2022.01.24

Kubernetes とは？概要、機能、メリット、活用事例まで徹底解説！

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近年、クラウドの普及とともにコンテナ技術の重要性が高まっています。コンテナを活用することで開発環境の構築を効率化でき、スピード感のある開発が可能になります。

そして、コンテナオーケストレーションシステムとして注目を集めているのが Kubernetes です。コンテナオーケストレーションシステムとは、コンテナの運用・開発を効率化するためのシステムです。

Kubernetes もコンテナオーケストレーションシステムの一種であり、コンテナ化されたワークロードやサービスを管理するためのオープンソースのプラットフォームです。 Kubernetes という言葉を聞いたことがあっても、詳しい内容を理解している方は少ないのではないでしょうか。

そこで今回は、コンテナの基礎的な知識から Kubernetes の概要、機能、メリット、活用事例まで一挙にご紹介します。自社でコンテナ活用を検討している方はぜひ最後までご覧ください。

コンテナとは？

Kubernetes を考える上ではコンテナを正しく理解する必要があります。

コンテナとは、ホスト OS 上にアプリケーション、ライブラリ、設定ファイルなどをひとまとめにしたものであり、アプリケーションの動作環境を仮想的に構築する技術の一種です。

従来の仮想化では、1つの仮想環境の中に OS を含めたすべてのリソースを一から構築していました。しかし、開発現場においては同一の OS を利用するシーンが多く、開発する度にすべての環境を一から構築するのは非効率な場面もありました。

このような課題を解決したのがコンテナ技術です。コンテナ環境では、アプリケーションを動かすための CPU やメモリをそれぞれ独立した「コンテナ」の単位で管理するため、独立した仮想環境を実現しながらも OS 関連のリソースを無駄に使うことはありません。

つまり、コンテナは仮想マシンと比較して少ないリソースでアプリケーションを構築・実行できるため、自社リソースの最適化に繋がるだけでなく、よりスピーディーに仮想環境を構築することが可能になります。

その一方で、コンテナはホスト OS ごとに独立したコンテナ環境を構築するため、複数ホストで運用する場合は管理が煩雑になります。そこで有効なソリューションとなるのが、今回ご紹介する Kubernetes というツールです。

仮想化とコンテナ化の違いは以下の記事が参考になります。
コンテナ化とは？仮想化との違いやメリット、デメリット、ユースケースまで詳しく紹介！

Kubernetes とは？

概要

Kubernetes とは、コンテナの運用管理および自動化を実現するためのオープンソースソフトウェア（OSS）であり、一般的には「コンテナオーケストレーションシステム（ツール）」と呼ばれています。

コンテナにはアプリケーションを実行する機能が備わっていますが、コンテナの管理や別サーバーとの連携はできません。 Kubernetes はこれらの課題を解決するためのツールです。

例えば、2つ以上のコンテナを運用する場合、ネットワークやストレージなどの連携管理が必要になりますが、 Kubernetes はこれらの管理を行うことができ、仮にコンテナやアプリケーションにトラブルが発生したときでも慌てることなく運用を継続することが可能です。

仕組み

Kubernetes には、複数のコンテナを管理するための Pod というものが存在します。 Pod は Kubernetes におけるアプリケーションの最小単位であり、 Pod の中に複数のコンテナを同時に追加することが可能です。「複数コンテナが集約されている部屋」をイメージすると理解しやすいと思います。

そして、複数の Pod がノード（アプリケーションを実行するためのマシン）の中に集約されており、そのノードが集まったものがクラスタと呼ばれています。クラスタは Kubernetes 構造において最上位に位置する部分であり、クラスタから直接コンテナに指示を出すことでシステム全体の効率を高めています。

仕組み

アーキテクチャ

Kubernetes はコントロールプレーンコンポーネント、ノードコンポーネント、アドオンという3つのコンポーネントが連携することによって動作します。コントロールプレーンコンポーネントではクラスタのコントロールプレーンを提供し、クラスター全体の管理を行います。また、ノードコンポーネントでは、コンテナを実行する環境を提供します。

アーキテクチャ
※画像引用元：【トップゲート主催】ゲーム業界様向けGCP活用のポイント〜Google Kubernetes Engine編〜

Docker との違い

Kubernetes と混同しやすいものとして Docker が挙げられます。誤解しやすいポイントなので、簡単に Kubernetes と Docker の違いをご説明します。

Docker とは、コンテナを利用してアプリケーションを実行するためのソフトウェアであり、コンテナのデファクトスタンダードとして広く活用されているものです。コンテナを扱うという意味では両者は共通していますが、実行される場所と利用用途が明確に異なります。

Kubernetes はクラスタで実行されるものであり、各コンテナを管理するために利用されます。一方、 Docker は単一ノードで実行されるものであり、アプリケーションを各コンテナに分離するために使われます。

	Kubernetes	Docker
実行場所	クラスタ	単一ノード
利用用途	コンテナの管理	アプリケーションをコンテナへ分離

このように Kubernetes と Docker はそれぞれ異なる特徴を持っています。混同されやすいですが、両者は明確に異なるものであるとご理解ください。そして、これらはどちらか一方を利用するのではなく、コンテナ活用のプロセスの中で連携して使われるという点も重要なポイントです。

Docker の具体的な活用イメージは以下の記事で詳しく解説しています。
【GCP入門編・第7回】知らなきゃ損！ Google Container Engine (GKE) での Dockerイメージを使ったコンテナの起動方法！

Kubernetes の機能

負荷に応じた自動スケーリング

Kubernetes では負荷に応じてコンテナを自動でスケーリングさせることが可能です。従来の仮想マシンよりも迅速に立ち上がり、通常は数十ミリ秒〜数秒程度で起動します。また、必要に応じて手動でのスケーリングも可能なため、急激なアクセス数の増加にも慌てずに対応できます。

ローリングアップデート

Kubernetes では、新しいコンテナをリリースする際に、サービスの停止を伴って一度に切り替えるのではなく、段階的にアップデートすることによってサービス断を回避する考え方があります。この方法はローリングアップデートと呼ばれており、古いバージョンのコンテナと新しいバージョンのコンテナを混在させ、徐々に移行していくことで実現しています。

ローリングアップデート
※画像引用元：【トップゲート主催】ゲーム業界様向けGCP活用のポイント〜Google Kubernetes Engine編〜

障害時の自動復旧

Kubernetes では、障害が発生してコンテナが停止した場合には自動で再起動されるように設計されています。そのため、コンテナの復旧を考慮する必要はなく、運用コストや作業の手間を軽減することができます。

Kubernetes のメリット

新機能のリリースを効率化できる

Kubernetes を利用することで、アプリケーションの公開やロールバックなどを自動化できます。また、仮にアプリケーションに不具合が見つかった場合、修正後のバージョンへ入れ替える作業も自動で行うことが可能です。

そのため、 Kubernetes を使えばアプリケーションの新機能リリースを柔軟かつ効率的に実現できます。消費者ニーズが多様化している現代において、この点は大きなメリットであると言えるでしょう。

オンプレミスとクラウドのどちらでも利用できる

Kubernetes はオンプレミスとクラウドのどちらの環境でも利用可能です。オンプレミスであれば、 Kubernetes を動かすためのソフトウェアやハードウェアが用意されていますし、クラウドであればパブリッククラウド上で Kubernetes を動かすためのサービスが提供されています。

つまり、環境依存を考慮する必要はなく、どのような場所でも Kubernetes を使用することが可能になります。自社の状況に応じて様々なシーンで使える点は Kubernetes のメリットの一つであると言えます。

高速かつ軽量に起動させることができる

Kubernetes は OS やミドルウェアなどのソフトウェアのスタックをパッケージ化することで、従来の仮想マシンと比較して動きを軽量化し、高速な起動を実現しています。

そのため、アプリケーションの効率的な開発が可能になり、自社の生産性向上に大きく寄与します。アプリケーションは市場のニーズが変化する前にリリースすることが重要です。その意味では、開発スピードを加速できる Kubernetes はとても貴重な存在です。

柔軟にスケーリングできる

Kubernetes には Pod の水平オートスケーリング（Horizontal Pod Autoscaling）という機能が搭載されており、状況に応じて自由にリソースを調整できます。

そのため、自社のビジネス規模に合わせて柔軟な運用が可能になります。リソースの最適化を図ることができ、余計なコストを削減できる点も Kubernetes の大きなメリットの一つであると言えるでしょう。

将来性が明るい

Kubernetes は元々 Google が所有していたプロジェクトですが、現在はオープンソースのプラットフォームとして存在しており、業種や規模を問わずに様々な企業が利用しています。

数多くの開発者が日々 Kubernetes の研究開発を行なっており、これから先も新しい技術が生まれると予想されているため、将来性は明るいと言えるでしょう。

セキュリティを強化できる

Kubernetes にはセキュリティを強化するための機能が備えられており、パスワードや OAuth トークン、 SSH キーなどの機密情報を安全に保管・管理することが可能です。

また、構成管理の面でも安全性を担保しており、コンテナイメージを一から再作成することなくアプリケーションの構成情報を更新できるため、スタック構成における機密情報の漏洩リスク低減に繋がります。

Kubernetes の活用事例

有名なフリマアプリ「メルカリ」を展開している株式会社メルカリ（以下メルカリと記載）では、開発現場において Kubernetes を活用しています。

メルカリでは Kubernetes の導入により、インフラを細かく考慮せずに開発をスタートできるようになりました。 Kubernetes ではすべてがマニフェストで管理されているため、人間が都度作業をしなくても自律的に理想の状態になるように動いてくれます。

例えば、常に3つのコンテナを動作させたい場合、特に面倒な作業をしなくても自動的にその状態を保ってくれます。これらの Kubernetes のメリットを最大限に活用することで、通常2ヶ月かかる開発をわずか1ヶ月足らずで完成できたそうです。

このように、メルカリは Kubernetes を使うことで開発における大幅な生産性向上を実現しています。

なお、本事例は Google Cloud 公式ブログ「株式会社メルカリの導入事例：Kubernetes を駆使したマイクロサービス化でグローバルサービスの開発効率を劇的に向上」を参照しています。

Kubernetes を利用するなら Google Cloud （GCP）がオススメ

自社で Kubernetes の利用を検討する場合は Google Cloud （GCP）がオススメです。 Google Cloud （GCP）とは、 Google が提供しているパブリッククラウドサービスです。

Kubernetes　は元々 Google が所有していたプロジェクトであるため、 Google Cloud （GCP）との親和性が非常に高いです。前章で事例をご紹介したメルカリも「 Kubernetes との相性が良い」という理由で Google Cloud （GCP）をプラットフォームとして選択しています。

Google Cloud （GCP）では、 Google Kubernetes Engine （以下 GKE と記載）というマネージドサービスを提供しています。マスターノードは GKE が管理を行うため、ユーザー側は管理の必要がありません。

GKE はコンソールを利用してクラスターを容易に構築でき、負荷に応じたノードの自動スケーリングも可能となっています。また、 Google Cloud （GCP）のサービスアカウントや IAM を連携して権限を制御するなど、セキュリティを強化するための機能も多く実装されています。

さらに、ロードバランサーとの連携によるネットワークトラフィックの負荷分散やロギング・モニタリングなど、利用企業にとって嬉しいポイントが数多く存在します。

このように GKE は、自社の構築や運用の負荷を軽減しながら、 Kubernetes 環境としてクラウド上で利用できるコンテナのプラットフォームとなっています。 Google Cloud （GCP）の各種機能とも容易に連携でき、様々なことを実現できるため、 Kubernetes を活用する上では GKE が有力な選択肢になると言えるでしょう。

ここで、簡単に GKE の利用料金についても触れておきます。 GKEでは、クラスタの管理料金と、ワーカーノードに対して発生する料金の合計が実際に課金される料金となります。

クラスタの管理料金は1時間、1クラスタあたり 0.10米ドルの管理手数料が発生し、1つの請求アカウントにつき1つのゾーンクラスタが無料で利用できます。また、それに加えてワーカーノードが稼働する Compute Engine の利用料金が発生します。

以下の記事で GKE の2021最新情報を詳しくご紹介しています。
Google Kubernetes Engine （ GKE ）の2021最新機能を一挙紹介！さらに便利で使いやすくアップデート？