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Docker管理ツール、Kubernetes、etcd、flannel、cAdvisorの概要とインストール、基本的な使い方：Docker運用管理製品／サービス大全（3）（1/6 ページ）

数多く台頭しているDockerの運用管理に関する製品／サービスの特長、使い方を徹底解説する特集。今回は、グーグルが主導で開発しているOSSであるKubernetes、flannel、cAdvisorの概要や主な機能、環境構築方法、使い方について。

[澤井健，株式会社NTTデータ] PC用表示 関連情報
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Kubernetesとは、flannelとは、cAdvisorとは

　数多く台頭しているDockerの運用管理に関する製品／サービスの特長、使い方を徹底解説する本特集「Docker運用管理製品／サービス大全」。今回は、グーグルが主導で開発しているKubernetes、flannel、cAdvisorの概要と使い方を解説します。

　内容は、2015年6月の記事執筆時のもので、対象ソフトウエアのバージョンは下記です。前回も触れましたが、それぞれの役割と共に記載しておきます。全てOSS（オープンソースソフトウエア）です。なお環境構築手順の紹介で扱うDocker自体のバージョンは1.6を使っています。

  • Kubernetes（バージョン0.17）：Dockerコンテナー管理フレームワーク
  • flannel（バージョン0.41）：Kubernetesを使うために作られた、それぞれのホストにサブネットを付与するオーバレイネットワーク。複数ホストのコンテナー間の連携を実現する
  • cAdvisor（バージョン0.15.1）：コンテナーリソースを監視するOSS。Kubernetes 0.17になる前はKubernetesに含まれていたが、現在は独立したソフトウエアになっている

　なお、次回紹介する「Google Container Engine（GKE）」はKubernetesの管理サービスです。

Docker、Kubernetes、etcd、flannelの構成概要

　Kubernetesはグーグルが提供するDockerのコンテナー管理フレームワークです。Docker Engineが動作するホストを用意する必要があり、そのホストにKubernetesをインストールしてDockerのクラスター環境を構築します。

　Kubernetesはデプロイメント、メンテナンス、アプリケーションのスケーリングの基本機能を提供します。内部的にはGo言語（golang）＋シェルスクリプトでできているようです。

　Kubernetesの構成概要を下に記します。

　KubernetesはDocker、etcd、flannelと連携して複数ホスト間のコンテナーアプリケーション管理を実現します。

　etcdは設定情報共有とサービス検出のための分散KVSです。Master（後述）の情報を永続化するために使用されます。MasterもMinion（後述）も、このetcdに接続されており、「watch」機能を利用して設定情報が全ノードに速やかに反映されます。Kubernetesはetcdをノード（Minion）の管理に使用して、flannelは各ホストのDockerホストのIPアドレス帯の管理に使用します。なおetcdは、Go言語で書かれています。

　etcdを起動するとクライアント受付用のポート（-addr、default：4001）、etcd同士のコミュニケーション用のポート（-peer-addr、default：7001）の2種類を待ち受けます。

　後述の「Kubernetesの作成手順（ホスト間連携）」ではMinionがMasterのetcdに接続します。

　Kubernetesの構成を下記に整理します。

Pod

　KubernetesではDockerコンテナーを「Pod」という単位でまとめています。ストレージやIPアドレスなど、複数のコンテナーで共有しなければならないリソースがあるときに、1つのPodで定義します。Pod内のコンテナーは必ず同じホストにデプロイされます。

Master

　MasterはKubernetesクラスターをコントロールするプロセス群です。コンテナー数が増えればMinionを増やせばよく、APIが忙しくなってきたらMasterを増やすイメージです。

　なおKubernetesの機能では、Masterの多重化はできません。ただし、情報の保存場所であるetcdは複数のMasterからアクセス可能なので、あらかじめMasterのホストを複数作っておくことは可能です。

  • Kubernetes API Server

　kube-apiserver、kube-schedulerで構成されており、Kubernetesの3つのオブジェクト（Pod、Service、ReplicationController）に対するRESTでの操作を受け付けてetcdに保存します。それと、Minionに対するPodのスケジューリングと、Podの情報（PodがどのMinionにいるか、どのポートをEXPOSEしているか）とService設定を同期します。

　kubecfg／kubectlコマンドは、ここのRESTを実行するものです。

  • Scheduler

　未スケジュールのPodをMinionに配置します。

  • ReplicationController

　Podの多重度を設定し継続的に監視調節します。自動でPodの数を削除したたり立ち上げたりして調節します。

  • Kubernetes Controller Manager Server

　etcdにあるReplicationControllerオブジェクトを監視（watch）して、変化があったらKubernetes APIを叩いてReplicationを発動させます。

Minion

　Minionは、Dockerコンテナーが配置、実行されるWorkerノードです。Minionの中では、Docker、Kubelet、Kubernetes Proxyが動いています。

  • Kubelet

　Minionをコントールするエージェントです。MasterのAPIサーバーから情報を受け取りcontainer manifest（コンテナーマニフェスト）に従いコンテナーを起動します。

  • Kubernetes Proxy

　Serviceで設定された通りに、TCPとUDPをPodに転送するためのネットワークプロキシです。

Service

　Podの通信のエンドポイントを既定します。ServiceはDocker空間のIPとポートを持っており、PodはServiceにアクセスすることでPod間の通信を可能にします。また、Serviceはロードバランサーの機能を持っており、リクエストをレプリケーションされているPodに振り分けます。

　ただし、Serviceが持つIPはDockerのIP空間内のため外部（インターネットなど）からアクセスすることはできません。バージョン 1.0ではServiceが外部のIPからの受け口を持つことができるようになるようです。「NodePort」と「LoadBalancer」の2種類の機能が提供されます。

　NodePortは、ホストのPortとリンクさせる方法です。Dockerのexpose設定と同じ振る舞いになります。LoadBalancerは外部のロードバランサーのIPアドレスを指定して、そこからの通信を受け取る設定になるようです。ただし、この場合は外部のロードバランサーが必須になります（Kubernetesでは、この外部のロードバランサーは提供しません）。

　Serviceの実行環境としては、各ホストで動作しています。Masterを停止させた状態でMinionの動作を見てみたところ、MinionのPodは正常に動作していました。MinionのPodはService経由でデータを渡しているため、各MinionにServiceが存在します。

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