Kubernetes-Migrationsstrategie und Best Practices

Eine Kubernetes-Strategie besteht aus einem Schritt-für-Schritt-Plan zur Umstellung von Anwendungen und Workloads in eine containerisierte Umgebung, einschließlich Best Practices für ein erfolgreiches Ergebnis.

Wenn Unternehmen Anwendungen modernisieren und cloudbasierte Technologien wie Microservices einführen, benötigen sie Container-Orchestrierungsplattformen, um Hybrid-Cloud- und Multicloud-Workloads zuverlässig und effizient zu verwalten.

Als führende Orchestrierungsplattform ermöglicht Kubernetes Unternehmen die Migration ihrer Cloud-Projekte und erleichtert den Übergang von Legacy-Anwendungen zu cloudnativen Umgebungen.

Laut einer Studie der Cloud Native Computing Foundation (CNCF) aus dem Jahr 2024 hat die cloudnative Akzeptanz 89 % erreicht, wobei 93 % der Unternehmen inzwischen Kubernetes nutzen, testen oder evaluieren.¹

Um eine reibungslose Kubernetes-Migration durchzuführen, benötigen Unternehmen eine solide Strategie, die eine sorgfältige Planung umfasst, um geschäftliche und technologische Chancen zu nutzen und gleichzeitig Herausforderungen zu bewältigen.

Kubernetes wurde ursprünglich von Google entwickelt und ist eine Open-Source-Container-Orchestrierungsplattform, die seit 2015 von der Cloud Native Computing Foundation (CNCF) verwaltet wird. Diese Plattform, auch bekannt als k8s oder kube, plant und automatisiert die Bereitstellung, Verwaltung und Skalierung von containerisierten Anwendungen.

Vor Kubernetes wurden Anwendungen in der Regel auf dedizierten Servern oder virtuellen Maschinen (VMs) ausgeführt, was die Skalierung teuer und zeitaufwändig machte.

In modernen Containerumgebungen ermöglicht eine Laufzeit-Engine (in der Regel Docker) Entwicklern das Erstellen, Bereitstellen, Ausführen, Aktualisieren und Verwalten von Containern. Kubernetes bietet die Orchestrierungsschicht, die benötigt wird, um Hunderte oder Tausende von Containern in großem Maßstab zu verwalten. Derzeit sind Docker und Kubernetes die führenden Containerisierungstools.

Die Kubernetes-Bereitstellung erfolgt über Cluster, die aus Knoten bestehen – jeder repräsentiert eine physische Maschine oder VM. Jeder Cluster verfügt über einen Hauptknoten, der eine Steuerungsebene verwaltet (einschließlich des API-Servers und der etcd-Datenbank). Kubernetes-Anwendungen werden in Pods ausgeführt, die die kleinsten einsetzbaren Einheiten darstellen. Sie enthalten in der Regel Linux-basierte Container, die Speicher und andere Ressourcen gemeinsam nutzen.

Zu den wichtigsten Funktionen von Kubernetes gehören Bereitstellungen für die Verwaltung von Anwendungslebenszyklen und Replikatsätzen, DNS und Netzwerke für die Bereitstellung von Diensten sowie Namespaces für die Isolierung von Ressourcen. Der Kubernetes-API-Server (auf den über das Befehlszeilentool kubectl zugegriffen wird) verwaltet die Konfiguration und orchestriert die Kommunikation zwischen den Komponenten. Persistente Volumes decken den Speicherbedarf ab.

Kubernetes ist Open Source, wodurch Unternehmen eine Anbieterbindung vermeiden können. DevOps und andere Teams haben einen Vorteil von einer globalen Community, die Verbesserungen und Sicherheitspatches beisteuert. Alle großen Cloud-Service-Anbieter bieten Kubernetes-Service an, darunter Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure, Google Cloud-Plattform und IBM® Cloud.

Eine Kubernetes-Migration bietet sowohl technische als auch organisatorische Vorteile, darunter:

• Bessere Ressourcennutzung und Kosteneffizienz
• Verbesserte Zuverlässigkeit und hohe Verfügbarkeit
• Schnellere Bereitstellung
• Verbesserte Produktivität und Autonomie im Team

Kubernetes skaliert Anwendungen je nach Bedarf automatisch nach oben oder unten. Beispielsweise werden während Spitzenzeiten, wie etwa einem Flash-Sale auf einer E-Commerce-Website, mehr Pods hochgefahren, um die Lastverteilung zu bewältigen. Wenn der Sale beendet ist und die Nachfrage zurückgeht, skaliert Kubernetes wieder herunter, um Ressourcen zu schonen.

Kubernetes trägt dazu bei, Anwendungen stabil und verfügbar zu halten, indem es sie über Cluster verteilt und bei Ausfällen automatisch wiederherstellt. Dies trägt dazu bei, eine hohe Verfügbarkeit aufrechtzuerhalten.

Kubernetes ermöglicht eine kontinuierliche Bereitstellung in großem Maßstab, um Workflows zu optimieren und Teams die Möglichkeit zu geben, bei Bedarf Änderungen vorzunehmen. Bei fortlaufenden Updates werden neue Versionen schrittweise bereitgestellt, wobei vor Abschluss der Einführung auf Probleme geachtet wird. Sollten Probleme auftreten, werden schnell Rollbacks durchgeführt.

Mit Kubernetes sind Teams für bestimmte Dienste verantwortlich und können unabhängig voneinander arbeiten. Dies umfasst die Bereitstellung nach unabhängigen Zeitplänen, die Auswahl von Technologien, die ihren Anforderungen entsprechen, sowie Innovationen in angemessenem Tempo. 

Plattformteams bieten gemeinsame Dienste wie Überwachung, Protokollierung und ein Service Mesh, die von allen Teams genutzt werden und für Konsistenz sorgen, ohne die Innovation einzuschränken.

Erfolgreiche Migrationen beginnen mit einer gründlichen Planung, die die folgenden Schritte umfasst:

1. Bitte bewerten Sie Ihre derzeitige Umgebung.
2. Bewerten Sie die Fähigkeiten des Teams und den Schulungsbedarf.
3. Wählen Sie Ihren Migrationsansatz.
4. Planen Sie Ihre Clusterstrategie.

Beginnen Sie mit der Katalogisierung Ihrer bestehenden Anwendungen, Infrastruktur und Abhängigkeiten. Identifizieren Sie, welche Anwendungen für eine frühzeitige Migration geeignet sind. In der Regel eignen sich stateless Anwendungen mit klar definierten APIs am besten als Ausgangspunkt, während zustandsabhängige Apps eine umfangreichere Planung erfordern.

Dokumentieren Sie Abhängigkeiten zwischen Anwendungen, einschließlich Datenbanken, Nachrichtenwarteschlangen und externen Diensten, die bei der Migration berücksichtigt werden müssen.

Bitte bewerten Sie Ihre aktuelle Infrastruktur, um festzustellen, ob ein verwalteter Kubernetes-Dienst eines Cloud-Anbieters oder eine selbst gehostete Lösung für Ihr Unternehmen sinnvoller ist. Berücksichtigen Sie Faktoren wie internes Fachwissen, Compliance-Anforderungen und Budgetbeschränkungen.

Bitte bewerten Sie die aktuellen Fähigkeiten Ihres Teams im Umgang mit Containern, Kubernetes und cloudnativen Praktiken.

Laut einem Bericht des IBM Institute for Business Value 2023 geben etwa 58 % der globalen Entscheidungsträger an, dass Cloud-Fähigkeiten weiterhin eine erhebliche Herausforderung darstellen.

Identifizieren Sie frühzeitig Qualifikationslücken und entwickeln Sie Schulungspläne, die praktische Erfahrung beinhalten.

Entscheiden Sie anhand der Anwendungsmerkmale und der Geschäftsprioritäten zwischen verschiedenen Migrationsstrategien. Ein Lift-and-Shift-Ansatz containerisiert bestehende Anwendungen mit minimalen Änderungen, was eine schnellere Migration ermöglicht, aber potenziell Optimierungsmöglichkeiten verpasst. Das Refactoring von Anwendungen zu cloudnativen Anwendungen erfordert mehr Zeit, bietet jedoch eine bessere Leistung, Skalierbarkeit und Kosteneffizienz.

Viele Unternehmen verfolgen einen schrittweisen Ansatz. Dieser Ansatz besteht darin, mit einfachen Anwendungen zu beginnen, um Erfahrung zu sammeln, und dann komplexere Workloads anzugehen, sobald die Teamexpertise wächst.

Bestimmen Sie, ob Sie in Ihrer neuen Umgebung einen einzelnen Cluster oder mehrere Cluster verwenden sollten. Einzelne Cluster sind einfacher zu verwalten, erfüllen jedoch möglicherweise nicht die Anforderungen hinsichtlich Isolierung, Compliance oder geografischer Verteilung. Mehrere Cluster bieten eine bessere Isolierung und können die Zuverlässigkeit verbessern, erfordern jedoch ein komplexeres Konfigurationsmanagement, das Tools wie Helm Charts oder Kustomize verwendet.

Nach Abschluss der Planungsphase kann die Kubernetes-Migration beginnen, wobei die folgenden Best Practices zu beachten sind:

1. Fertige Anwendungen für Kubernetes.
2. Erstellen von CI/CD-Pipelines für automatisierte Bereitstellungen.
3. Effektive Überwachung und Protokollierung.
4. Sichere Kubernetes-Cluster.

Beginnen Sie damit, Container-Images mit mehrstufigen Builds zu erstellen. Diese Technik trennt Build-Abhängigkeiten von dem, was in der Produktion ausgeführt wird, wodurch die Image-Größe reduziert und Sicherheitslücken verringert werden.

Führen Sie Container als Nicht-Root-Benutzer aus. In diesem Fall bleibt der Schaden begrenzt, falls etwas kompromittiert wird.

Verwenden Sie einheitliche Tags und organisieren Sie Ihre Registrierung übersichtlich, damit Sie Versionen leicht nachverfolgen können.

Durch ordnungsgemäße Zustandsprüfungen kann Kubernetes Ihre Anwendungen effektiv verwalten. Liveness-Probes teilen Kubernetes mit, ob ein Pod neu gestartet werden muss, während Readiness-Probes anzeigen, wann Pods Datenverkehr akzeptieren können.

Anwendungen sollten Endpunkte bereitstellen, die den Zustand der Anwendung überprüfen, indem sie die Datenbankkonnektivität, externe Abhängigkeiten oder den internen Status kontrollieren.

Für den Netzbetrieb konfigurieren Sie bitte die Dienstermittlung und den Lastausgleich mithilfe von Kubernetes-Diensten, damit Anwendungen Abhängigkeiten über Dienstnamen statt über fest codierte IP-Adressen finden können.

Für externen Datenverkehr implementieren Sie bitte Ingress-Ressourcen mit geeigneten Controllern, die SSL-Terminierung und Routing verarbeiten.

Externalisieren Sie alle Konfigurationen aus dem Anwendungscode mithilfe von YAML-Dateien. Verwenden Sie ConfigMaps für nicht sensible Konfigurationen und Secrets für sensible Daten wie Datenbank-Anmeldedaten und API-Schlüssel, damit dasselbe Container-Image mit unterschiedlichen Konfigurationen in der Entwicklung, Staging-Umgebung und Produktion ausgeführt werden kann.

Erstellen Sie CI/CD-Pipelines, die alle Schritte vom Code-Commit bis zur Produktionsbereitstellung abdecken, einschließlich automatisierter Tests wie Unit-Tests, Integrationstests und Bereitstellungsüberprüfungen. Container-Images werden automatisch erstellt und mit korrekter Versionierung in Registries übertragen.

Implementieren Sie eine umfassende Überwachung, die die Ressourcennutzung (CPU, Arbeitsspeicher und Speicher), die Anwendungsleistung und die Geschäftsmetriken abdeckt, mit Dashboards zur Visualisierung. Die zentralisierte Protokollierung unterstützt die Fehlerbehebung bei Problemen über viele Pods und Dienste hinweg.

Verwenden Sie rollenbasierte Zugriffskontrolle (RBAC) zum Definieren von Berechtigungen, Netzwerkrichtlinien zum Steuern des Datenverkehrs zwischen Pods und Verschlüsselung für gespeicherte und übertragene Daten. Bitte überprüfen Sie Container-Images regelmäßig auf Schwachstellen und halten Sie Basis-Images auf dem neuesten Stand.

Selbst gut geplante Kubernetes-Migrationen können auf Hindernisse stoßen. Lokale Legacy-Anwendungen wurden häufig nicht für containerisierte Umgebungen entwickelt und basieren möglicherweise auf veralteten Konfigurationen, spezifischen Server-Setups oder lokalem Speicher, die in Kubernetes nicht funktionieren. Externe Systeme wie Datenbanken und Dienste von Drittanbietern erhöhen ebenfalls die Komplexität. Umfassende Tests und Validierungen in Staging-Umgebungen tragen dazu bei, Kompatibilitätsprobleme vor der Produktion zu identifizieren und zu beheben.

Der Schutz von Daten ist von größter Bedeutung. Betreiben Sie alte und neue Systeme vorübergehend parallel, synchronisieren Sie Daten zwischen den Umgebungen und überprüfen Sie die Funktionalität, bevor Sie vollständig auf Kubernetes umstellen. Dieser parallele Betrieb trägt dazu bei, Ausfallzeiten zu minimieren und Datenverluste zu reduzieren.

Cloud-Provider und andere Technologieunternehmen bieten eine Reihe von Kubernetes-Migrations-Tools und -Services an, darunter die folgenden.

Cloud-Serviceanbieter bieten Managed Services für die Bewertung von Workloads, Containerisierung und automatisierte Bereitstellung an. Beispielsweise bieten Amazon EKS, Microsoft Azure AKS und IBM Cloud Kubernetes Service Migrations-Services an.

Außerdem helfen Infrastructure-as-Code (IaC)-Tools wie Terraform Entwicklern dabei, die Provisionierung von Clustern sowie die Installation und Konfiguration von Add-ons zu automatisieren.

Diese Tools bieten Überwachungs-, Beobachtbarkeits- und Fehlerbehebungsfunktionen , sodass Teams Einblicke in das Verhalten, die Gesundheit und die Performance ihrer Kubernetes-Umgebungen gewinnen können.

Technologie- und Beratungsunternehmen bieten Kubernetes-Expertise, die Migrations-Tools ergänzt. Solche Services können strategische Entscheidungen von der ersten Bewertung bis zur Optimierung nach der Migration begleiten und Unternehmen dabei helfen, komplexe technische und organisatorische Herausforderungen zu meistern.