In der Welt der Cloud-nativen Anwendungen für industrielle Edge-Anwendungen kommt immer wieder eine Debatte auf: Container-Management versus Anwendungsorchestrierung über Edge-Geräte hinweg. Reichen Container allein aus oder benötigen Unternehmen ein Tool wie Kubernetes, um Container in der Produktion verwalten zu können? Die Antwort lautet: beides. Das Verständnis, wie sich diese Technologien ergänzen, ist entscheidend für den effizienten Betrieb moderner Infrastrukturen.

Die Rolle von Kubernetes

Kubernetes ist eine Open-Source-Plattform, die für die Orchestrierung containerisierter Anwendungen entwickelt wurde. Sie automatisiert die Bereitstellung, Skalierung und den Betrieb von Containern über Maschinencluster hinweg. Kubernetes, oft als "k8s" abgekürzt, fungiert als Kontrollschicht, die bestimmt, wo Container ausgeführt werden, wie sie kommunizieren und wie sie auf Änderungen der Nachfrage oder Ausfälle der Infrastruktur reagieren. Anstatt einzelne Container oder Server zu verwalten, definieren Ingenieure den gewünschten Zustand einer Anwendung, und Kuber-netes arbeitet kontinuierlich daran, diesen Zustand aufrechtzuerhalten.

Kubernetes gruppiert die Infrastruktur in Clustern, also Sammlungen von Maschinen, auf denen containerisierte Workloads ausgeführt werden. Ein Cluster umfasst in der Regel eine Steuerungsebene und Worker-Knoten. Die Steuerungsebene verwaltet den Gesamtzustand des Clusters. Sie stellt die Kubernetes-API bereit und plant Workloads, während sie sicherstellt, dass das System weiterhin der gewünschten Konfiguration entspricht. Worker-Knoten führen die von der Steuerungsebene zugewiesenen containerisierten Anwendungen aus. Durch diese Organisation der Infrastruktur kann Kubernetes Anwendungen auf vielen Maschinen verwalten und gleichzeitig eine einheitliche Betriebsschnittstelle bereitstellen.

Warum Kubernetes benötigt wurden

Container lösten das Problem der Anwendungspaketierung, aber der Betrieb einer großen Anzahl von Containern brachte neue betriebliche Herausforderungen mit sich. Moderne Anwendungen bestehen oft aus vielen verteilten Diensten, die auf mehreren Maschinen laufen. Die manuelle Verwaltung dieser Workloads würde die Koordination von Planung, Vernetzung, Skalierung, Updates und Fehlerbehebung erfordern. Kubernetes wurde entwickelt, um diese betrieblichen Aufgaben zu automatisieren. Durch die Abstraktion der Infrastruktur in Cluster und die Verwaltung von Containern über eine Steuerungsebene bietet es eine konsistente Möglichkeit, containerisierte Anwendungen in großem Maßstab zu betreiben.

Kernfunktionen von Kubernetes

Dank mehrerer Funktionen eignet sich Kubernetes besonders gut für den Betrieb großer Containerumgebungen. Ein Vorteil ist die automatische Skalierung. Anwendungen können horizontal skaliert werden, indem die Anzahl der ausgeführten Container erhöht oder verringert wird. Selbstheilende Systeme sorgen dafür, dass ausgefallene Container neu gestartet und Workloads neu geplant werden, wenn Knoten nicht mehr verfügbar sind. Durch Service Discovery und Lastenausgleich erhalten Dienste stabile Netzwerkidentitäten und der Datenverkehr wird auf verschiedene Instanzen verteilt. Mittels Speicherorchestrierung kann Kubernetes persistenten Speicher von verschiedenen Anbietern anbinden. Dank Infrastrukturabstraktion können Cluster in Cloud-, On-Premises- oder Hybrid-Umgebungen ausgeführt werden, wobei ein konsistentes Betriebsmodell beibehalten wird. Unternehmen profitieren von einer de-facto-Industriestandard-API, die von der Open-Source-Community definiert und in der herkömmlichen IT aktualisiert wird. Zudem steht ein großes bestehendes Open-Source-basiertes Ökosystem zur Verfügung, das von der Cloud Native Computing Foundation (CNCF) bereitgestellt wird. Eine Übersicht findet sich unter CNCF Landscape.

Zusammen ermöglichen diese Funktionen Unternehmen, Kubernetes als operatives Rückgrat der containerisierten Infrastruktur einzusetzen und die Ausführung von Anwendungen über verteilte Systeme hinweg zu koordinieren.

Container vs. Kubernetes: Eine falsche Dichotomie

Lange Zeit wurden Container und Kubernetes fälschlicherweise als konkurrierende Technologien dargestellt. Container lösen das Problem der Paketierung und Ausführung von Anwendungen in konsistenten Umgebungen. Kubernetes löst das Problem des Betriebs dieser Container in großem Maßstab. Mit anderen Worten: Container definieren, wie eine Anwendung ausgeführt wird, während Kubernetes definiert, wie viele, wo und unter welchen Bedingungen diese Container in einer verteilten Infrastruktur ausgeführt werden sollen.

Dieser Unterschied wird deutlich, sobald Container nicht mehr nur auf einem einzigen Rechner verwendet werden. Die lokale Ausführung von einem oder zwei Containern ist unkompliziert, aber in Produktionsumgebungen treten schnell Herausforderungen auf: die Verteilung von Workloads auf verschiedene Knoten, der Austausch ausgefallener Container, die bedarfsgerechte Skalierung von Anwendungen, die Verwaltung der Vernetzung zwischen Diensten und die Einführung von Updates ohne Ausfallzeiten.

Genau diese betrieblichen Probleme sollen mit Container-Orchestrierungssystemen gelöst werden. Kubernetes hat sich als die am weitesten verbreitete Lösung durchgesetzt, da es ein deklaratives Modell für die Verwaltung containerisierter Anwendungen über Maschinencluster hinweg bietet. Anstatt Container manuell zu starten und zu stoppen, definieren die Betreiber den gewünschten Zustand des Systems, beispielsweise, dass ein Dienst immer drei Replikate ausführen soll und Kubernetes arbeitet kontinuierlich daran, diesen Zustand aufrechtzuerhalten.