kubeletとは？Kubernetesの重要なプロセスを解説

kubeletとは？Kubernetesの重要なプロセスを解説

Kubernetesは、コンテナ化されたアプリケーションのデプロイ、スケーリング、管理を自動化するためのオープンソースのプラットフォームです。このKubernetesの根幹を支える重要なコンポーネントの一つが、kubelet です。kubelet は、各ノード上で実行され、Kubernetesコントロールプレーンとのインターフェースとして機能し、コンテナのライフサイクルを管理する役割を担っています。

本記事では、kubelet の役割、アーキテクチャ、動作原理、設定オプション、および関連する重要なプロセスについて詳しく解説します。Kubernetesクラスタの理解を深め、より効率的な運用管理に役立てていただければ幸いです。

1. kubeletとは何か？

kubelet は、Kubernetesのワーカノード（通常は仮想マシンまたは物理サーバー）上で実行されるエージェントです。その主な役割は、Kubernetesコントロールプレーンからの指示を受け取り、ノード上でコンテナを実行し、その状態をコントロールプレーンに報告することです。

具体的には、kubelet は以下の責任を担っています。

• Podの作成、起動、停止: KubernetesコントロールプレーンからPodの定義を受け取り、指定されたコンテナイメージをダウンロードし、コンテナを作成、起動、停止します。
• コンテナの監視: 実行中のコンテナの状態を継続的に監視し、異常な状態（クラッシュ、リソース不足など）を検知した場合、コントロールプレーンに報告します。
• コンテナのリソース管理: コンテナが使用するCPU、メモリ、ディスクなどのリソースを制限し、他のコンテナとのリソース競合を回避します。
• Volumeのマウント: Podに定義されたVolumeをノードにマウントし、コンテナがデータにアクセスできるようにします。
• ノードの状態報告: ノードのCPU使用率、メモリ使用量、ディスク容量などの情報をコントロールプレーンに定期的に報告します。
• 実行プローブ（Liveness, Readiness, Startup）の実行: Podに定義された実行プローブを実行し、コンテナの正常性を確認します。

kubelet は、コントロールプレーンから直接コマンドを受け取るのではなく、APIサーバーを介して通信を行います。これにより、コントロールプレーンとノード間の疎結合を実現し、柔軟なアーキテクチャを実現しています。

2. kubeletのアーキテクチャ

kubelet は、いくつかの主要なコンポーネントから構成されています。これらのコンポーネントが連携して、コンテナのライフサイクルを管理し、ノードの状態を監視します。

• API Server Client: Kubernetes APIサーバーと通信するためのクライアント。APIサーバーからPodの定義を取得したり、ノードの状態を報告したりするために使用されます。
• Pod Manager: APIサーバーから取得したPodの定義を管理し、コンテナの作成、起動、停止を制御します。
• Container Runtime Interface (CRI): Docker、containerd、CRI-Oなどのコンテナランタイムと通信するためのインターフェース。kubelet は、CRIを介してコンテナランタイムにコンテナの作成、起動、停止を指示します。
• CRI Shim: CRIに準拠しないコンテナランタイムを使用する場合に、CRIとコンテナランタイム間の互換性を保つためのアダプター。
• Volume Manager: Podに定義されたVolumeを管理し、ノードにマウントします。
• Stats Provider: ノードおよびコンテナのリソース使用状況を収集し、コントロールプレーンに報告します。
• CAdvisor (Container Advisor): コンテナのリソース使用状況（CPU、メモリ、ネットワークなど）を監視するためのツール。kubelet は、CAdvisorを使用してコンテナのメトリクスを収集し、コントロールプレーンに報告します。
• Eviction Manager: ノードのリソースが不足した場合に、Podを強制終了するためのコンポーネント。kubelet は、Eviction Managerを使用してノードの安定性を維持します。
• Image Manager: コンテナイメージのダウンロードとキャッシュを管理するためのコンポーネント。kubelet は、Image Managerを使用してコンテナイメージのダウンロード時間を短縮します。
• Prober: Podに定義された実行プローブ（Liveness, Readiness, Startup）を実行し、コンテナの正常性を確認します。

これらのコンポーネントは、互いに連携して動作し、コンテナのライフサイクルを管理し、ノードの状態を監視します。

3. kubeletの動作原理

kubelet は、Kubernetesコントロールプレーンからの指示に基づいて動作します。主な動作の流れは以下の通りです。

1. API Serverとの接続: kubelet は、起動時にKubernetes APIサーバーに接続し、認証を行います。
2. ノードの登録: kubelet は、APIサーバーに自身のノード情報を登録します。この情報には、ノードのホスト名、IPアドレス、OSバージョン、CPU、メモリ、ディスク容量などが含まれます。
3. Podの監視: kubelet は、APIサーバーからPodの定義を継続的に監視します。
4. Podの作成: APIサーバーから新しいPodの定義を受け取ると、kubelet はPod Managerを使用してコンテナの作成、起動を行います。
   • まず、kubelet はPodに定義されたコンテナイメージをImage Managerを使用してダウンロードします。
   • 次に、kubelet はCRIを介してコンテナランタイムにコンテナの作成を指示します。
   • コンテナランタイムは、指定されたコンテナイメージを使用してコンテナを作成し、起動します。
   • kubelet は、Volume Managerを使用してPodに定義されたVolumeをノードにマウントします。
5. コンテナの監視: kubelet は、CAdvisorを使用して実行中のコンテナのリソース使用状況を監視します。
6. 実行プローブの実行: kubelet は、Proberを使用してPodに定義された実行プローブ（Liveness, Readiness, Startup）を実行し、コンテナの正常性を確認します。
   • Liveness Probe: コンテナが正常に動作しているかどうかをチェックします。Liveness Probeが失敗した場合、kubelet はコンテナを再起動します。
   • Readiness Probe: コンテナがトラフィックを受け入れる準備ができているかどうかをチェックします。Readiness Probeが失敗した場合、kubelet はサービスからPodを削除します。
   • Startup Probe: コンテナの起動時に実行され、コンテナが正常に起動したかどうかをチェックします。Startup Probeが成功するまで、Liveness ProbeとReadiness Probeは実行されません。
7. ノードの状態報告: kubelet は、ノードの状態（CPU使用率、メモリ使用量、ディスク容量など）をAPIサーバーに定期的に報告します。
8. Podの更新: APIサーバーからPodの定義が更新されると、kubelet は更新された定義に基づいてPodの状態を更新します。
9. Podの削除: APIサーバーからPodの削除指示を受け取ると、kubelet はPod Managerを使用してコンテナの停止、削除を行います。

4. kubeletの設定オプション

kubelet は、様々な設定オプションを提供しており、Kubernetesクラスタの要件に合わせてカスタマイズすることができます。

設定オプションは、以下の方法で設定できます。

• コマンドライン引数: kubelet の起動時にコマンドライン引数として設定します。
• 設定ファイル: kubelet の設定ファイル（kubelet.config.yaml）に設定します。

主要な設定オプションには、以下のようなものがあります。

• --kubeconfig: Kubernetes APIサーバーへの接続情報が記載されたkubeconfigファイルのパスを指定します。
• --hostname-override: kubelet がAPIサーバーに報告するホスト名を指定します。
• --node-ip: kubelet がAPIサーバーに報告するノードのIPアドレスを指定します。
• --container-runtime: 使用するコンテナランタイムを指定します（例: docker, containerd, cri-o）。
• --cgroup-driver: コンテナランタイムが使用するCgroupドライバを指定します（例: cgroupfs, systemd）。
• --kube-reserved: Kubernetesシステムコンポーネント（kubelet、kube-proxyなど）のために予約するリソース量を指定します。
• --system-reserved: OSシステムコンポーネントのために予約するリソース量を指定します。
• --eviction-hard: ノードのリソースが不足した場合に、Podを強制終了するための閾値を指定します。
• --image-gc-high-threshold: イメージキャッシュのサイズがこの閾値を超えた場合、古いイメージを削除します。
• --image-gc-low-threshold: イメージキャッシュのサイズがこの閾値を下回るまで、イメージを削除します。
• --address: kubelet がリクエストを受け付けるIPアドレスを指定します。
• --port: kubelet がリクエストを受け付けるポート番号を指定します。
• --read-only-port: kubelet のReadOnlyポートを指定します（セキュリティ上の理由から非推奨）。
• --streaming-connection-idle-timeout: ストリーミング接続（exec、attach、port-forward）のアイドルタイムアウト時間を指定します。
• --feature-gates: KubernetesのExperimentalな機能を有効または無効にするためのフラグを設定します。

これらの設定オプションを適切に設定することで、kubelet の動作をKubernetesクラスタの要件に合わせて最適化することができます。

5. kubeletの重要なプロセス

kubelet の動作を理解するためには、以下の重要なプロセスについても理解しておく必要があります。

• コンテナランタイムインターフェース (CRI): kubelet は、CRIを介してコンテナランタイムと通信します。CRIは、コンテナランタイムとの標準的なインターフェースを提供し、kubelet が様々なコンテナランタイム（Docker、containerd、CRI-Oなど）をサポートできるようにします。
• Cgroupドライバ: Cgroupドライバは、コンテナのリソースを管理するために使用されます。kubelet は、コンテナランタイムに適切なCgroupドライバを指定する必要があります。
• 実行プローブ (Liveness, Readiness, Startup): 実行プローブは、コンテナの正常性をチェックするために使用されます。kubelet は、Podに定義された実行プローブを実行し、コンテナの状態を監視します。
• ノードのリソース管理: kubelet は、ノードのリソース（CPU、メモリ、ディスクなど）を管理します。kubelet は、コンテナが使用するリソースを制限し、他のコンテナとのリソース競合を回避します。
• Podの強制終了 (Eviction): ノードのリソースが不足した場合、kubelet はPodを強制終了します。kubelet は、Eviction Managerを使用してノードの安定性を維持します。
• イメージガベージコレクション (Image GC): kubelet は、古いコンテナイメージを削除することで、ディスク容量を解放します。kubelet は、Image Managerを使用してイメージガベージコレクションを実行します。

6. kubeletのトラブルシューティング

kubelet に問題が発生した場合、以下の方法でトラブルシューティングを行うことができます。

• kubeletのログ: kubelet のログを調べて、エラーメッセージや警告メッセージを確認します。kubelet のログは、通常/var/log/kubelet.logに保存されています。
• kubeletのステータス: systemctl status kubeletコマンドを使用して、kubelet のステータスを確認します。
• kubectl describe node: kubectl describe node <node-name>コマンドを使用して、ノードの状態を確認します。
• kubectl get events: kubectl get eventsコマンドを使用して、イベントを確認します。

7. まとめ

kubelet は、Kubernetesクラスタのワーカノード上で実行される重要なコンポーネントであり、コンテナのライフサイクルを管理し、ノードの状態を監視する役割を担っています。kubelet のアーキテクチャ、動作原理、設定オプション、および関連する重要なプロセスを理解することで、Kubernetesクラスタの運用管理をより効率的に行うことができます。

本記事で解説した内容を参考に、kubelet の理解を深め、Kubernetesクラスタの運用に役立てていただければ幸いです。

今後の学習

• Kubernetesの公式ドキュメント: https://kubernetes.io/docs/
• kubeletのドキュメント: https://kubernetes.io/docs/reference/generated/kubelet/
• CRI (Container Runtime Interface) のドキュメント: https://github.com/containerd/cri

これらのリソースを活用して、kubelet についてさらに深く学習することをお勧めします。