Docker und Orchestrierung auf einem dedizierten Server: Verwendung von Kubernetes, Swarm oder Mesos

Einführung

In der sich ständig weiterentwickelnden Landschaft der Containerisierung hat sich Docker als bahnbrechend für die Anwendungsbereitstellung und -verwaltung erwiesen. Mit zunehmender Komplexität und Skalierung containerisierter Anwendungen wird jedoch der Bedarf an einer robusten Orchestrierung immer wichtiger. Hier kommen Container-Orchestrierungswerkzeuge wie Kubernetes, Docker Swarm und Apache Mesos ins Spiel, die leistungsstarke Lösungen für die Verwaltung containerisierter Workloads auf dedizierten Servern bieten.

Bei TildaVPS verstehen wir die entscheidende Rolle, die Container-Orchestrierung in der modernen Infrastrukturverwaltung spielt. Dieser umfassende Leitfaden wird die drei führenden Orchestrierungsplattformen – Kubernetes, Docker Swarm und Apache Mesos – untersuchen und zeigen, wie sie auf dedizierten Servern genutzt werden können, um Ihre containerisierten Anwendungen zu optimieren.

Ob Sie ein erfahrener DevOps-Ingenieur sind oder gerade erst mit Containern beginnen, dieser Artikel wird wertvolle Einblicke in die Auswahl und Implementierung der richtigen Orchestrierungslösung für Ihre Bedürfnisse bieten. Lassen Sie uns eintauchen und das volle Potenzial Ihrer containerisierten Infrastruktur freisetzen!

Container-Orchestrierung verstehen

Bevor wir uns mit spezifischen Orchestrierungsplattformen befassen, ist es wichtig zu verstehen, was Container-Orchestrierung ist und warum sie in einer Docker-Umgebung wesentlich ist.

Was ist Container-Orchestrierung?

Container-Orchestrierung ist der automatisierte Prozess der Verwaltung, Skalierung und Wartung containerisierter Anwendungen. Sie umfasst:

1. Bereitstellung von Containern
2. Skalierung von Containern nach oben oder unten basierend auf der Nachfrage
3. Lastausgleich zwischen Containern
4. Verwaltung der Container-Netzwerke
5. Umgang mit Container-Ausfällen und -Ersetzungen
6. Rollende Updates und Rollbacks

Warum ist Orchestrierung notwendig?

Mit zunehmender Komplexität containerisierter Anwendungen wird die manuelle Verwaltung unpraktisch. Orchestrierung löst mehrere Schlüsselherausforderungen:

• Skalierbarkeit: Automatische Skalierung von Anwendungen basierend auf der Nachfrage.
• Hohe Verfügbarkeit: Sicherstellung, dass Anwendungen auch bei Ausfällen einzelner Container verfügbar bleiben.
• Ressourceneffizienz: Optimierung der Ressourcennutzung in Ihrer gesamten Infrastruktur.
• Vereinfachte Verwaltung: Automatisierung komplexer Bereitstellungs- und Verwaltungsaufgaben.

Schlüsselkomponenten von Orchestrierungsplattformen

Während jedes Orchestrierungswerkzeug seine eigenen einzigartigen Funktionen hat, teilen sie im Allgemeinen gemeinsame Komponenten:

1. Cluster-Management: Verwaltet eine Gruppe von Servern als eine einzige Einheit.
2. Scheduling: Entscheidet, wo Container basierend auf der Ressourcenverfügbarkeit platziert werden.
3. Service Discovery: Ermöglicht es Containern, sich gegenseitig zu finden und zu kommunizieren.
4. Lastausgleich: Verteilt den Verkehr auf mehrere Container-Instanzen.
5. Gesundheitsüberwachung: Überprüft die Container-Gesundheit und ersetzt ausgefallene Instanzen.

Abbildung 1: Überblick über die Komponenten der Container-Orchestrierung

Wichtiger Punkt: Container-Orchestrierung ist wesentlich für die Verwaltung komplexer, skalierbarer containerisierter Anwendungen und bietet automatisierte Bereitstellungs-, Skalierungs- und Verwaltungsfähigkeiten.

Bei TildaVPS haben wir aus erster Hand gesehen, wie eine ordnungsgemäße Orchestrierung die Effizienz und Zuverlässigkeit der containerisierten Anwendungen unserer Kunden dramatisch verbessern kann. In den folgenden Abschnitten werden wir die drei führenden Orchestrierungsplattformen untersuchen und zeigen, wie sie auf dedizierten Servern implementiert werden können.

Kubernetes: Der Industriestandard

Kubernetes, oft als K8s abgekürzt, hat sich als De-facto-Standard für die Container-Orchestrierung etabliert. Entwickelt von Google und jetzt von der Cloud Native Computing Foundation (CNCF) gepflegt, bietet Kubernetes eine robuste und hochskalierbare Plattform für die Verwaltung containerisierter Workloads.

Hauptmerkmale von Kubernetes

1. Automatisierte Rollouts und Rollbacks: Kubernetes führt Änderungen an Ihrer Anwendung oder Konfiguration schrittweise durch und überwacht dabei die Anwendungsgesundheit, um sicherzustellen, dass nicht alle Instanzen gleichzeitig ausfallen.

2. Selbstheilung: Startet Container neu, die ausfallen, ersetzt und plant Container neu, wenn Knoten sterben, tötet Container, die nicht auf Ihre benutzerdefinierten Gesundheitsprüfungen reagieren, und meldet sie nicht an Clients, bis sie bereit sind zu dienen.

3. Horizontale Skalierung: Skalieren Sie Ihre Anwendung mit einem einfachen Befehl, einer Benutzeroberfläche oder automatisch basierend auf der CPU-Auslastung nach oben und unten.

4. Service Discovery und Lastausgleich: Kubernetes gibt Containern ihre eigenen IP-Adressen und einen einzigen DNS-Namen für eine Gruppe von Containern und kann zwischen ihnen einen Lastausgleich durchführen.

5. Geheimnis- und Konfigurationsverwaltung: Stellen Sie Geheimnisse und Anwendungskonfigurationen bereit und aktualisieren Sie sie, ohne Ihr Image neu zu erstellen und ohne Geheimnisse in Ihrer Stack-Konfiguration offenzulegen.

Kubernetes-Architektur

Kubernetes folgt einer Master-Node-Architektur:

• Master-Node: Steuert den Cluster und trifft globale Entscheidungen.

  • API-Server
  • Scheduler
  • Controller-Manager
  • etcd (verteilter Schlüssel-Wert-Speicher)

• Worker-Nodes: Führen Anwendungen als Container aus.

  • Kubelet
  • Container-Laufzeit (z.B. Docker)
  • Kube-Proxy

Abbildung 2: Überblick über die Kubernetes-Architektur

Implementierung von Kubernetes auf einem dedizierten Server

Um Kubernetes auf Ihrem TildaVPS dedizierten Server einzurichten:

1. Installieren Sie eine Container-Laufzeit (z.B. Docker)
2. Installieren Sie kubeadm, kubelet und kubectl
3. Initialisieren Sie den Kubernetes-Master-Node
4. Richten Sie die Container-Netzwerkschnittstelle (CNI) ein
5. Fügen Sie Worker-Nodes dem Cluster hinzu

# Docker installieren
sudo apt-get update
sudo apt-get install docker-ce

# Kubernetes-Komponenten installieren
sudo apt-get update && sudo apt-get install -y apt-transport-https curl
curl -s https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg | sudo apt-key add -
echo "deb https://apt.kubernetes.io/ kubernetes-xenial main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl

# Master-Node initialisieren
sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16

# kubectl für den aktuellen Benutzer einrichten
mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

# Ein CNI-Plugin installieren (z.B. Flannel)
kubectl apply -f https://raw.githubusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

Schneller Tipp: TildaVPS bietet vorkonfigurierte Kubernetes-Cluster auf dedizierten Servern an, was Ihnen Zeit spart und eine produktionsbereite Umgebung von Anfang an gewährleistet.

Kubernetes zeichnet sich in komplexen, großen Umgebungen aus und bietet unübertroffene Flexibilität und Skalierbarkeit. Seine Komplexität kann jedoch für kleinere Bereitstellungen oder Teams, die neu in der Container-Orchestrierung sind, überwältigend sein.

Docker Swarm: Einfachheit und Integration

Docker Swarm ist Dockers native Clustering- und Orchestrierungslösung. Es ist darauf ausgelegt, einfach zu bedienen und eng in das Docker-Ökosystem integriert zu sein, was es zu einer attraktiven Option für Teams macht, die bereits mit Docker vertraut sind.

Hauptmerkmale von Docker Swarm

1. Einfache Einrichtung: Der Swarm-Modus ist in die Docker Engine integriert und erfordert minimale zusätzliche Einrichtung.

2. Deklaratives Servicemodell: Definieren Sie Ihren Anwendungs-Stack in einer Compose-Datei und stellen Sie ihn mit einem einzigen Befehl bereit.

3. Skalierung: Einfache Skalierung von Diensten nach oben oder unten mit einfachen Befehlen.

4. Lastausgleich: Integrierter Lastausgleich verteilt Anfragen auf Service-Repliken.

5. Rollende Updates: Führen Sie rollende Updates für Dienste ohne Ausfallzeit durch.

6. Sicherheit: Swarm verwendet TLS für Knoten-Authentifizierung, Autorisierung und Ende-zu-Ende-Verschlüsselung.

Docker Swarm Architektur

Swarm folgt einer einfacheren Architektur im Vergleich zu Kubernetes:

• Manager-Nodes: Steuern den Schwarm und orchestrieren Container.
• Worker-Nodes: Führen Anwendungs-Container aus.

Abbildung 3: Überblick über die Docker Swarm Architektur

Implementierung von Docker Swarm auf einem dedizierten Server

Die Einrichtung von Docker Swarm ist unkompliziert:

1. Installieren Sie Docker auf allen Nodes
2. Initialisieren Sie den Swarm auf dem Manager-Node
3. Fügen Sie Worker-Nodes dem Swarm hinzu

# Auf dem Manager-Node
docker swarm init --advertise-addr <MANAGER-IP>

# Auf Worker-Nodes (mit dem vom Manager bereitgestellten Token)
docker swarm join --token <TOKEN> <MANAGER-IP>:2377

# Bereitstellen eines Stacks mit einer Compose-Datei
docker stack deploy -c docker-compose.yml my_app

Docker Swarm ist eine ausgezeichnete Wahl für kleinere Bereitstellungen oder Teams, die nach einer einfachen, Docker-nativen Orchestrierungslösung suchen. Seine Benutzerfreundlichkeit und enge Integration mit Docker machen es zu einer beliebten Wahl unter TildaVPS-Kunden, die gerade erst mit der Container-Orchestrierung beginnen.

Apache Mesos: Flexibilität und Skalierbarkeit

Apache Mesos ist ein verteilter Systemkern, der CPU, Speicher, Speicherplatz und andere Rechenressourcen von Maschinen abstrahiert und es ermöglicht, fehlertolerante und elastische verteilte Systeme effektiv zu erstellen und auszuführen. In Kombination mit Marathon, einer Container-Orchestrierungsplattform für Mesos, wird es zu einer leistungsstarken Lösung für die Ausführung containerisierter Workloads.

Hauptmerkmale von Mesos mit Marathon

1. Ressourcenabstraktion: Mesos abstrahiert Ressourcen über Ihr gesamtes Rechenzentrum hinweg und ermöglicht so eine effiziente Ressourcennutzung.

2. Skalierbarkeit: Mesos kann auf Zehntausende von Knoten skalieren.

3. Fehlertoleranz: Eingebaute Fehlertoleranz für Master-Nodes und Aufgaben.

4. Multi-Tenancy: Führen Sie mehrere Frameworks (z.B. Marathon, Chronos) auf demselben Cluster aus.

5. Flexibilität: Unterstützung für Docker-Container sowie benutzerdefinierte Ausführer.

Mesos-Architektur

Mesos folgt einer Master-Slave-Architektur:

• Master-Node: Verwaltet Slave-Nodes und Frameworks.
• Slave-Nodes: Bieten Ressourcen dem Master an.
• Frameworks: Scheduler (z.B. Marathon), die auf Mesos laufen.

Implementierung von Mesos mit Marathon auf einem dedizierten Server

Die Einrichtung von Mesos mit Marathon umfasst mehrere Schritte:

1. Installieren Sie Mesos auf allen Nodes
2. Konfigurieren Sie Zookeeper für die Führungswahl
3. Starten Sie Mesos-Master- und Slave-Prozesse
4. Installieren und konfigurieren Sie Marathon

# Mesos installieren (Ubuntu-Beispiel)
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y mesos marathon

# Zookeeper konfigurieren
echo "zk://localhost:2181/mesos" | sudo tee /etc/mesos/zk

# Mesos-Master starten
sudo systemctl start mesos-master

# Mesos-Slave starten
sudo systemctl start mesos-slave

# Marathon starten
sudo systemctl start marathon

Mesos mit Marathon ist ideal für großskalige, heterogene Umgebungen, die Flexibilität im Ressourcenmanagement erfordern. Es eignet sich besonders gut für Organisationen, die diverse Workloads über Container hinaus ausführen.

Das richtige Orchestrierungswerkzeug wählen

Die Auswahl des geeigneten Orchestrierungswerkzeugs hängt von verschiedenen Faktoren ab, die spezifisch für die Bedürfnisse und Infrastruktur Ihrer Organisation sind. Hier ist ein Vergleich, der Ihnen bei einer fundierten Entscheidung helfen soll:

Funktion	Kubernetes	Docker Swarm	Mesos + Marathon
Skalierbarkeit	Ausgezeichnet	Gut	Ausgezeichnet
Benutzerfreundlichkeit	Komplex	Einfach	Moderat
Community-Unterstützung	Sehr stark	Stark	Moderat
Cloud-Provider-Unterstützung	Umfangreich	Begrenzt	Begrenzt
Ressourcenmanagement	Fortgeschritten	Grundlegend	Fortgeschritten
Lernkurve	Steil	Sanft	Moderat

Zu berücksichtigende Faktoren

1. Betriebsumfang: Für große, komplexe Bereitstellungen könnten Kubernetes oder Mesos geeigneter sein. Für kleinere Setups könnte Docker Swarm ausreichen.

2. Bestehende Infrastruktur: Wenn Sie bereits stark in das Docker-Ökosystem investiert haben, könnte Swarm eine natürliche Wahl sein.

3. Team-Expertise: Berücksichtigen Sie die aktuellen Fähigkeiten Ihres Teams und die Lernkurve, die mit jeder Plattform verbunden ist.

4. Zukünftiges Wachstum: Denken Sie an Ihre zukünftigen Skalierungsbedürfnisse und wählen Sie eine Plattform, die mit Ihnen wachsen kann.

5. Ressourcenvielfalt: Wenn Sie diverse Ressourcen über Container hinaus verwalten müssen, könnte Mesos am besten geeignet sein.

Wichtiger Punkt: Es gibt keine Einheitslösung. Das beste Orchestrierungswerkzeug hängt von Ihren spezifischen Bedürfnissen, Ihrem Umfang und Ihren Zukunftsplänen ab.

Bei TildaVPS bieten wir Unterstützung für alle drei Orchestrierungsplattformen auf unseren dedizierten Servern, sodass Sie die Lösung wählen können, die am besten zu Ihren Bedürfnissen passt. Unsere Experten können Ihnen helfen, Ihre Anforderungen zu bewerten und die am besten geeignete Orchestrierungslösung für Ihre containerisierten Anwendungen zu implementieren.

Orchestrierung auf einem dedizierten Server implementieren

Unabhängig davon, welche Orchestrierungsplattform Sie wählen, erfordert die Implementierung auf einem dedizierten Server sorgfältige Planung und Ausführung. Hier sind einige bewährte Praktiken, um eine reibungslose Bereitstellung zu gewährleisten:

1. Bereiten Sie Ihren dedizierten Server vor

• Stellen Sie sicher, dass Ihr Server die Mindestanforderungen an die Hardware für Ihre gewählte Orchestrierungsplattform erfüllt.
• Aktualisieren Sie das Betriebssystem und installieren Sie notwendige Abhängigkeiten.
• Konfigurieren Sie Netzwerkeinstellungen, um die Kommunikation zwischen Nodes zu ermöglichen (bei Verwendung eines Multi-Node-Setups).

2. Sichern Sie Ihre Umgebung

• Implementieren Sie starke Authentifizierungsmechanismen.
• Verwenden Sie Firewalls, um den Zugriff auf Verwaltungsports zu beschränken.
• Aktivieren Sie die Verschlüsselung für die Kommunikation zwischen Nodes.
• Aktualisieren und patchen Sie regelmäßig Ihre Orchestrierungsplattform und das zugrunde liegende Betriebssystem.

3. Planen Sie Ihre Cluster-Architektur

• Entscheiden Sie über die Anzahl der Manager/Master- und Worker-Nodes.
• Berücksichtigen Sie Konfigurationen für hohe Verfügbarkeit in Produktionsumgebungen.
• Planen Sie Ihre Netzwerktopologie, einschließlich Overlay-Netzwerken für die Container-Kommunikation.

4. Implementieren Sie Überwachung und Protokollierung

• Richten Sie eine umfassende Überwachung sowohl für die Orchestrierungsplattform als auch für Ihre Container ein.
• Implementieren Sie eine zentralisierte Protokollierung, um Probleme einfach zu verfolgen und zu debuggen.
• Erwägen Sie die Verwendung von Tools wie Prometheus und Grafana für die Überwachung und den ELK-Stack für die Protokollierung.

5. Beginnen Sie klein und skalieren Sie

• Beginnen Sie mit einer einfachen Anwendungsbereitstellung, um sich mit der Plattform vertraut zu machen.
• Migrieren Sie schrittweise komplexere Anwendungen und testen Sie gründlich in jeder Phase.
• Skalieren Sie Ihren Cluster nach Bedarf und fügen Sie Nodes hinzu, um erhöhte Last zu bewältigen.

6. Automatisieren Sie Bereitstellung und Verwaltung

• Verwenden Sie Infrastructure as Code (IaC) Tools wie Terraform oder Ansible, um die Cluster-Bereitstellung zu automatisieren.
• Implementieren Sie CI/CD-Pipelines für die automatisierte Anwendungsbereitstellung.
• Nutzen Sie GitOps-Praktiken für deklaratives Konfigurationsmanagement.

7. Optimieren Sie die Ressourcennutzung

• Implementieren Sie Ressourcenkontingente und -grenzen, um Ressourcenkonflikte zu verhindern.
• Nutzen Sie Auto-Scaling-Funktionen, um sich dynamisch an sich ändernde Workloads anzupassen.
• Überprüfen und optimieren Sie regelmäßig Ihre Ressourcenzuweisung.

Schneller Tipp: TildaVPS bietet verwaltete Orchestrierungsdienste an, bei denen unsere Experten die Einrichtung, Konfiguration und laufende Verwaltung Ihrer gewählten Orchestrierungsplattform übernehmen, sodass Sie sich auf Ihre Anwendungen konzentrieren können.

Indem Sie diese bewährten Praktiken befolgen, können Sie eine robuste und effiziente Orchestrierungseinrichtung auf Ihrem dedizierten Server gewährleisten. Denken Sie daran, dass Orchestrierung ein fortlaufender Prozess ist – kontinuierliche Überwachung, Optimierung und Updates sind der Schlüssel zur Aufrechterhaltung einer gesunden containerisierten Umgebung.