Kubernetesの基本を学ぶ

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DaemonSet

DaemonSet は全て(またはいくつか)のNodeが単一のPodのコピーを稼働させることを保証します。Nodeがクラスターに追加されるとき、PodがNode上に追加されます。Nodeがクラスターから削除されたとき、それらのPodはガーベージコレクターにより除去されます。DaemonSetの削除により、DaemonSetが作成したPodもクリーンアップします。

DaemonSetのいくつかの典型的な使用例は以下の通りです。

glusterdやcephのようなクラスターのストレージデーモンを各Node上で稼働させる。
fluentdやlogstashのようなログ集計デーモンを各Node上で稼働させる。
Prometheus Node Exporterやcollectd、Dynatrace OneAgent、 AppDynamics Agent、 Datadog agent、 New Relic agent、GangliaのgmondやInstana agentなどのようなNodeのモニタリングデーモンを各Node上で稼働させる。

シンプルなケースとして、各タイプのデーモンにおいて、全てのNodeをカバーする1つのDaemonSetが使用されるケースがあります。さらに複雑な設定では、単一のタイプのデーモン用ですが、異なるフラグや、異なるハードウェアタイプに対するメモリー、CPUリクエストを要求する複数のDaemonSetを使用するケースもあります。

DaemonSet Specの記述
Daemon Podがどのようにスケジューリングされるか
Daemon Podとのコミュニケーション
DaemonSetの更新
DaemonSetの代替案

DaemonSet Specの記述

DaemonSetの作成

ユーザーはYAMLファイル内でDaemonSetの設定を記述することができます。
例えば、下記のdaemonset.yamlファイルではfluentd-elasticsearchというDockerイメージを稼働させるDaemonSetの設定を記述します。

`controllers/daemonset.yaml`
apiVersion: apps/v1 kind: DaemonSet metadata: name: fluentd-elasticsearch namespace: kube-system labels: k8s-app: fluentd-logging spec: selector: matchLabels: name: fluentd-elasticsearch template: metadata: labels: name: fluentd-elasticsearch spec: tolerations: - key: node-role.kubernetes.io/master effect: NoSchedule containers: - name: fluentd-elasticsearch image: gcr.io/fluentd-elasticsearch/fluentd:v2.5.1 resources: limits: memory: 200Mi requests: cpu: 100m memory: 200Mi volumeMounts: - name: varlog mountPath: /var/log - name: varlibdockercontainers mountPath: /var/lib/docker/containers readOnly: true terminationGracePeriodSeconds: 30 volumes: - name: varlog hostPath: path: /var/log - name: varlibdockercontainers hostPath: path: /var/lib/docker/containers

controllers/daemonset.yaml Copy controllers/daemonset.yaml to clipboard

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: fluentd-elasticsearch
  namespace: kube-system
  labels:
    k8s-app: fluentd-logging
spec:
  selector:
    matchLabels:
      name: fluentd-elasticsearch
  template:
    metadata:
      labels:
        name: fluentd-elasticsearch
    spec:
      tolerations:
      - key: node-role.kubernetes.io/master
        effect: NoSchedule
      containers:
      - name: fluentd-elasticsearch
        image: gcr.io/fluentd-elasticsearch/fluentd:v2.5.1
        resources:
          limits:
            memory: 200Mi
          requests:
            cpu: 100m
            memory: 200Mi
        volumeMounts:
        - name: varlog
          mountPath: /var/log
        - name: varlibdockercontainers
          mountPath: /var/lib/docker/containers
          readOnly: true
      terminationGracePeriodSeconds: 30
      volumes:
      - name: varlog
        hostPath:
          path: /var/log
      - name: varlibdockercontainers
        hostPath:
          path: /var/lib/docker/containers

YAMLファイルに基づいてDaemonSetを作成します。

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/controllers/daemonset.yaml

必須のフィールド

他の全てのKubernetesの設定と同様に、DaemonSetはapiVersion、kindとmetadataフィールドが必須となります。
設定ファイルの活用法に関する一般的な情報は、アプリケーションのデプロイ、コンテナの設定、kuberctlを用いたオブジェクトの管理といったドキュメントを参照ください。

また、DaemonSetにおいて.specセクションも必須となります。

Podテンプレート

.spec.templateは.spec内での必須のフィールドの1つです。

.spec.templateはPodテンプレートとなります。これはフィールドがネストされていて、apiVersionやkindをもたないことを除いては、Podのテンプレートと同じスキーマとなります。

Podに対する必須のフィールドに加えて、DaemonSet内のPodテンプレートは適切なラベルを指定しなくてはなりません(Podセレクターの項目を参照ください)。

DaemonSet内のPodテンプレートでは、RestartPolicyフィールドを指定せずにデフォルトのAlwaysを使用するか、明示的にAlwaysを設定するかのどちらかである必要があります。

Podセレクター

.spec.selectorフィールドはPodセレクターとなります。これはJobの.spec.selectorと同じものです。

Kubernetes1.8のように、ユーザーは.spec.templateのラベルにマッチするPodセレクターを指定しなくてはいけません。Podセレクターは、値を空のままにしてもデフォルト設定にならなくなりました。セレクターのデフォルト化はkubectl applyと互換性はありません。また、一度DaemonSetが作成されると、その.spec.selectorは変更不可能になります。Podセレクターの変更は、意図しないPodの孤立を引き起こし、ユーザーにとってやっかいなものとなります。

.spec.selectorは2つのフィールドからなるオブジェクトです。

matchLabels - ReplicationControllerの.spec.selectorと同じように機能します。
matchExpressions - キーと、値のリストとさらにはそれらのキーとバリューに関連したオペレーターを指定することにより、より洗練された形式のセレクターを構成できます。

上記の2つが指定された場合は、2つの条件をANDでどちらも満たすものを結果として返します。

もしspec.selectorが指定されたとき、.spec.template.metadata.labelsとマッチしなければなりません。この2つの値がマッチしない設定をした場合、APIによってリジェクトされます。

また、ユーザーは通常、DaemonSetやReplicaSetのような他のコントローラーを使用するか直接かによらず、このセレクターとマッチするラベルを持つPodを作成すべきではありません。さもないと、DaemonSetコントローラーが、それらのPodがDaemonSetによって作成されたものと扱われてしまいます。Kubernetesはユーザーがこれを行うことを止めることはありません。ユーザーがこれを行いたい1つのケースとしては、テストのためにNode上に異なる値をもったPodを手動で作成するような場合があります。

特定のいくつかのNode上のみにPodを稼働させる

もしユーザーが.spec.template.spec.nodeSelectorを指定したとき、DaemonSetコントローラーは、そのnode selectorにマッチするPodをNode上に作成します。
同様に、もし.spec.template.spec.affinityを指定したとき、DaemonSetコントローラーはnode affinityマッチするPodをNode上に作成します。もしユーザーがどちらも指定しないとき、DaemonSetコントローラーは全てのNode上にPodを作成します。

Daemon Podがどのようにスケジューリングされるか

DaemonSetコントローラーによってスケジューリングされる場合(Kubernetes1.12からデフォルトで無効)

通常、Podが稼働するマシンはKubernetesスケジューラーによって選択されます。しかし、DaemonSetコントローラーによって作成されたPodは既に選択されたマシンを持っています(.spec.nodeNameはPodの作成時に指定され、Kubernetesスケジューラーによって無視されます）。
従って:

NodeのunschedulableフィールドはDaemonSetコントローラーによって尊重されません。
DaemonSetコントローラーは、スケジューラーが起動していないときでも稼働でき、これはクラスターの自力での起動を助けます。

デフォルトスケジューラーによってスケジューリングされる場合(Kubernetes1.12からデフォルトで有効)

FEATURE STATE: Kubernetes v1.15 beta

この機能は、現在 beta版 です。

バージョン名には beta がつきます(例:v2beta3)。
コードが十分にテストされているため、この機能は安全に有効化できます。デフォルトでも有効化されています。
今後も継続して、この機能は包括的にサポートされる見通しですが、細かい部分が変更になる場合があります。
今後のbeta版または安定版のリリースにおいては、オブジェクトのデータの形式や意味の両方あるいはいずれかについて、互換性のない変更が入る場合があります。その際は、次期バージョンへの移行手順も提供します。その移行にあたっては、APIオブジェクトの削除・改変・再作成が必要になる場合があります。特に改変には、多少の検討が必要になることがあります。また、それを適用する際には、この機能に依存するアプリケーションの一時停止が必要になる場合があります。
今後のリリースにおいて互換性のない変更が入る可能性があります。そのため、業務用途外の検証としてのみ利用が推奨されています。ただし、個別にアップグレード可能な環境が複数ある場合は、この制限事項の限りではありません。
beta版の機能の積極的な試用とフィードバックにご協力をお願いします！一度beta版から安定版になると、それ以降は変更を加えることが困難になります。

DaemonSetは全ての利用可能なNodeが単一のPodのコピーを稼働させることを保証します。通常、Podが稼働するNodeはKubernetesスケジューラーによって選択されます。しかし、DaemonSetのPodは代わりにDaemonSetコントローラーによって作成され、スケジューリングされます。
下記の問題について説明します:

矛盾するPodのふるまい: スケジューリングされるのを待っている通常のPodは、作成されているがPending状態となりますが、DaemonSetのPodはPending状態で作成されません。これはユーザーにとって困惑するものです。
Podプリエンプション(Pod preemption)はデフォルトスケジューラーによってハンドルされます。もしプリエンプションが有効な場合、そのDaemonSetコントローラーはPodの優先順位とプリエンプションを考慮することなくスケジューリングの判断を行います。

ScheduleDaemonSetPodsは、DaemonSetのPodに対してNodeAffinity項目を追加することにより、DaemonSetコントローラーの代わりにデフォルトスケジューラーを使ってDaemonSetのスケジュールを可能にします。その際に、デフォルトスケジューラーはPodをターゲットのホストにバインドします。もしDaemonSetのNodeAffinityが存在するとき、それは新しいものに置き換えられます。DaemonSetコントローラーはDaemonSetのPodの作成や修正を行うときのみそれらの操作を実施します。そしてDaemonSetの.spec.templateフィールドに対しては何も変更が加えられません。

nodeAffinity:
  requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
    nodeSelectorTerms:
    - matchFields:
      - key: metadata.name
        operator: In
        values:
        - target-host-name

さらに、node.kubernetes.io/unschedulable:NoScheduleというtolarationがDaemonSetのPodに自動的に追加されます。デフォルトスケジューラーは、DaemonSetのPodのスケジューリングのときに、unschedulableなNodeを無視します。

TaintsとTolerations

DaemonSetのPodはTaintsとTolerationsの設定を尊重します。
下記のTolerationsは、関連する機能によって自動的にDaemonSetのPodに追加されます。

Toleration Key	Effect	Version	Description
`node.kubernetes.io/not-ready`	NoExecute	1.13+	DaemonSetのPodはネットワーク分割のようなNodeの問題が発生したときに除外されません。
`node.kubernetes.io/unreachable`	NoExecute	1.13+	DaemonSetのPodはネットワーク分割のようなNodeの問題が発生したときに除外されません。
`node.kubernetes.io/disk-pressure`	NoSchedule	1.8+
`node.kubernetes.io/memory-pressure`	NoSchedule	1.8+
`node.kubernetes.io/unschedulable`	NoSchedule	1.12+	DaemonSetのPodはデフォルトスケジューラーによってスケジュール不可能な属性を許容(tolerate)します。
`node.kubernetes.io/network-unavailable`	NoSchedule	1.12+	ホストネットワークを使うDaemonSetのPodはデフォルトスケジューラーによってネットワーク利用不可能な属性を許容(tolerate)します。

Daemon Podとのコミュニケーション

DaemonSet内のPodとのコミュニケーションをする際に考えられるパターンは以下の通りです。:

Push: DaemonSet内のPodは他のサービスに対して更新情報を送信するように設定されます。
NodeIPとKnown Port: PodがNodeIPを介して疎通できるようにするため、DaemonSet内のPodはhostPortを使用できます。慣例により、クライアントはNodeIPのリストとポートを知っています。
DNS: 同じPodセレクターを持つHeadlessServiceを作成し、endpointsリソースを使ってDaemonSetを探すか、DNSから複数のAレコードを取得します。
Service: 同じPodセレクターを持つServiceを作成し、複数のうちのいずれかのNode上のDaemonに疎通させるためにそのServiceを使います。

DaemonSetの更新

もしNodeラベルが変更されたとき、そのDaemonSetは直ちに新しくマッチしたNodeにPodを追加し、マッチしなくなったNodeからPodを削除します。

ユーザーはDaemonSetが作成したPodを修正可能です。しかし、Podは全てのフィールドの更新を許可していません。また、DaemonSetコントローラーは次のNode(同じ名前でも)が作成されたときにオリジナルのテンプレートを使ってPodを作成します。

ユーザーはDaemonSetを削除可能です。もしkubectlコマンドで--cascade=falseを指定したとき、DaemonSetのPodはNode上で残り続けます。そしてユーザーは異なるテンプレートを使って新しいDaemonSetを作成可能です。異なるテンプレートを使った新しいDaemonSetは、マッチしたラベルを持っている全ての存在しているPodを認識します。DaemonSetはPodのテンプレートがミスマッチしていたとしても、それらのPodを修正もしくは削除をしません。ユーザーはPodもしくはNodeの削除によって新しいPodの作成を強制する必要があります。

Kubernetes1.6とそれ以降のバージョンでは、ユーザーはDaemonSet上でローリングアップデートの実施が可能です。

DaemonSetの代替案

Initスクリプト

Node上で直接起動することにより(例: init、upstartd、systemdを使用する)、デーモンプロセスを稼働することが可能です。この方法は非常に良いですが、このようなプロセスをDaemonSetを介して起動することはいくつかの利点があります。

アプリケーションと同じ方法でデーモンの監視とログの管理ができる。
デーモンとアプリケーションで同じ設定用の言語とツール(例: Podテンプレート、kubectl)を使える。
リソースリミットを使ったコンテナ内でデーモンを稼働させることにより、デーモンとアプリケーションコンテナの分離を促進します。しかし、これはPod内でなく、コンテナ内でデーモンを稼働させることにより可能です(Dockerを介して直接起動する)。

ベアPod

特定のNode上で稼働するように指定したPodを直接作成することは可能です。しかし、DaemonSetはNodeの故障やNodeの破壊的なメンテナンスやカーネルのアップグレードなど、どのような理由に限らず、削除されたもしくは停止されたPodを置き換えます。このような理由で、ユーザーはPod単体を作成するよりもむしろDaemonSetを使うべきです。

静的Pod Pods

Kubeletによって監視されているディレクトリに対してファイルを書き込むことによって、Podを作成することが可能です。これは静的Podと呼ばれます。
DaemonSetと違い、静的Podはkubectlや他のKubernetes APIクライアントで管理できません。静的PodはApiServerに依存しておらず、クラスターの自立起動時に最適です。また、静的Podは将来的には廃止される予定です。

Deployment

DaemonSetは、Podの作成し、そのPodが停止されることのないプロセスを持つことにおいてDeploymentと同様です(例: webサーバー、ストレージサーバー)。

フロントエンドのようなServiceのように、どのホスト上にPodが稼働するか制御するよりも、レプリカ数をスケールアップまたはスケールダウンしたりローリングアップデートする方が重要であるような、状態をもたないServiceに対してDeploymentを使ってください。 Podのコピーが全てまたは特定のホスト上で常に稼働していることが重要な場合や、他のPodの前に起動させる必要があるときにDaemonSetを使ってください。

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