Aufbau von hochverfgbaren Systemen mit Kubernetes

Hochverfgbarkeit ist kein Luxus mehr, sondern eine Notwendigkeit fr die meisten modernen Anwendungen, insbesondere im SaaS-, Fintech- und Enterprise-Sektor. Kubernetes hat sich als ein entscheidender Faktor fr die Erreichung dieser Hochverfgbarkeit herausgestellt. In diesem Artikel tauchen wir tief in die technischen Details ein, wie man mit Kubernetes hochverfgbare Systeme aufbaut, mit realen Konfigurationen, Architekturen und Vorgehensweisen.

Kubernetes Cluster Architektur

Eine robuste Kubernetes Cluster Architektur ist grundlegend fr die Hochverfgbarkeit. Ein gut konfiguriertes Cluster umfasst mehrere Master-Nodes (Control Plane Nodes) und Worker-Nodes. Die Master-Nodes steuern und verwalten das Cluster, whrend die Worker-Nodes die Container ausfhren.

Mehrere Master-Nodes

Fr echte Hochverfgbarkeit sollten mindestens drei Master-Nodes ber verschiedene Verfgbarkeitszonen hinweg eingesetzt werden. Dies stellt sicher, dass bei Ausfall eines Master-Nodes oder einer ganzen Zone das Cluster weiterhin funktionsfhig bleibt.

ETCD-Cluster

ETCD, die Datenbank, die den Zustand des Clusters speichert, muss ebenfalls hochverfgbar konfiguriert werden. Eine Konfiguration mit mindestens drei ETCD-Instanzen ber verschiedene Zonen hinweg ist hier empfehlenswert.

CI/CD und Deployment-Strategien

Die Implementierung von Continuous Integration und Continuous Deployment (CI/CD) Pipelines ist entscheidend fr die Aufrechterhaltung der Hochverfgbarkeit, indem sie schnelle und zuverlssige Software-Updates ermglicht.

Rolling Updates

Kubernetes untersttzt Rolling Updates out-of-the-box, was bedeutet, dass neue Versionen einer Anwendung schrittweise eingefhrt werden, ohne dass es zu Ausfallzeiten kommt.

Blue/Green Deployment

Fr kritische Anwendungen kann ein Blue/Green Deployment sinnvoll sein, bei dem die neue Version parallel zur alten Version bereitgestellt wird und der Traffic nach erfolgreichen Tests umgeleitet wird.

Monitoring und Alerting

Ohne ein umfassendes Monitoring- und Alerting-System ist es unmglich, die Hochverfgbarkeit zu gewhrleisten. Tools wie Prometheus fr Monitoring und Alertmanager fr Alerting sind hier von entscheidender Bedeutung.

Prometheus Configuration

global:
  scrape_interval: 15s
  external_labels:
    monitor: 'codelab-monitor'

scrape_configs:
  - job_name: 'kubernetes-apiservers'
    kubernetes_sd_configs:
    - role: endpoints
    scheme: https
    tls_config:
      ca_file: /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/ca.crt

Fallstudie: Ein Fintech-Startup

Ausgangslage

Ein Fintech-Startup hatte mit langen Deployment-Zeiten von ber 60 Minuten und einer hohen Frequenz von Incidents zu kmpfen, die durchschnittliche Uptime lag bei 98,5%.

Implementierung

Das Unternehmen entschied sich fr die Implementierung von Kubernetes, um eine CI/CD-Pipeline mit GitLab und automatisiertem Rolling Update, sowie ein Monitoring-System mit Prometheus und Alertmanager aufzubauen.

Ergebnis

Die Deployment-Zeit wurde auf unter 10 Minuten reduziert, die Incident-Frequenz halbierte sich, und die Uptime verbesserte sich auf 99,9%. Zustzlich wurden die Betriebskosten um 20% gesenkt.

Typisches Problem: Fehlkonfiguration des Pod Autoscaling

Ein typisches Problem ist die Fehlkonfiguration des Horizontal Pod Autoscalers (HPA), die dazu fhrt, dass Pods nicht schnell genug skaliert werden, um Spitzenlasten zu bewltigen. Dies kann durch eine unzureichende Definition von Metriken und Schwellenwerten verursacht werden.

Auswahlkriterien fr Lsungen

Kriterium	Beschreibung
Skalierbarkeit	Muss dynamisch auf Lastnderungen reagieren knnen.
Fehlertoleranz	Sollte in der Lage sein, den Ausfall einzelner Komponenten zu verkraften, ohne die Gesamtverfgbarkeit zu beeintrchtigen.
Wartbarkeit	Systeme sollten einfach zu aktualisieren und zu warten sein.
Kosten	Implementierungen sollten kosteneffizient sein, sowohl in Bezug auf die initiale Einrichtung als auch den laufenden Betrieb.

Was tun morgen?

Audit der aktuellen Infrastruktur: berprfen Sie, wie Ihre aktuelle Infrastruktur aufgebaut ist und identifizieren Sie potenzielle Schwachstellen.
Aktuelle Metriken aufzeichnen: Messen Sie die aktuellen Deployment-Zeiten, Uptime und die Hufigkeit von Incidents.
Engpsse identifizieren: Suchen Sie nach Engpssen in Ihren CI/CD-Prozessen oder Ihrer Infrastruktur.
Abhngigkeiten und Integrationen auflisten: Erstellen Sie eine Liste aller externen Dienste und wie sie integriert sind.
Ein Pilot-Service fr die Automatisierung auswhlen: Whlen Sie einen Service aus, der fr die Automatisierung mit Kubernetes geeignet ist.
Den aktuellen Deployment-Prozess dokumentieren: Beschreiben Sie Schritt fr Schritt, wie Ihre Deployments derzeit ablaufen.
Typische Probleme und deren Konsequenzen dokumentieren: Notieren Sie, welche Probleme regelmig auftreten und welche Auswirkungen sie haben.

Durch die Umsetzung dieser Schritte knnen Sie einen klaren Fahrplan fr die Implementierung von hochverfgbaren Systemen mit Kubernetes erstellen.