Skalierbare Container-Infrastrukturen

Das Handbuch für Planung und Administration. Inkl. Container-Orchestrierung mit Kubernetes und OpenShift
4. Auflage 2023
ISBN: 978-3-8362-9753-0
Verlag: Rheinwerk Verlag GmbH

Buch, Deutsch, 1148 Seiten, Format (B × H): 202 mm x 246 mm, Gewicht: 2174 g

Reihe: Rheinwerk computing

Kubernetes-basierte Container-Cluster und die über sie bereitgestellten Microservices sind längst zum Standard in aktuellen IT-Landschaften geworden. Sie ermöglichen flexible und resiliente Infrastrukturen mit einem extrem hohen Automationsgrad und können selbst komplexeste Applikations-Stacks effizient orchestrieren, verwalten und skalieren, egal ob in der Cloud oder On-Premises. Damit bilden sie in vielen Unternehmen die Foundation für autoskalierbare Infrastrukturen, beispielsweise für vollautomatisierte CI/CD- und GitOps-Systeme oder für GPU-beschleunigte KI/ML-Modelle

Die vierte, komplett überarbeitete Auflage der seit vielen Jahren bewährten Container-Referenz liefert Ihnen praxiserprobte Anleitungen und tiefes, fundiertes Profi-Know-how, um strategisch wichtige Architekturentscheidungen mit solidem Background-Wissen zu treffen.

Aus dem Inhalt:

- Container: Einsatzgebiete, Planungsstrategien, Kubernetes in Multi-/ Hybrid-Cloud-Umgebungen

- Kubernetes-Architektur im Detail, LTS-Betrachtungen, Produkte und Kosten

- Trusted Registries, Security-Konzepte, automatisiertes Zertifikatsmanagement, Backup und Disaster Recovery

- Integration von IDM-Backends per Keycloak via Operator

- Maximale Infrastruktur-Automation, Air-gapped/Offline-Installation und Betrieb

- FinOps/Kostenkontrolle, Wirtschaftlichkeitsaspekte, Sustainability

- Planung, Installation und fortgeschrittene Orchestrierung hochverfügbarer Kubernetes- und OpenShift-Cluster, On-Premises und in der Cloud

- Metrics, Monitoring und Logging

- Services, Ingress, Cloud-native API-Gateways und Service Meshes

- Maximale In-Cluster Automation: Operatoren für hunderte Applikationsstacks, eigene Operatoren und Operator-Bundles erstellen und bereitstellen

- Autoskalierbare KI/ML-taugliche Kubernetes Cluster mit Datacenter-GPUs von NVIDIA

- Enterprise-taugliche CI/CD-Pipelines und GitOps, Progressive Delivery mit Analysis

Autoren/Hrsg.

Liebel, Oliver

Fachgebiete

• Mathematik | Informatik EDV | Informatik Betriebssysteme Virtuelle Maschinen, Virtualisierung

Inhaltsverzeichnis

1.  Catch-22 ... 39       1.1 ... Vorbemerkungen ... 43
       1.2 ... Kernziele und rote Fäden ... 45
       1.3 ... Was dieses Buch sein soll und was nicht ... 46
       1.4 ... Wie dieses Buch zu lesen ist ... 46
       1.5 ... Docker-Replacement-Tools ... 48Teil I.  Strategische Vorbetrachtungen, Foundations und Preflights ... 51  2.  Grundsätzliche strategische Fragen ... 53       2.1 ... Worum geht es? ... 53
       2.2 ... Überblick: Container- und Infrastruktur-Konzepte ... 54
       2.3 ... Generelle Infrastruktur-Fragen: Cloud vs. On-Prem, Managed Kubernetes, Managed Server, hybrider Mischbetrieb ... 58
       2.4 ... Maximale Vollautomation -- IaC, Operatoren, GitOps ... 66
       2.5 ... Registries ... 73
       2.6 ... Ganzheitliche Security -- High-Level View ... 76Teil II.  Kubernetes-Architektur, Core-Concepts, Workloads und Day 1 Operations ... 87  3.  Kubernetes ... 89       3.1 ... Kubernetes im Überblick ... 89
       3.2 ... Vanilla Kubernetes und das traurige Thema LTS ... 91
       3.3 ... Kubernetes-Komponenten ... 100
       3.4 ... Dienste auf allen Node-Typen: Kubelet, Container-Engine, Overlay-Netze, Proxies ... 103
       3.5 ... Dienste auf den Kubernetes-Master-/Controlplane-Nodes ... 106
       3.6 ... Etcd als Key/Value-Store in Kubernetes-basierten Clustern ... 112
       3.7 ... Networking in Kubernetes ... 118
       3.8 ... Windows-Nodes in Kubernetes-Clustern? ... 121
       3.9 ... Container-Engines für Kubernetes ... 126  4.  Kubernetes-Setup-Varianten im kompakten Überblick ... 131       4.1 ... Optionen und Grad der Verwaltbarkeit ... 131
       4.2 ... Setup-Ansätze (Auszüge) ... 133
       4.3 ... Zeitsynchronisation ... 137
       4.4 ... Instance Sizing ... 137  5.  Kubernetes-Cluster-Setups (Cloud) ... 141       5.1 ... GKE ... 142
       5.2 ... EKS ... 158
       5.3 ... AKS ... 160
       5.4 ... Vergleichstabelle für Managed-Kubernetes-Angebote ... 164  6.  Kubernetes: Deployment-Tools und -Konzepte, API-Foundations, Manifest- und CLI-Handling ... 165       6.1 ... Überblick: Tools zum Deployment von Kubernetes-Ressourcen ... 165
       6.2 ... Helm und Kustomize -- the Big Short ... 167
       6.3 ... Editoren und Tools: VI(M), Visual Studio Code und K9s ... 172
       6.4 ... Grundlegende Verfahren zum Erstellen von Workloads ... 176
       6.5 ... Grundlagen zu kubectl ... 178
       6.6 ... kubectl-Operations ... 188
       6.7 ... Debugging von Kubernetes-Ressourcen ... 198  7.  Kubernetes-Cluster: Day 1 Operations -- Core-Workloads ... 201       7.1 ... Namespaces: Foundations ... 201
       7.2 ... Namespaces: Multi-Tenancy- und Security-Aspekte ... 207
       7.3 ... Pods und Container ... 210
       7.4 ... Pod-Sidecar-Patterns und das Applikations-Design ... 220
       7.5 ... Pods und Init-Container ... 222
       7.6 ... Pod- und Container-Security ... 225
       7.7 ... Pod-/Container-Attribute über Umgebungsvariablen nutzen ... 231
       7.8 ... Überblick: ConfigMaps, ServiceAccounts und Secrets ... 233
       7.9 ... ConfigMaps ... 234
       7.10 ... ServiceAccounts ... 245
       7.11 ... Secrets ... 249
       7.12 ... Jobs ... 255
       7.13 ... Label, Selektoren und Annotations ... 260
       7.14 ... Deployments ... 265
       7.15 ... DaemonSets ... 275
       7.16 ... StatefulSets ... 279
       7.17 ... Entscheidungshilfe: Wann Deployment, wann DaemonSet, wann StatefulSet? ... 282
       7.18 ... Update-Strategien für Pods im Überblick ... 284
       7.19 ... Kubernetes: Autorisierung/RBAC ... 289
       7.20 ... Kubernetes-Volumes und dynamische Storage-Provisionierung ... 296
       7.21 ... Storage für cloudbasiertes Kubernetes: GKE, EKS und AKS ... 323
       7.22 ... Services ... 327
       7.23 ... Ingress ... 358Teil III.  Skalierbare Container-Cluster mit Kubernetes: Day 2 Operations ... 365  8.  Day 2 Operations: In-Cluster-Vollautomation mit Operatoren -- Foundations ... 367       8.1 ... Vorbetrachtungen: Zwei Operator-spezifische Hauptkapitel ... 367
       8.2 ... CustomResourceDefinitions ... 368
       8.3 ... Operatoren unter Kubernetes ... 382
       8.4 ... Operator-Typen und Maturitäts-Level: Helm vs. Ansible vs. Go ... 387
       8.5 ... Operator-Typen im funktionalen Vergleich: Ansible vs. Go ... 391
       8.6 ... Operator-Preflights: OLM -- wer überwacht die Wächter? ... 392
       8.7 ... Operator-Management ... 396
       8.8 ... Hands on: PostgreSQL-Operator (Level 5) ... 401  9.  Kubernetes-Cluster: Day 2 Operations -- Pod-Lifecycle, De-Scheduling, Tenancy und Limits ... 411       9.1 ... Pod-Lifecycle und Health-Checks ... 411
       9.2 ... (De-)Scheduling: Überblick ... 429
       9.3 ... (De-)Scheduling: Constraints -- Node-Selektoren, Pod Topology Spread Constraints ... 438
       9.4 ... (De-)Scheduling: (Anti-)Affinity, Taints und Tolerations ... 443
       9.5 ... (De-)Scheduling: QoS-Classes, Compute Resource Requests und Limits ... 450
       9.6 ... (De-)Scheduling: Pod-Priorities ... 469
       9.7 ... (De-)Scheduling: PodDisruptionBudgets ... 474
       9.8 ... (De-)Scheduling: Node-Kapazitäten ... 483
       9.9 ... De-Scheduling und HA-Abstinenz: Descheduler und Re-Balancing ... 485
       9.10 ... Namespaces und (Compute-)Resource-Limits ... 490
       9.11 ... Namespaces und NetworkPolicies ... 50110.  Kubernetes-Cluster: Day 2 Operations -- DNS, Certificates, API-Gateways ... 513       10.1 ... ExternalDNS für externe Hostnamenauflösung ... 513
       10.2 ... Automatisierte Zertifikatserzeugung (alle Plattformen): Cert-Manager ... 519
       10.3 ... Gateway-API ... 536
       10.4 ... API-Gateway: Foundations ... 541
       10.5 ... API-Gateway: Beispiel-Setup (GKE) ... 543
       10.6 ... API-Gateway: Beispiel-Setup mit Kong (alle Plattformen) ... 55111.  Kubernetes-Cluster: Day 2 Operations -- Metrics, Monitoring, Logging, APM/Observability, Autoscaler ... 563       11.1 ... Kubernetes-Standard-Metriken: Metrics Server und kube-metrics ... 563
       11.2 ... Log-Erfassung und mehr unter Kubernetes: Elastic ... 566
       11.3 ... Log-Erfassung und mehr unter Kubernetes: Loki -- Grafana-Logging ... 584
       11.4 ... Cluster-Monitoring mit Prometheus ... 589
       11.5 ... Federated Prometheus mit Thanos ... 615
       11.6 ... Tracing mit Jaeger ... 625
       11.7 ... Full-Stack-Monitoring: APM und Observability ... 627
       11.8 ... HPA -- Horizontaler Pod-Autoscaler ... 640
       11.9 ... Custom-Metrics-Autoscaling mit KEDA und HPA ... 650
       11.10 ... Vertical Pod Autoscaler ... 665
       11.11 ... Multidimensionales Pod-AutoScaling (GKE) ... 678
       11.12 ... Cluster-Autoscaling ... 67812.  Kubernetes-Cluster: Day 2 Operations -- Meshes, Authentication, Debugging, Backup/Recovery ... 681       12.1 ... Service-Meshes ... 681
       12.2 ... Kubernetes: Authentifizierung und Autorisierung (Keycloak-basiert) ... 692
       12.3 ... Debugging und Troubleshooting ... 709
       12.4 ... Backup und Disaster-Recovery ... 710Teil IV.  Vollautomation und Resilienz mit eigenen Operatoren ... 72113.  Day 3 Operations: In-Cluster-Vollautomation mit Operatoren -- Advanced Concepts ... 723       13.1 ... Operator-SDK, OLM und weitere Konzepte ... 723
       13.2 ... Ansible oder Go? ... 727
       13.3 ... Operator-Build-Demo: Level-5-Operator in Go ... 733
       13.4 ... Operator-Bundle für den L5-Operator erzeugen ... 745
       13.5 ... Index/Catalog (für L5-Operator und andere) erzeugen ... 749
       13.6 ... Hands-On: Memcached-Operator mit Ansible ... 756
       13.7 ... Diverses ... 760Teil V.  High-Level-Setup- und Orchestrierungs-Tools für Kubernetes-basierte Container-Infrastrukturen ... 76314.  Red Hat OpenShift ... 765       14.1 ... Vorbetrachtungen und Historisches ... 765
       14.2 ... Lizenzierung und Lifecycle ... 767
       14.3 ... OpenShift, das Enterprise-Kubernetes in »ready to use« ... 77315.  OpenShift-Setup ... 775       15.1 ... Generelle Vorbetrachtungen und Vorbereitungen ... 775
       15.2 ... Setup von OpenShift 4.12 (IPI) auf AWS ... 789
       15.3 ... Setup von OpenShift 4.12 (IPI) auf GCP ... 795
       15.4 ... Setup von OpenShift 4.13 (IPI) auf vSphere ... 798
       15.5 ... Post-install Tasks und Day 2 Operations für OpenShift ... 808
       15.6 ... Disconnected/Air-Gapped-Installation und der Betrieb ... 81316.  OpenShift-Administration ... 819       16.1 ... CLI-Tools ... 819
       16.2 ... Administration per GUI ... 823
       16.3 ... OpenShifts Cluster-Operatoren ... 824
       16.4 ... OpenShift-Networking im Überblick ... 826
       16.5 ... Authentifizierung und Autorisierung unter OpenShift ... 830
       16.6 ... Authentifizierung und Autorisierung: Security Context Constraints ... 834
       16.7 ... Imagestreams ... 841
       16.8 ... OpenShift-Router ... 845
       16.9 ... OpenShift-Router: Ingress-Operator und Ingress-Controller ... 847
       16.10 ... Egress-Limitierung und Priorisierung ... 864
       16.11 ... DNS-Customizing ... 870
       16.12 ... MachineConfigs, Machines, MachineSets und Scaling ... 871
       16.13 ... Cluster-Autoscaler und Machine-Autoscaler ... 879
       16.14 ... Customisierte MachineSets für spezielle Instanztypen -- (z. B. GPU- oder Storage-Nodes) erzeugen ... 884
       16.15 ... Infrastructure-Nodes in OpenShift ... 890
       16.16 ... HA für das OpenShift-Controlplane mit ControlPlaneMachineSets ... 894
       16.17 ... OpenShift-Upgrades: Foundations ... 897
       16.18 ... OpenShift-Upgrades: EUS Upgrades ... 899
       16.19 ... Interaktive OpenShift-Workshops ... 903Teil VI.  Day 3 Operations: Cluster-Federation, Security, CI/CD-GitOps-Systeme, SDS und mehr ... 90517.  Day 3 Operations: Multi-Cluster-Management und Federated Cluster ... 907       17.1 ... Historisches ... 907
       17.2 ... Multi-Cluster-Management mit Red Hat Advanced Cluster Management ... 909
       17.3 ... Setup und grundlegende Cluster-Verwaltung per RHACM ... 914
       17.4 ... Services, Ingress und Gateways in Multi-Cluster-Umgebungen ... 927Teil VII.  Virtualisierung, Security und GitOps ... 93318.  Day 3 Operations: VMs in Kubernetes/OpenShift-Cluster einbinden ... 935       18.1 ... KubeVirt -- VMs als Container ... 93619.  Day 3 Operations: Container-Security -- Full-Featured Security-Stacks ... 947       19.1 ... Vorbetrachtungen zu Security-Lösungen ... 948
       19.2 ... NeuVector ... 950
       19.3 ... RHACS -- Red Hat Advanced Cluster Security für OpenShift ... 95620.  Day 3 Operations: Container-Security -- Advanced Secret Management ... 961       20.1 ... EncryptionConfiguration für Secrets und andere Objekte ... 962
       20.2 ... Secret Encryption unter GKE und EKS ... 963
       20.3 ... HashiCorp Vault ... 964
       20.4 ... Setup des Vault Clusters ... 973
       20.5 ... Vault PKI Secrets Engine ... 995
       20.6 ... Sealed Secrets (Bitnami) ... 998Teil VIII.  Vollautomatisierte CI/CD-GitOps-Pipelines ... 100321.  Day 3 Operations: CI/CD-Pipelines und GitOps ... 1005       21.1 ... GitOps ... 1005
       21.2 ... GitOps mit Tekton (CI-Fokus) ... 1009
       21.3 ... Tekton-Setup ... 1017
       21.4 ... Beispiele für Tekton Pipeline (Pi-Calculator, Build, Push & Deploy) ... 1022
       21.5 ... Tekton Pipelines unter OpenShift (OpenShift Pipelines) ... 1026
       21.6 ... GitOps mit Argo CD (CD-Fokus) ... 1033
       21.7 ... Argo Rollouts ... 1042Teil IX.  Software-Defined Storage für verteilte Container-Infrastrukturen ... 105922.  Day 3 Operations: Software-Defined Storage für Container-Cluster ... 1061       22.1 ... SDS-Funktionsprinzipien ... 1061
       22.2 ... Ceph ... 1064
       22.3 ... Ceph: Storage-Bereitstellungsverfahren für Container-Cluster ... 1067
       22.4 ... Containerized SDS -- Ceph per Rook ... 1068
       22.5 ... Setup von Rook ... 1072
       22.6 ... Rook-Administration ... 108423.  Day 3 Operations: Kostenkontrolle in Kubernetes/OpenShift-Clustern (FinOps) ... 1105       23.1 ... FinOps ... 110624.  Day 3 Operations: GPU-beschleunigte KI/ML-Container-Infrastrukturen ... 1113       24.1 ... GPUs und autoskalierbare KI/ML-Stacks ... 1113
       24.2 ... Konkrete Einsatzszenarien und Kosten ... 1115
       24.3 ... NVIDIAs GPU-Operator ... 1118
       24.4 ... GKE-Cluster mit NVIDIA-A100-Instanzen und MIG-Partitionierung ... 1121
       24.5 ... OpenShift-Cluster mit NVIDIA-A100-GPUs in der GCP ... 1128
       24.6 ... AKS- und EKS-Cluster mit NVIDIA-GPUs ... 113125.  The Road ahead ... 1133  Index ... 1135

Über Autor(innen)

Liebel, Oliver
Dipl.-Ing. Oliver Liebel ist LPI-zertifizierter Linux-Enterprise-Experte und
offizieller Business Partner von SUSE und Red Hat. Als Dozent, Autor, Berater und Projektleiter ist er seit vielen Jahren für namhafte Unternehmen, internationale Konzerne und Institutionen auf Landes- und Bundesebene tätig. Dabei blickt er auf 25 Jahre Berufserfahrung zurück.