De wereld van softwareontwikkeling heeft in het afgelopen decennium een duizelingwekkende transformatie ondergaan. Van monolithische applicaties naar microservices, van fysieke servers naar containers, van handmatige implementatie naar continue integratie en implementatie (CI/CD). In deze transformatie speelde containertechnologie een cruciale rol, terwijl het systeem dat een nieuw tijdperk van containerbeheer opende Kubernetes was.
Wat is Kubernetes? Is het alleen een orchestratiesysteem? Of is het een infrastructuurstandaard die een revolutie teweegbrengt in softwaredistributie? In dit artikel zullen we elk aspect van Kubernetes behandelen, van de basisprincipes tot geavanceerde gebruiksscenario's...
De Ontstaan en Ontwikkelingsproces van Kubernetes
Kubernetes is een moderne, openbare versie van het interne systeem Borg, dat jarenlang door Google is gebruikt. Borg was een gigantisch platform dat duizenden applicaties op honderdduizenden servers kon laten draaien. Google wilde deze ervaring delen met de open-source wereld en kondigde Kubernetes in 2014 aan.
Kubernetes werd al snel onder de Cloud Native Computing Foundation (CNCF) geplaatst. De CNCF is een gemeenschapsgestuurde organisatie die de ontwikkeling van Kubernetes ondersteunt. Tegenwoordig is Kubernetes een platform met een enorme ecosysteem dat wordt ondersteund door alle grote cloudproviders zoals AWS, Azure en Google Cloud.
De Filosofie van Kubernetes: Declaratieve Infrastructuur
Een van de kenmerken die Kubernetes bijzonder maakt, is de aanneming van een declaratieve benadering. Bij traditionele methoden definieert de systeembeheerder elke stap handmatig (imperatief). In Kubernetes definieert de ontwikkelaar of DevOps-engineer "hoe het systeem eruit zou moeten zien"; Kubernetes neemt zelf de stappen die nodig zijn om dat te bereiken.
Dit maakt de infrastructuur idempotent (herhaalbaar met hetzelfde resultaat). Dat wil zeggen, als er een probleem in het systeem ontstaat, probeert Kubernetes automatisch terug te keren naar de gedefinieerde staat.
De Basisarchitectuur van Kubernetes
We hebben eerder de componenten van Kubernetes in grote lijnen gedefinieerd. Laten we nu wat dieper ingaan op de details.
Control Plane (Beheervlak)
Het Control Plane, het zenuwcentrum van Kubernetes, bestaat uit de volgende diensten:
· kube-apiserver: De centrale API-eindpunt waar alle componenten mee communiceren.
· etcd: Een gedistribueerde key-value database. De status van Kubernetes wordt hier opgeslagen.
· kube-scheduler: Wijs pods toe aan geschikte nodes. Houdt rekening met veel criteria, zoals CPU, geheugen, node labels en affiniteit/anti-affiniteit regels.
· controller-manager: Een orchestrator die controleloop zoals ReplicaSet, DaemonSet en NodeController beheert.
Node (Werkpunten)
Nodes zijn fysieke of virtuele machines waar applicaties op draaien. Op elke node zijn de volgende componenten aanwezig:
· kubelet: Agent die communiceert met het Control Plane.
· container runtime: Docker, containerd of andere containeruitvoerders.
· kube-proxy: Beheert netwerkverkeer en zorgt voor IP-toewijzingen voor services.
Basisconcepten van Kubernetes
Pod
Een Pod is de kleinste eenheid die Kubernetes kan uitvoeren. Containers binnen dezelfde Pod delen hetzelfde IP-adres, opslagruimte en levenscyclus. Meestal is er slechts één applicatiecontainer per Pod.
ReplicaSet
Zorgt ervoor dat een bepaald aantal Pods altijd actief is. Als er bijvoorbeeld een webapplicatie met drie replicas aanwezig is, zal het systeem onmiddellijk een nieuwe creëren als er één crasht.
Deployment
Beheert ReplicaSets. Wordt gebruikt om versies van applicaties te beheren, rollende updates uit te voeren en rollbacks mogelijk te maken.
Service
Aangezien Pods dynamisch worden gemaakt en verwijderd, zijn de IP-adressen variabel. De Service abstract deze variabiliteit en maakt het mogelijk om applicaties te bereiken via een vast DNS-adres. Typen van Services zijn:
· ClusterIP: Biedt toegang alleen vanuit het cluster.
· NodePort: Maakt toegang van buiten mogelijk.
· LoadBalancer: Creëert een load balancer die door de cloudprovider wordt ondersteund.
Namespace
Wordt gebruikt om bronnen logisch te scheiden. Biedt geïsoleerd beheer van bronnen in verschillende omgevingen zoals "dev", "test", "prod".
Geavanceerde Componenten
StatefulSet
Ontworpen voor applicaties die afhankelijk zijn van de staat, zoals databases. Geeft Pods permanente en vaste identificaties.
ConfigMap en Secret
Worden gebruikt om applicatieconfiguraties en gevoelige informatie (wachtwoorden, API-sleutels) buiten de container op te slaan.
DaemonSet
Zorgt ervoor dat dezelfde Pod op elke node draait. Wordt vaak gebruikt voor logverzamelaars (fluentd), node-monitoren (node-exporter).
CronJob
Voert geplande taken uit. Bijvoorbeeld een back-upproces om elke nacht om 3 uur.
Gebruiksscenario's uit de Echte Wereld
1. Microservices Architectuur
Elke functie van een e-commercewebsite (catalogus, betaling, gebruikersbeheer) kan als afzonderlijke microservice op Kubernetes worden gedeployed. Deze services worden geïsoleerd, onafhankelijk en schaalbaar beheerd.
2. CI/CD Automatisering
Wanneer er een git push wordt uitgevoerd, wordt automatisch een nieuwe afbeelding gemaakt, getest en naar Kubernetes gedeployed. Dit proces wordt geïntegreerd met tools zoals ArgoCD of Jenkins-X.
3. Machine Learning Distributies
GPU-ondersteunde nodes worden gebruikt voor modeltraining. Na de training kan het model worden verpakt als container en op Kubernetes worden gepubliceerd als API (MLOps).
4. Hybride Cloud Scenario's
Met Kubernetes kan dezelfde infrastructuur zowel in een on-premise datacenter als bij de gewenste cloudprovider draaien. Dit zorgt voor draagbaarheid en onafhankelijkheid.
Bewakingsperspectief
De beveiliging van Kubernetes moet met een gelaagde aanpak worden benaderd:
-RBAC (Role-Based Access Control) voor gebruikers- en service-autorisatie.
-Pod Security Policies / Admission Controllers voor controle op pod-niveau.
-Netwerkbeleid om het verkeer tussen pods te limiteren.
-Beeldscanning om kwaadaardige afbeeldingen te blokkeren.
-Bovendien worden secrets meestal versleuteld in etcd opgeslagen, maar kunnen ook worden beheerd met systemen zoals HashiCorp Vault.
Monitoring en Observabiliteit
Voor de observatie van systemen die op Kubernetes draaien, is de populaire combinatie:
· Prometheus: Voor het verzamelen van metrics.
· Grafana: Voor visuele dashboards.
· Alertmanager: Voor alarmproductie.
· Fluentd / Loki / ELK Stack: Voor logverzameling en -analyse.
Bovendien kan er met de integratie van OpenTelemetry gedistribueerde observatie (tracing) worden uitgevoerd.
Het Kubernetes Ecosysteem
Hoewel Kubernetes op zichzelf krachtig is, is er een grote ecosysteem van tools die het aanvullen:
| Categorie |
Tools |
| Packaging |
Helm, Kustomize |
| GitOps |
ArgoCD, Flux |
| Monitoring |
Prometheus, Grafana, Loki |
| Service Mesh |
Istio, Linkerd, Consul |
| Testautomatisering |
Kube-bench, kube-hunter, Chaos Mesh |
| Ontwikkelaar Tools |
Skaffold, Tilt, Okteto |
De Leerreis van Kubernetes
Een roadmap van beginner naar gevorderde:
· Leer de concepten: Pod, Service, Deployment, Volume.
· Zet een lokale cluster op met Minikube: Voor experimentele installaties.
· Oefen met het schrijven van YAML.
· Leer over Helm en CI/CD-integratie.
· Ga verder naar geavanceerde onderwerpen zoals monitoring, beveiliging, HPA.
· Gebruik het in een echt project.
Conclusie
Kubernetes is een platform dat de regels van het spel in de moderne wereld van applicatieontwikkeling en -distributie heeft veranderd. Dankzij de automatisering, draagbaarheid, flexibiliteit en ondersteuning vanuit de gemeenschap is Kubernetes niet alleen een tool, maar ook een infrastructuurcultuur geworden.
Steeds meer organisaties verplaatsen hun applicaties naar Kubernetes. Daarom is kennis van Kubernetes een strategische investering voor softwareontwikkelaars, systeemingenieurs en DevOps-specialisten.
