Kubernetes

Einleitung

In diesem aiMOOC beschäftigen wir uns mit Kubernetes, einem leistungsfähigen Open-Source-System zur Automatisierung der Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von containerisierten Anwendungen. Kubernetes, oft kurz als K8s bezeichnet, hat die Art und Weise, wie Software entwickelt und betrieben wird, grundlegend verändert. Dieser Kurs führt Dich durch die Grundlagen von Kubernetes, erklärt seine Kernkonzepte, Architektur und bietet einen Einblick in seine Funktionsweise. Egal, ob Du ein Entwickler, Systemadministrator oder einfach nur ein Technikenthusiast bist, dieser Kurs wird Dir helfen, die Grundlagen von Kubernetes zu verstehen und wie Du es nutzen kannst, um containerisierte Anwendungen effizient zu verwalten.

Was ist Kubernetes?

Kubernetes ist ein Open-Source-Tool, das für die Automatisierung der Bereitstellung, Skalierung und des Betriebs von containerisierten Anwendungen entwickelt wurde. Es wurde ursprünglich von Google entwickelt und später der Cloud Native Computing Foundation (CNCF) übergeben, um eine breitere Unterstützung und Adoption zu fördern. Kubernetes ermöglicht es Dir, Anwendungscontainer über einen Cluster von Maschinen hinweg zu verwalten, um eine hohe Verfügbarkeit und Skalierbarkeit zu gewährleisten.

Kernkonzepte von Kubernetes

Pods

Pods sind die kleinsten Einheiten, die in Kubernetes erstellt, bereitgestellt und verwaltet werden. Ein Pod repräsentiert eine oder mehrere Anwendungscontainer, die auf demselben Host laufen und gemeinsame Ressourcen nutzen können.

Services

Ein Service in Kubernetes ist eine Abstraktion, die einen logischen Satz von Pods definiert und eine Policy zur Zugriffskontrolle auf sie darstellt. Services ermöglichen es, dauerhafte Netzwerkadressen für Kommunikation zu nutzen.

Deployments

Deployments bieten eine höhere Ebene der Managementfunktionalität für Pods und ReplicaSets. Ein Deployment ermöglicht es Dir, den gewünschten Zustand Deiner Anwendung zu beschreiben und Kubernetes automatisiert die Änderungen an den Anwendungen.

Volumes

In Kubernetes sind Volumes Abstraktionen, die es ermöglichen, Speicherressourcen in Pods zu integrieren. Sie bieten einen persistenten Speicher, der unabhängig vom Lebenszyklus der Container besteht.

Kubernetes Architektur

Die Architektur von Kubernetes umfasst mehrere Komponenten, die zusammenarbeiten, um das System funktionsfähig zu machen. Zu diesen Komponenten gehören der Master Node, der die Steuerung und Koordination des Clusters übernimmt, und Worker Nodes, die die Anwendungen ausführen.

Vorteile von Kubernetes

o Flexibilität und Skalierbarkeit: Kubernetes ermöglicht die einfache Skalierung von Anwendungen je nach Bedarf. o Selbstheilung: Kubernetes kann fehlerhafte Container neu starten, Ersatz- oder zusätzliche Instanzen bereitstellen, um die Verfügbarkeit zu gewährleisten. o Portabilität und Multi-Cloud-Fähigkeit: Mit Kubernetes können Anwendungen über verschiedene Umgebungen und Cloud-Anbieter hinweg nahtlos betrieben werden.

Wie fängt man an?

Um mit Kubernetes zu beginnen, solltest Du grundlegende Kenntnisse in Docker und Containertechnologien haben. Die Installation eines Kubernetes-Clusters kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, z.B. über Minikube für lokale Tests oder über Cloud-Anbieter wie Google Kubernetes Engine (GKE), Amazon EKS oder Microsoft AKS, die verwaltete Kubernetes-Dienste anbieten.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was ist die kleinste Einheit, die in Kubernetes verwaltet wird? (Pod) (!Service) (!Deployment) (!Volume)

Welche Kubernetes-Komponente ist für die Steuerung des Clusters verantwortlich? (Master Node) (!Worker Node) (!Pod) (!Service)

Was ermöglicht ein Service in Kubernetes? (Eine dauerhafte Netzwerkadresse für Kommunikation) (!Das Speichern von Daten) (!Das Neustarten fehlerhafter Container) (!Die Skalierung von Anwendungen)

Wofür stehen die Abkürzungen GKE, EKS und AKS? (Verwaltete Kubernetes-Dienste von Google, Amazon und Microsoft) (!Containerformate) (!Datenbanklösungen für Kubernetes) (!Skriptsprachen für die Automatisierung)

Welcher Befehl wird typischerweise verwendet, um einen Kubernetes-Cluster zu erstellen? (kubectl create) (!docker run) (!podman create) (!kubernetes start)

Memory

Pod	Kleinste Einheit in Kubernetes
Service	Dauerhafte Netzwerkadresse
Deployment	Managementfunktionalität für Pods
Volume	Persistenter Speicher
Master Node	Steuerung des Clusters

Kreuzworträtsel

Kubernetes	Open-Source-System zur Verwaltung containerisierter Anwendungen
Pod	Kleinste Einheit in Kubernetes
Node	Ein Server im Kubernetes-Cluster
Volume	Speichereinheit in einem Pod
Service	Ermöglicht Netzwerkkommunikation zwischen Containern
Deployment	Automatisiert Änderungen an den Anwendungen
Skalierung	Anpassung der Ressourcennutzung nach Bedarf
Cloud	Umgebung, in der Kubernetes häufig eingesetzt wird

LearningApps

Lückentext

Offene Aufgaben

Leicht

Erstelle ein kleines Docker-Image: Baue ein einfaches Docker-Image und lade es in eine Registry hoch.
Installiere Minikube auf deinem Rechner: Richte Minikube auf deinem Rechner ein und starte einen einfachen Kubernetes-Cluster.
Erkunde die Kubernetes-Dokumentation: Besuche die offizielle Kubernetes-Webseite und erkunde die dort verfügbare Dokumentation.

Standard

Erstelle ein Kubernetes Deployment: Nutze kubectl, um ein Deployment auf deinem Minikube-Cluster zu erstellen.
Skaliere deine Anwendung: Experimentiere mit dem Skalieren deiner Anwendung im Cluster, indem du die Anzahl der Replicas änderst.
Konfiguriere einen Kubernetes Service: Erstelle einen Service, um den Zugriff auf deine Anwendung innerhalb des Clusters zu ermöglichen.

Schwer

Erstelle einen persistenten Volume Claim: Nutze Kubernetes Volumes, um persistente Speicherlösungen für deine Anwendung zu schaffen.
Automatisiere Deployments mit CI/CD: Integriere Kubernetes in deine CI/CD-Pipeline, um automatische Deployments zu ermöglichen.
Entwickle eine Multi-Container-Anwendung: Entwickle eine Anwendung, die aus mehreren Containern besteht und über Kubernetes orchestriert wird.

Lernkontrolle

Vergleiche Kubernetes mit Docker Swarm: Diskutiere die Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen Kubernetes und Docker Swarm.
Erkläre den Begriff "Self-Healing" in Kubernetes: Beschreibe, wie Kubernetes automatisch fehlerhafte Container behandelt und ersetzt.
Bewerte die Bedeutung von Services in Kubernetes: Erkläre, warum Services in Kubernetes wichtig sind und wie sie verwendet werden.
Untersuche die Rolle des Master Nodes: Erläutere die Funktionen des Master Nodes in einem Kubernetes-Cluster.
Erforsche Multi-Cloud-Strategien mit Kubernetes: Diskutiere, wie Kubernetes die Nutzung verschiedener Cloud-Anbieter erleichtert.

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