2022-06-20

Kubernetesのレプリカ

Kubernetesにおけるレプリカ

Kubernetesにおいて、レプリカは基本的にはPodのコピーです。複数のレプリカを作成することで、Kubernetesは指定された数の同一のPodが常に実行されることを保証します。これにより、アプリケーションの可用性が向上し、負荷分散と冗長性も容易に実現されます。

Podのレプリケーション

Kubernetesの世界では、Podの複製をレプリケーションと呼ぶことが一般的です。ReplicaSetの主な機能は、常に安定した一定数のレプリカPodが実行されるようにすることです。

自己修復能力

Kubernetesの注目すべき機能の一つは、その自己修復メカニズムです。ReplicaSetは、Podまたは一連のPodが常に稼働していることを保証します。Podが停止した場合、ReplicaSetは自動的に新しいPodを作成して、所望のレプリカ数を一定に保ちます。この自己修復プロセスにより、Kubernetes上で実行されるアプリケーションの信頼性と耐久性が向上します。

レプリカの自動配置とメンテナンス

Kubernetesは、ReplicaSetに基づいてレプリカの配置とメンテナンスを自動化します。これは、specで定義された仕様に基づいて行われます。実際の状態が所望の状態と一致しない場合、Kubernetesはその差を調整するために作業を行います。

Pod数の動的定義

Kubernetesのエコシステムはダイナミックかつ堅牢です。必要に応じてPodの数を拡大または縮小することができます。この機能は水平オートスケーリングと呼ばれ、実行中のPodの数を動的に調整することで、負荷の増減に対応します。

YAMLでのReplicaSetの定義

Kubernetesでは、ReplicaSetを含むオブジェクトの定義にYAMLを使用します。

HelloWorld ReplicaSetのYAML構成

KubernetesでReplicaSetを作成するための最初のステップは、YAMLファイルで構成を定義することです。この構成では、メタデータ（名前やラベルなど）、レプリカの所望数、ReplicaSetが構成要素を特定するセレクタ、およびPodに関する詳細が含まれます。

以下は、helloworld ReplicaSetを定義する簡単なYAMLファイルの例です。

replicaset.yaml

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: helloworld
  labels:
    app: helloworld
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: helloworld
  template:
    metadata:
      labels:
        app: helloworld
    spec:
      containers:
      - name: helloworld
        image: gcr.io/google-samples/hello-app:1.0

Minikubeの起動

ReplicaSetをデプロイする前に、Minikubeが実行されていることを確認する必要があります。次のコマンドを使用してMinikubeを起動します。

bash

$ minikube start

ReplicaSetとしてのPodの起動

YAMLファイルが準備できたら、kubectl applyコマンドを使用してReplicaSetを作成します。このコマンドは構成をクラスタに適用します。以下はhelloworld ReplicaSetを起動する方法です。

bash

$ kubectl apply -f replicaset.yaml

Podが起動したことを確認します。

bash

$ kubectl get pods

NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE
helloworld-4bf2r   1/1     Running   0          42s
helloworld-ssttm   1/1     Running   0          42s

helloworld ReplicaSetの2つのPodが作成されました。

ReplicaSetのリスト表示

ReplicaSetを起動した後は、現在の名前空間内の全てのReplicaSetをリスト表示して作成を確認できます。

bash

$ kubectl get replicaset

NAME         DESIRED   CURRENT   READY   AGE
helloworld   2         2         2       3m12s

このコマンドにより、新たに作成したhelloworld ReplicaSetを含む全てのReplicaSetのリストが返されます。

ReplicaSetのスケールアップ

Kubernetesでは、アプリケーションのスケーリングが容易に行えます。helloworld ReplicaSetのレプリカ数を増やすために、kubectl scaleコマンドを使用できます。

bash

$ kubectl scale --replicas=5 replicaset/helloworld

replicaset.apps/helloworld scaled

このコマンドにより、helloworld ReplicaSetのレプリカ数が5に更新されます。Kubernetesは、新しい所望の状態に一致するように追加のPodを作成します。

自己修復メカニズムのテスト

Kubernetesは、その設計に固有の堅牢な自己修復メカニズムで構築されています。KubernetesのReplicaSetの重要な機能の1つは、特定の数のレプリカPodが常に実行されていることを確保する能力です。ReplicaSet内のPodが停止したり削除された場合、ReplicaSetは自動的に新しいPodを作成して置き換えます。

Podの終了

これをテストするために、helloworld ReplicaSetから1つのPodを終了させ、何が起こるか観察します。kubectl delete podコマンドを使用して特定のPodを削除します。POD_IDの部分をhelloworld ReplicaSetのPodのIDに置き換えてください。

bash

$ kubectl delete pod POD_ID # In my case, POD_ID is helloworld-4bf2r for instance

pod "helloworld-4bf2r" deleted

新しいPodの自動生成の確認

これで、Podの状態を確認します。Kubernetesは、ReplicaSet内の1つのPodが欠落していることに気づくと、自動的に新しいPodを作成して所望のレプリカ数を維持するはずです。

bash

$ kubectl get pods

NAME               READY   STATUS    RESTARTS   AGE
helloworld-55kgl   1/1     Running   0          105s
helloworld-5kkdg   1/1     Running   0          105s
helloworld-drmmv   1/1     Running   0          9s
helloworld-n7sg9   1/1     Running   0          105s
helloworld-ssttm   1/1     Running   0          5m21s

このコマンドを実行すると、削除されたPodの代わりに新しいPodが作成されていることがわかります。これにより、Kubernetesの自己修復機能が示されます。これにより、サービスが障害に対して利用可能であり、耐障害性が確保されます。特に、高可用性と信頼性が重要な本番環境では、この機能が非常に重要です。