Blogpost vom 19. Juni 2019
Kubernetes. Plattform für Plattformen
Containerisierung? Microservices? Kubernetes? Braucht man das wirklich? Ist das nicht ein ziemlicher Overhead für die meisten Anwendungen? Solche Fragen hörte man in den letzen fünf Jahren sehr häufig. Oft zu Recht, weil es früher sehr aufwändig war, alle diese Konzepte unter einem Hut zu bringen. Mittlerweile hat sich dies geändert. Technologien wie Docker sind Mainstream geworden, Microservice-Frameworks gibt es wie Sand am Meer, Cloud-Anbieter sind bezahlbar. Und wenn wir nach Lösungen suchen, all das zu managen, landen wir bei Kubernetes.
Skalierbare, ausfallsichere, containerisierte, in der Cloud lebende Anwendungen sind mittlerweile Standard. Sie bringen durch ihre Flexibilität einen entscheidenden Vorteil gegenüber Anwendungen, die sich nur schwerfällig an steigende oder fallende Anforderungen anpassen können. Wenn man früher mehr Kapazitäten für einen Dienst benötigte, war das oft mit einem langwierigen Prozess und dem Kauf eines zusätzlichen Servers verbunden. Selbst virtualisierte Server stießen bald an ihre Grenzen.
Durch die Containerisierung von Anwendungen ist man hier heute viel flexibler. Containerisierung bedeutet, dass man einzelne Anwendungen innerhalb einer linux-basierten Containerumgebung laufen lässt, die in sich nur Systeme bereithält, die von der Anwendung benötigt werden. Sie läuft somit isoliert vom unterliegenden Serverbetriebssystem und benutzt nur die ihr zugeteilten Ressourcen. Dies bringt den Vorteil, dass man Container sehr einfach skalieren kann, indem man je nach Bedarf mehrere Container der gleichen Anwendung laufen lässt, um etwa auf steigende Benutzerzahlen zu reagieren. Auf diese Weise lässt sich die Anwendung perfekt dem Bedarf anpassen, so dass man, gerade in der Cloud, nur die genutzte Rechenleistung bezahlt, und keine brachliegenden Server.
Microservices und Legacy Software
Anwendungen, die modular gebaut wurden und als Microservice-Architektur gestaltet sind, haben in diesem Modell entscheidende Vorzüge. Weil viele Teile der Anwendung unabhängig voneinander arbeiten, können diese viel einfacher containerisiert und unabhängig deployt bzw. skaliert werden. So lassen sich bei Lastspitzen nur die Teile skalieren, die gerade benötigt werden. Somit ist in einer verteilten Anwendung der Ressourcen-Footprint (CPUs und RAM-Verbrauch) viel besser steuerbar und sorgt so für eine Kosteneinsparung. Bei einer monolithischen Architektur hat man im Gegensatz dazu den Nachteil, dass das gesamte System komplett dupliziert werden muss.
Dies bedeutet allerdings nicht, dass Containerisierung in der Cloud für Legacy-Projekte oder monolithische Anwendungen keine Vorteile bringt. Zum Einen kann man auch bei containerisierten Monolithen durch andere anderen Vorteile punkten, wie etwa High Availibility oder eine einfache Integration in Release- und Deploy-Pipelines. Andererseits ist es oft möglich Monolithen sinnvoll aufzubrechen oder zumindest Front- und Backend-Systeme zu trennen. Auch die Komplexität eines alten Enterprise-Palastes lässt sich einfacher kontrollieren und handhaben, wenn man ihn in modulare Services aufteilt. Durch die Trennung der Zuständigkeiten (Seperation of Concern) erreichen wir auch hier eine bessere Wart- und Erweiterbarkeit, sowie meist auch ein besseres Security-Konzept in der Anwendung. Kubernetes hilft hier mit einer Vielzahl an unterstützenden Systemen oder einer leichteren Integrierbarkeit in Third-Party-Lösungen.
Tools, Release Management und CI/CD
Ein Nachteil, der bei Kubernetes oft genannt wird, ist seine Komplexität und die damit verbundene hohe Lernkurve beim Betrieb eines Kubernetes-Clusters. Mittlerweile muss man allerdings dazusagen, dass um Kubernetes herum inzwischen eine ganze Menge weiterer Technologien und Frameworks entstanden ist, welche die Komplexität einer Cluster-Orchestrierung kontrollierbar machen. So bieten fast alle großen Cloud-Anbieter gemanagete Kubernetes-Cluster an, so dass sich ein Softwareteam stärker auf die Entwicklung anstatt auf die Administration konzentrieren kann. Kubernetes unterstützt dazu selbst die Integration von Cloud-APIs, so dass Cloud-Dienste automatisiert werden können.
Dazu gibt es Release-Management-Tools von Drittherstellern wie etwa Helm, welche die Versionierung von Releases und Builds vereinfachen, sowie die Monitoring-Lösungen Prometheus, Grafana oder Instana usw., welche die Observability des Gesamtsystems verbessern.
Die Integration von Kubernetes in CI/CD-Pipelines mit No-Downtime-Strategien ist ebenso machbar wie die Möglichkeiten von Canary-Updates oder Tests, wo nur ein kleiner Teil der Nutzer ein Update zu Testzwecken zur Verfügung gestellt bekommt, so dass im Falle von Bugs schnell zurückgerollt werden kann.
Fazit
In der Softwareentwicklung sind verteilte, skalierbare Anwendungen nicht mehr wegzudenken. Die Infrastruktur in der Cloud zu kennen, die Containerisierung von Services und vor allem die Entscheidung, wie Software modular geschnitten werden muss, sind mittlerweile grundlegende Aufgaben. Kubernetes hat sich als Open-Source-Orchestrierungsplattform genau dafür als Standard durchgesetzt und ermöglicht es Entwicklern, ihre Dienste zu beschreiben und perfekt in eine Cluster-Infrastruktur einzubetten.
Durch die Trennung von Zuständigkeiten einzelner Services lassen sich bei sich weiterentwickelnden Anwendungen Features schneller implementieren (z. B. in Feature-Teams) und Abhängigkeiten aufbrechen. Durch automatische Skalierung und Provisionierung bietet Kubernetes außerdem eine effiziente Ressourcenverwaltung und Flexibilität. Man ist nicht an diverse Cluster-Anbieter gebunden, kann diese sogar mixen oder nicht-kubernetes-gemanagte Anwendungen einfach integrieren.
Der meiner Meinung nach größte Vorteil von Kubernetes liegt allerdings beim Endbenutzer. Denn eine gut verteilte Anwendung bedeutet eine extrem hohe Ausfallsicherheit und Verfügbarkeit der gebotenen Leistung. Um also auf die Fragen vom Anfang zurückzukommen, ob man Kubernetes wirklich braucht, lautet die Antwort: Ja, absolut. Die Art der Softwareentwicklung und Infrastruktur-Architektur wird sich immer weiterentwickeln, doch die Konzepte von Kubernetes lösen schon heute einen Großteil der Probleme, die sich in den letzten Jahrzehnte auf diesem Weg ergeben haben.
