Kubernetes: Unnötige Komplexität oder der Schlüssel zur Skalierung?

Was ist eigentlich Kubernetes und braucht man das? Das Thema ist komplex und betrifft viele Unternehmen, deshalb schauen wir in diesem Artikel ein wenig anders auf die Thematik. Es wird hier nicht nur auf die technischen Finessen eingegangen, auch wenn das extrem wichtig ist. Wir versuchen Kubernetes mit seinen Details aus Sicht eines Entwicklerteams zu beleuchten. Dieses fiktive Team erläutert die Hintergründe, Vorteile und Herausforderungen von Kubernetes. (Die Handlung und alle handelnden Personen sind frei erfunden. Jegliche Ähnlichkeit mit lebenden oder realen Personen wären rein zufällig)

„Wir brauchen Kubernetes!“ – Oder doch nicht?

Als Lena, Senior DevOps-Engineer in einem aufstrebenden SaaS-Unternehmen, den Vorschlag macht, ein Kubernetes Cluster einzuführen, sieht sie sofort gemischte Reaktionen.

👨‍💻 Der CTO nickt begeistert. „Kubernetes? Super, das nutzen doch alle großen Player!“
💰 Der CFO runzelt die Stirn. „Was kostet uns das?“
🛠️ Die Entwickler verdrehen die Augen. „Noch ein kompliziertes Tool? Wir nutzen doch schon Docker!“

Lena steht vor einem Dilemma: Setzt sie auf bewährte, aber limitierte Lösungen oder wagt sie den Sprung in die orchestrierte Zukunft?

Willkommen in der Kubernetes-Debatte – einer Diskussion, die in Unternehmen weltweit geführt wird. Was ist Kubernetes? Braucht wirklich jeder Kubernetes oder verursacht es nur unnötige Komplexität?

Was ist Kubernetes? Die Geschichte dahinter

Kubernetes (häufig als K8s abgekürzt) ist eine Open-Source-Plattform zur Orchestrierung von Containern. Es wurde 2014 von Google veröffentlicht und basiert auf deren interner Lösung Borg, mit der Google seine riesigen Rechenzentren verwaltete. Heute wird Kubernetes von der Cloud Native Computing Foundation (CNCF) betreut und ist der De-facto-Standard für Container-Orchestrierung.

Kubernetes vs. Docker – Wo liegt der Unterschied?

Nach der Einleitung bleiben die Entwickler skeptisch: „Aber wir nutzen doch schon Docker – warum brauchen wir dann noch Kubernetes?“

Lena holt tief Luft. Diese Frage kommt immer: 
„Docker und Kubernetes sind nicht dasselbe – sie ergänzen sich.“

Docker ist eine Container-Laufzeitumgebung. Es ermöglicht Entwicklern, Anwendungen in isolierten Containern zu verpacken und auf verschiedenen Systemen auszuführen – sei es lokal, auf einem Server oder in der Cloud. Aber Docker allein verwaltet keine Cluster, es orchestriert keine Anwendungen über mehrere Maschinen und kann nicht automatisch skalieren.

Kubernetes hingegen ist eine Orchestrierungsplattform. Es verwaltet und skaliert Container über viele Maschinen hinweg, stellt sicher, dass sie fehlerfrei laufen, und ermöglicht Load Balancing sowie automatisierte Deployments.

„Docker erstellt die Container, Kubernetes verwaltet sie.“

Lena verweist die Entwickler, CTO und CFO auf die tolle Beschreibung zu dem Thema “Was ist Docker?” von Qytera, um mehr Verständnis über die Thematik zu gewinnen.

Der CTO ist interessiert. „Also, wenn wir nur ein paar Container haben, brauchen wir Kubernetes nicht unbedingt?“

„Genau! Aber sobald wie viele Container auf verschiedenen Servern verteilen und automatisiert verwalten wollen, wird Kubernetes fast unverzichtbar.“

Die Hauptkonzepte von Kubernetes – wie es wirklich funktioniert

Lena weiß, dass ihr Team nur dann überzeugt sein wird, wenn sie ihnen nicht nur erklärt, was Kubernetes ist, sondern auch wie es funktioniert. Daher erklärt sie die einzelnen Komponenten nun etwas genauer.

1️⃣ Pods – die kleinste Einheit in Kubernetes

Ein Pod ist die kleinste deploybare Einheit in Kubernetes. Er kann einen oder mehrere Container enthalten und stellt sicher, dass Anwendungen innerhalb eines Kubernetes Clusters zuverlässig laufen. Fällt ein Pod aus, wird er automatisch neu gestartet.

Lena erklärt es mit einer einfachen Analogie: „Stellt euch Kubernetes wie Bausteine in einem Lego-Set vor– Ein Pod ist wie ein zusammengebautes Lego-Modul. Es kann aus mehreren Steinen (Containern) bestehen. Wenn ein Modul beschädigt wird, kann es schnell durch ein identisches ersetzt werden. Man nimmt einfach neue Teile, die genauso aussehen, aus der großen Lego-Kiste heraus.“

2️⃣ Nodes – die Infrastruktur hinter Kubernetes

Kubernetes läuft auf Nodes, die entweder physische oder virtuelle Maschinen sein können. Dabei unterscheidet man zwischen Control Planes, die das Cluster steuern, und Worker Nodes, auf denen die Anwendungen laufen.

Lenas Team überlegt, ob sie eigene Server betreiben oder eine Cloud-Lösung wie AKS (Azure Kubernetes Service) oder EKS (Amazon Elastic Kubernetes Service) nutzen sollen. Beides ist gut.

3️⃣ Services – Kommunikation zwischen Containern

Pods sind dynamisch – sie können jederzeit gestartet oder gestoppt werden. Doch Anwendungen müssen trotzdem stabil und erreichbar bleiben. Hier kommen Services ins Spiel.

Ein Service erstellt eine statische IP-Adresse und einen DNS-Namen für eine Gruppe von Pods, sodass andere Teile der Anwendung zuverlässig mit ihnen kommunizieren können – selbst wenn sich die zugrunde liegenden Pods ändern.

Lena erklärt: „Denkt an einen Telefonweiterleitungsdienst. Wenn ein Pod die Nummer wechselt, leitet der Service die Anrufe automatisch an die neue Nummer weiter, ohne dass jemand etwas davon merkt. Oder vielleicht eine Art GPS für unsere Microservices.“

Ein Entwickler hebt die Hand: „Wenn es eine automatische Weiterleitung gibt, wohin denn genau, wenn es mehrere Nodes gibt? Sorgen Services auch für Load Balancing?“

Lena nickt: „Ja und nein. Ein Kubernetes Service verteilt den Traffic gleichmäßig auf die zugehörigen Pods, aber wenn du fortgeschrittenes Load Balancing brauchst, solltest du einen Ingress-Controller oder eine externe Load-Balancer-Lösung wie AWS ELB oder Azure Load Balancer nutzen.“

4️⃣ Deployments – Automatisierte Updates & Skalierung

Kubernetes nutzt Deployments, um Anwendungen auszurollen, zu aktualisieren und zu verwalten. Ein Deployment definiert, wie viele Pods einer Anwendung laufen sollen und wie Kubernetes mit Rolling Updates oder Rollbacks neue Versionen bereitstellt.

„Angenommen, ihr wollt ein Update ausrollen“, sagt Lena. „Mit einem Rolling Update tauscht Kubernetes schrittweise alte Pods gegen neue aus, ohne dass es zu einem Ausfall kommt. Falls etwas schiefgeht, kann Kubernetes automatisch zurück zur vorherigen Version wechseln.“

Ein Entwickler lehnt sich zurück: „Also müssen wir keine Deployments mehr mitten in der Nacht manuell anstoßen oder fixen?“

„Genau“, bestätigt Lena. „Kubernetes gibt euch die Kontrolle, ohne dass ihr um drei Uhr morgens wach werden müsst, um einen fehlerhaften Container neu zu starten.“

Was hat Kubernetes mit DevOps zu tun?

Nach der technischen Einführung bleibt eine Frage offen: Warum ist Kubernetes eigentlich so eng mit DevOps verknüpft? Man hört kein anderes Tool, was so eng verknüpft zu sein scheint. Gerade das Thema Deployments aus CI/CD-Sicht und zukünftige Wartbarkeit bleiben spannende Themen in den Diskussionen.

Lena macht ihrem Team klar: "Ohne DevOps-Prozesse ist Kubernetes nur ein weiteres Tool. Die wahre Magie passiert, wenn Kubernetes mit modernen Softwareentwicklungspraktiken kombiniert wird."

1️⃣ Automatisierung von Deployments (CI/CD)

Kubernetes spielt perfekt mit CI/CD-Pipelines zusammen, die in Tools wie GitHub Actions, GitLab CI/CD oder Jenkins konfiguriert werden.

Änderungen im Code werden automatisch getestet und in Kubernetes deployed. Das bedeutet schnellere Releases und weniger manuelle Arbeit.

Der CTO ist begeistert. „Das heißt also: Weniger Aufwand, mehr Fokus auf die Entwicklung?“ – Genau!

2️⃣ Infrastructure as Code (IaC) mit Helm & Terraform

Viele Unternehmen setzen auf Infrastructure as Code (IaC), um ihre Kubernetes-Infrastrukturen effizient und reproduzierbar zu verwalten. Dabei kommen besonders drei Tools zum Einsatz: Helm, Kustomize und kubectl.

Helm ist der Paketmanager für Kubernetes und ermöglicht es, Anwendungen als sogenannte Helm Charts bereitzustellen. Dadurch können komplexe Kubernetes-Deployments mit nur einem einzigen Befehl installiert, aktualisiert und verwaltet werden – ohne mühsam lange YAML-Dateien manuell schreiben zu müssen.

Kustomize bietet eine alternative Methode zur Konfigurationsverwaltung in Kubernetes, indem es bestehende YAML-Dateien patcht und überlagert, anstatt sie vollständig zu ersetzen. Das macht es besonders nützlich für Umgebungs-spezifische Anpassungen (z. B. verschiedene Staging- und Produktionskonfigurationen).

Zusätzlich bleibt kubectl, das Kubernetes-eigene CLI, das wichtigste Werkzeug, um Kubernetes-Objekte zu verwalten, Ressourcen zu überwachen und Deployments durchzuführen.

Terraform wird zwar manchmal für Kubernetes-Cluster verwendet, sorgt jedoch oft für zusätzliche Komplexität. Statt Terraform empfiehlt sich für AWS-Umgebungen eher eksctl, das speziell für die Verwaltung von Amazon EKS-Clustern entwickelt wurde. Terraform bleibt dennoch nützlich für die Bereitstellung von Cloud-Komponenten außerhalb von Kubernetes, wie Netzwerke, Load Balancer oder Datenbanken.

Egal welches Tool: alle Konfigurationen gehören ins Source Code Management-System (SCM), meistens Git. Deswegen spricht man hier auch oft von GitOps.

Ein DevOps-Ingenieur überlegt: „Also können wir unsere Konfigurationen besser wiederverwenden und verwalten, ohne ständig alles neu schreiben zu müssen?“

Lena nickt: „Genau – mit Helm und Kustomize lassen sich Kubernetes-Deployments modular und effizient verwalten.“

3️⃣ Skalierbarkeit und Hochverfügbarkeit

Ein großer Vorteil von Kubernetes für DevOps-Teams ist die Skalierbarkeit. Kubernetes kann Anwendungen dynamisch an die Last anpassen und sorgt dafür, dass Workloads gleichmäßig verteilt werden. Sollte ein Container abstürzen, wird er automatisch neu gestartet, sodass die Anwendung stabil bleibt.

Lenas Team erkennt schnell: „Mit Kubernetes müssen wir uns weniger um Server-Ausfälle oder Lastspitzen kümmern.“

Die Vor- und Nachteile von Kubernetes – Kann Lena das Team überzeugen?

Vorteile von Kubernetes

Nachdem Lena die Vorteile von Deployments in Kubernetes und die Verknüpfung mit DevOps genauer erklärt hat, bleiben die Führungskräfte im Raum nachdenklich.

Der CTO lehnt sich nach vorne: „Das bedeutet also, dass wir jederzeit neue Versionen ausrollen können, ohne Downtime? Und falls ein Update Probleme macht, können wir es automatisch zurückrollen?“

Lena nickt: „Genau. Kubernetes kann das für uns übernehmen. Dadurch müssen wir keine komplizierten manuellen Rollbacks mehr durchführen oder nachts auf Fehlermeldungen reagieren.“

Der CTO grinst: „Das würde eine Menge Stress aus unseren Release-Zyklen nehmen. Unsere Entwickler könnten sich darauf konzentrieren, neue Features schneller und sicherer auszuliefern.“

Der CFO, der bisher skeptisch zugehört hat, hebt die Augenbrauen und sagt: „Weniger manuelle Eingriffe und stabilere Deployments – klingt gut. Aber was bedeutet das in harten Zahlen? Sparen wir dadurch tatsächlich Kosten?“

Lena überlegt kurz und erklärt dann: „Ja, auf mehreren Ebenen. Erstens, weniger Ausfallzeiten bedeuten weniger verlorene Einnahmen. Zweitens, weniger Notfalleinsätze sparen Arbeitszeit. Drittens, mit einer sauberen CI/CD-Pipeline in Kubernetes können wir mehr Releases pro Jahr durchführen, ohne unser Team zu überlasten. Viertens, das alles zusammen schafft Vertrauen bei unseren Kunden und bindet sie an unsere Produkte.“

Der CFO schaut zum CTO: „Also können wir schneller Innovationen liefern, ohne dass die Qualität leidet?“

Der CTO nickt begeistert: „Genau das! Und gleichzeitig wird unsere Infrastruktur robuster und vorhersehbarer, weil Kubernetes das Risiko von Fehldeployments minimiert.“

Der CFO lehnt sich zurück und überlegt laut: „Okay, wenn das bedeutet, dass unser Entwicklerteam effizienter wird und gleichzeitig weniger Zeit mit Bugfixes und Deployment-Problemen verbringt – dann sehe ich das Potenzial. Das klingt nach einer Investition, die sich wirklich auszahlt.“

Lena kann ein zufriedenes Lächeln nicht unterdrücken. Mission accomplished. 🚀

Nach der ausführlichen Diskussion bittet der CTO um eine klare Pro- und Contra-Liste. „Was gewinnen wir mit Kubernetes – und wo liegen die Fallstricke?“

Nachteile von Kubernetes

Natürlich gibt es Herausforderungen.

„Kubernetes ist mächtig – aber nicht einfach.“ und das hält Lena nicht zurück. Sie liefert folgende Punkte an den CTO.

Ein klarer Nachteil ist die Komplexität. Kubernetes erfordert eine steile Lernkurve. Entwickler und DevOps-Teams müssen sich intensiv mit der Architektur, den Konzepten und der Konfiguration befassen.

Der Betrieb eines Kubernetes-Clusters kann zudem hohen Verwaltungsaufwand bedeuten. Wer Kubernetes selbst hostet, muss sich um Updates, Security, Networking und Monitoring kümmern. Für kleinere Teams kann das zu einer großen Belastung werden.

Auch die Einrichtung und Wartung ist nicht trivial. Kubernetes benötigt eine durchdachte Infrastruktur mit Load Balancing, Storage-Management und Monitoring-Tools wie Prometheus oder Grafana. Auto-Scaling mit Tools wie Karpenter sind mittlerweile leichter geworden, aber benötigen einiges an Erfahrung.

Schließlich sind auch die Kosten ein Faktor. Kubernetes kann Infrastrukturkosten senken, weil Ressourcen effizienter genutzt werden, aber der Betrieb eines Clusters – ob in der Cloud oder On-Premises – erfordert eine Investition in Know-how und eventuell zusätzliche Mitarbeiter für den Betrieb. Eine Skalierung ins Unermessliche kann auch dazu führen, dass die Applikation zu wenig auf Code-Ebene optimiert wird und eigentlich unnötig skaliert wird.

Fazit: Lohnt sich Kubernetes für das Unternehmen?

Nachdem Lena die Vor- und Nachteile präsentiert hat, überlegt das Team. Der CFO schaut nachdenklich. „Das klingt gut, aber wir müssen sicherstellen, dass wir es richtig einsetzen.“

Lena nickt. „Wir können auch einen Mittelweg gehen. Anstatt Kubernetes selbst zu verwalten, nutzen wir eine Managed Kubernetes-Lösung wie AKS oder EKS. Dann übernimmt der Cloud-Anbieter die Wartung, und wir profitieren trotzdem von den Vorteilen.“

Der CTO schaut sein Team an. „Wer ist jetzt noch gegen Kubernetes?“

Die Entwickler sind überzeugt, sie stimmen der Verwendung zu.

Lena atmet auf. Das Team ist überzeugt. Kubernetes wird getestet – erst mit einer kleinen Pilotanwendung, dann vielleicht für die gesamte Infrastruktur.

Und was ist mit Ihrem Unternehmen? Sind Sie bereit für Kubernetes oder bleibt es für Sie unnötige Komplexität? Wir unterstützen Sie, melden Sie sich jetzt🚀

Termin vereinbaren

FAQ: Häufige Fragen zu Kubernetes

Was bedeutet Kubernetes und warum ist es wichtig?

Kubernetes, oft als k8s abgekürzt, ist eine Open-Source-Plattform zur Container-Orchestrierung. Es ermöglicht die Verwaltung, Bereitstellung und Skalierung von containerisierten Anwendungen, was bedeutet, dass es Unternehmen hilft, ihre containerisierten Anwendungen innerhalb eines Clusters effizient und zuverlässig auszuführen.

Was sind die Hauptvorteile von Kubernetes für Unternehmen?

Kubernetes bietet für Unternehmen eine verbesserte Ressourcennutzung, Skalierbarkeit, hohe Verfügbarkeit und die Möglichkeit, Microservice-Architekturen schnell und einfach zu implementieren.

Wie funktioniert der Einsatz von Kubernetes und Docker zusammen?

Kubernetes und Docker ergänzen sich hervorragend, da Docker als Container-Runtime dient, die die Erstellung und Ausführung von Containern ermöglicht. Kubernetes verwaltet diese Container durch den Einsatz von Pods, die eine oder mehrere Container beherbergen und die Ausführung und Skalierung dieser Container orchestrieren.

Was sind Container und warum sind sie wichtig?

Container sind virtualisierte, leichtgewichtige, portable und isolierte Umgebungen, in denen Anwendungen ausgeführt werden. Sie ermöglichen eine konsistente Ausführung von Anwendungen über verschiedene Umgebungen hinweg. Der Einsatz von Containern erleichtert die Verwaltung und Skalierung von Anwendungen in einer Cloud-Umgebung.

Was sind die wichtigsten Komponenten von Kubernetes?

Zu den Hauptkomponenten von Kubernetes gehören der Kubernetes-API-Server, der Kubernetes-Scheduler und Controller-Manager. Diese Komponenten arbeiten zusammen, um den gewünschten Zustand des Clusters zu erreichen und die Verwaltung von containerisierten Anwendungen zu optimieren.

Was ist Managed Kubernetes und welche Vorteile bietet es?

Managed Kubernetes-Dienste sind von Cloud-Anbietern bereitgestellte Kubernetes-Cluster, die die Komplexität der Installation und Verwaltung von Kubernetes reduzieren. Unternehmen profitieren von automatisierten Updates, Skalierung und Wartung, was es einfacher macht, Kubernetes effizient zu nutzen.

Wie hilft Kubernetes bei der Skalierung von Anwendungen?

Kubernetes ermöglicht die automatische Skalierung von Anwendungen basierend auf der Auslastung. Durch den Einsatz von Horizontal Pod Autoscalern kann Kubernetes die Anzahl der Pods erhöhen oder verringern, um den Anforderungen der Anwendung gerecht zu werden, sodass Ressourcen optimal genutzt werden.

Welche Rolle spielt der Kubernetes-Ingress?

Der Ingress in Kubernetes ist ein API-Objekt, das den Zugriff auf Services innerhalb eines Clusters ermöglicht. Es bietet eine Möglichkeit, HTTP- und HTTPS-Routen zu definieren und den Datenverkehr zu den entsprechenden Services zu leiten, was die Verwaltung des Netzwerks vereinfacht.

Welche Herausforderungen gibt es beim Einsatz von Kubernetes?

Zu den Herausforderungen beim Einsatz von Kubernetes gehören die Komplexität der initialen Einrichtung, das Verständnis der verschiedenen Komponenten sowie die Notwendigkeit, Kenntnisse über Containerisierung und Orchestrierung zu haben. Eine sorgfältige Planung und Schulung sind notwendig, um diese Herausforderungen zu bewältigen.