービスを管理する方法のルールをキャプチャします。人間の運用知識をキャプチャし、それをソフトウェアにエンコードして、手動タスクを排除しながら Kubernetes ワークロードを管理および展開できます。

オペレーターは何ができますか?

Operator の機能について理解を深めるには、Operator が使用されるシナリオをいくつか見てみる必要があります。 Operator を使用して自動化できるものは次のとおりです。

• オンデマンドでアプリケーションを展開します。
• アプリケーション状態のバックアップを取得/復元します。
• アプリケーション コードのアップグレードおよび関連する変更を処理します。たとえば、データベース スキーマや追加の構成設定など。
• サービスを公開し、Kubernetes API をサポートしていないアプリケーションがそのサービスを検出できるようにする必要があります。
• クラスターの全体または一部の障害をシミュレートして安定性をテストします。
• 内部メンバーシップ選出プロセスなしで、分散アプリケーションのリーダーを選出します。

これらのタスクには通常、多くの手作業が必要です。障害をシミュレートする場合、オペレーターはアプリケーションの特定の部分でエラーを手動でトリガーし、出力を監視して障害ポイントをマークする必要があります。プロセスを自動化することで、オペレーターは多くの時間とリソースを節約でき、開発または運用メンバーが他のより重要なタスクに集中できるようになります。

最も重要なのは、オペレーターが特定の複雑な状況に対処できることです。たとえば、Operator を使用してリソースをデプロイし、少数のサービスまたはポッドによって検出できるように構成できます。オペレーターは、そのリソースのコントロール プレーンを検査し、必要に応じて調整を行うことができます。 Kubernetes API を使用して、スナップショット情報を取得したり、更新を実行したりすることもできます。

追加のパラメータも手順にエンコードできます。たとえば、新しいリソースをデプロイし、クラスターに新しいリソースを使用するように指示してから、StatefulSet と永続ボリュームを削除することで、シームレスな更新を実行し、アプリケーション全体のダウンタイムを防ぐことができます。

演算子の使用

Operator の導入は思っているより簡単です。クラスターのカスタム リソースとそのコントローラーを定義するだけで、準備は完了です。本当の課題は、特定のニーズに合ったオペレーターを見つけることです。 Operator の使用を開始すると、kubectl コマンドを使用して特定の操作を実行できます。

構成された resourceName を見つけるには、kubectl get resourceName を使用できます。その後、kubectl edit resourceName/example-resource を実行してリソースを変更できます。 Operator を使用すると、必要に応じて高度な構成の変更を含め、クラスターにあらゆる種類の変更を加えることができます。いくつかのリポジトリから既製のオペレーターを取得することもできます。

もちろん、独自のオペレーターで特定の機能を処理したい場合は、いつでもコーディングできます。 Kubernetes API のクライアントとして Operator を作成することで、より多くの機能にアクセスし、すべてのデプロイメント、管理、およびメンテナンス タスクを自動化できます。 kubebuilder や Operator Framework などのツールを使用することもできます。