Häufige Probleme in Kubernetes-Clustern und wie man sie behebt
Kubernetes ist zwar leistungsstark, kann aber manchmal Herausforderungen darstellen, die eine sorgfältige Fehlerbehebung erfordern. Das Verständnis gängiger clusterweiter Probleme und deren Lösungen ist entscheidend für die Aufrechterhaltung einer gesunden und zuverlässigen Orchestrierungsumgebung. Dieser Leitfaden befasst sich mit häufigen Problemen, die die Kubernetes-Steuerungsebene (Control Plane), etcd und Worker Nodes betreffen, und bietet praktische Schritte zur Diagnose und Behebung.
Ein effektives Kubernetes-Clustermanagement basiert auf proaktivem Monitoring und einem systematischen Ansatz zur Problemlösung. Indem Sie sich mit diesen gängigen Problemen vertraut machen, können Sie Ausfallzeiten erheblich reduzieren und sicherstellen, dass Ihre Anwendungen verfügbar bleiben.
Probleme mit der Steuerungsebene (Control Plane)
Die Kubernetes-Steuerungsebene ist das Gehirn Ihres Clusters. Sie verwaltet dessen Zustand und koordiniert Vorgänge. Probleme an dieser Stelle können weitreichende Konsequenzen haben.
Nichtverfügbarkeit des API-Servers
Der API-Server ist die zentrale Anlaufstelle für die gesamte Cluster-Kommunikation. Wenn er ausgefallen oder nicht reaktionsfähig ist, können Sie nicht über kubectl oder andere Tools mit Ihrem Cluster interagieren.
Symptome:
* kubectl-Befehle laufen ins Timeout oder schlagen mit Verbindungsfehler-Meldungen (Connection Refused) fehl.
* Controller und andere Cluster-Komponenten können nicht kommunizieren.
Ursachen und Behebung:
* Ressourcenerschöpfung: Den API-Server-Pods gehen möglicherweise CPU oder Arbeitsspeicher aus. Überprüfen Sie die Ressourcenauslastung mit kubectl top pods -n kube-system und skalieren Sie die API-Server-Bereitstellung oder die Nodes bei Bedarf.
bash
kubectl get pods -n kube-system -l component=kube-apiserver -o wide
kubectl top pods -n kube-system -l component=kube-apiserver
* Netzwerkprobleme: Stellen Sie sicher, dass Netzwerkrichtlinien oder Firewalls den Datenverkehr zum Port des API-Servers (normalerweise 6443) nicht blockieren.
* Zustand des Control Plane Nodes: Wenn der API-Server auf einem bestimmten Node läuft, überprüfen Sie dessen Zustand. Ist er überlastet, im Status NotReady oder treten Kernel-Panics auf?
bash
kubectl get nodes
kubectl describe node <node-name>
* Abgelaufene Zertifikate: Der API-Server stützt sich auf TLS-Zertifikate. Wenn diese ablaufen, schlägt die Kommunikation fehl. Überwachen Sie die Ablaufdaten der Zertifikate und erneuern Sie diese proaktiv.
Ausfälle des Controller Managers oder Schedulers
Der Controller Manager und der Scheduler sind entscheidende Komponenten, die für die Verwaltung des gewünschten Cluster-Zustands und die Planung (Scheduling) von Pods auf Nodes zuständig sind.
Symptome:
* Neue Pods werden nicht erstellt oder geplant.
* Deployments, StatefulSets oder andere Controller kommen nicht voran.
* Pods bleiben im Status Pending hängen.
Ursachen und Behebung:
* Pod-Fehler: Überprüfen Sie die Logs der Pods kube-controller-manager und kube-scheduler im Namespace kube-system.
bash
kubectl logs <controller-manager-pod-name> -n kube-system
kubectl logs <scheduler-pod-name> -n kube-system
* Probleme bei der Leader Election: Diese Komponenten verwenden Leader Election, um sicherzustellen, dass nur eine Instanz aktiv ist. Netzwerkteilungen (Network Partitions) oder Probleme mit dem Leader-Election-Lock können deren Ausfall verursachen.
* RBAC-Berechtigungen: Stellen Sie sicher, dass die von diesen Komponenten verwendeten Service Accounts die notwendigen Berechtigungen für die Interaktion mit dem API-Server besitzen.
Etcd-Probleme
Etcd ist der verteilte Key-Value-Store, der als Speicher für alle Clusterdaten von Kubernetes dient. Sein Zustand ist von größter Bedeutung.
Leistungseinbußen von Etcd
Langsame etcd-Vorgänge können zu einer trägen oder nicht reaktionsfähigen Steuerungsebene führen.
Symptome:
* Langsame kubectl-Operationen.
* Latenz des API-Servers.
* Komponenten der Steuerungsebene melden Timeouts bei der Kommunikation mit etcd.
Ursachen und Behebung:
* Hohe Disk-I/O: Etcd reagiert sehr empfindlich auf die Leistung der Festplatte. Verwenden Sie schnelle SSDs für etcd-Datenverzeichnisse.
* Netzwerklatenz: Sorgen Sie für eine geringe Latenz zwischen den etcd-Mitgliedern sowie zwischen etcd und dem API-Server.
* Große Datenbankgröße: Im Laufe der Zeit kann etcd viele Daten ansammeln. Kompaktieren und defragmentieren Sie die etcd-Datenbank regelmäßig.
bash
ETCDCTL_API=3 etcdctl compact $(etcdctl --endpoints=<etcd-endpoints> --cacert=<ca.crt> --cert=<client.crt> --key=<client.key> alarm list | grep -o '[0-9]*')
ETCDCTL_API=3 etcdctl defrag --endpoints=<etcd-endpoints> --cacert=<ca.crt> --cert=<client.crt> --key=<client.key>
* Unzureichende Ressourcen: Stellen Sie sicher, dass etcd-Pods oder dedizierte Nodes über ausreichende CPU und Arbeitsspeicher verfügen.
Etcd-Cluster-Nichtverfügbarkeit
Wenn etcd kein Quorum aufrechterhalten kann, stellt der gesamte Cluster seine Funktion ein.
Symptome:
* Vollständige Nicht-Reaktionsfähigkeit des Clusters.
* API-Server kann keine Verbindung zu etcd herstellen.
Ursachen und Behebung:
* Netzwerk-Partitionen: Stellen Sie sicher, dass alle etcd-Mitglieder miteinander kommunizieren können. Überprüfen Sie Firewalls und Netzwerkkonfigurationen.
* Mitgliedsausfälle: Wenn zu viele etcd-Mitglieder ausfallen (mehr als (N-1)/2 bei einem N-Mitglieder-Cluster), geht das Quorum verloren. Untersuchen Sie die ausgefallenen Mitglieder, versuchen Sie, sie neu zu starten, oder erwägen Sie die Wiederherstellung aus einem Backup.
* Festplattenbeschädigung: Überprüfen Sie die etcd-Logs auf Fehler im Zusammenhang mit der Festplatte. Wenn Daten beschädigt sind, müssen Sie möglicherweise eine Wiederherstellung aus einem Backup durchführen.
Tipp: Halten Sie stets regelmäßige, getestete etcd-Backups bereit. Dies ist Ihr ultimatives Sicherheitsnetz.
Probleme mit dem Node-Zustand
Worker Nodes sind die Orte, an denen Ihre Anwendungs-Pods ausgeführt werden. Probleme mit den Nodes wirken sich direkt auf die Verfügbarkeit der Anwendung aus.
Nodes im Status NotReady
Ein Node wechselt in den Status NotReady, wenn das Kubelet auf diesem Node seine Statusmeldung an den API-Server einstellt.
Symptome:
* kubectl get nodes zeigt einen Node im Status NotReady an.
* Pods, die auf diesem Node geplant waren, werden möglicherweise nicht mehr planbar oder an anderer Stelle neu geplant.
Ursachen und Behebung:
* Kubelet läuft nicht: Der Kubelet-Prozess ist möglicherweise abgestürzt oder konnte nicht gestartet werden. Überprüfen Sie die Kubelet-Logs auf dem Node.
bash
sudo journalctl -u kubelet -f
* Ressourcenmangel (Resource Starvation): Dem Node gehen möglicherweise CPU, Arbeitsspeicher oder Festplattenspeicher aus, was eine korrekte Funktion des Kubelets verhindert.
bash
kubectl describe node <node-name>
# Auf dem Node selbst:
top
df -h
* Netzwerkkonnektivität: Der Node hat möglicherweise die Netzwerkverbindung zur Steuerungsebene verloren.
* Docker/Containerd-Probleme: Die Container-Laufzeitumgebung (z.B. Docker, containerd) funktioniert auf dem Node möglicherweise nicht ordnungsgemäß.
Pod-Eviction (Pod-Räumung)
Pods können aufgrund von Ressourceneinschränkungen oder anderen richtliniengesteuerten Ereignissen von Nodes entfernt werden.
Symptome:
* Pods befinden sich im Status Evicted (geräumt).
* kubectl describe pod <pod-name> zeigt Reason: Evicted und eine Meldung an, die die Ursache angibt (z. B. the node has insufficient memory).
Ursachen und Behebung:
* Ressourcenlimits: Pods, die ihre definierten Ressourcenlimits (CPU/Speicher) überschreiten, sind Kandidaten für eine Eviction, insbesondere bei Speicherdruck.
* Node-Druck (Node Pressure): Der Node kann kritische Ressourcenengpässe (Speicher, Festplatte, PIDs) aufweisen. Der kubelet eviction manager von Kubernetes überwacht dies aktiv.
* Quality of Service (QoS) Klassen: Pods mit niedrigeren QoS-Klassen (BestEffort, Burstable) werden eher evakuiert als Pods der Guaranteed QoS-Klasse.
Prävention:
* Ressourcen-Anforderungen und -Limits festlegen: Definieren Sie CPU- und Speicheranforderungen (requests) und -limits (limits) für alle Ihre Container präzise.
yaml
resources:
requests:
memory: "64Mi"
cpu: "250m"
limits:
memory: "128Mi"
cpu: "500m"
* Verwendung von Node Taints und Tolerations: Verhindern Sie, dass unerwünschte Pods auf Nodes mit spezifischen Merkmalen oder Ressourcenbeschränkungen geplant werden.
* Node-Ressourcen überwachen: Implementieren Sie ein robustes Monitoring, um bei hoher Ressourcenauslastung auf Nodes alarmiert zu werden.
Netzwerkprobleme
Das Netzwerk ist eine häufige Quelle für Komplexität und Probleme in Kubernetes.
Fehler bei der Pod-zu-Pod-Kommunikation
Pods können einander möglicherweise nicht erreichen, selbst wenn sie sich auf demselben Node befinden.
Ursachen und Behebung:
* Probleme mit dem CNI-Plugin: Das Container Network Interface (CNI)-Plugin (z. B. Calico, Flannel, Cilium) ist für das Pod-Netzwerk verantwortlich. Überprüfen Sie den Status und die Logs Ihrer CNI-Pods.
bash
kubectl get pods -n kube-system -l <cni-label-selector>
kubectl logs <cni-pod-name> -n kube-system
* Network Policies: Falsch konfigurierte NetworkPolicy-Ressourcen können legitimen Datenverkehr blockieren.
bash
kubectl get networkpolicy --all-namespaces
* Firewalls/Security Groups: Stellen Sie sicher, dass Netzwerksicherheitsregeln zwischen Nodes und innerhalb des Clusters den notwendigen Datenverkehr für das CNI zulassen.
* IP Address Management (IPAM): Probleme bei der IP-Adresszuweisung können verhindern, dass Pods gültige IPs oder Routen erhalten.
Fehler bei der Service Discovery (DNS)
Wenn Pods Dienstnamen nicht auflösen können, können sie nicht mit anderen Diensten kommunizieren.
Ursachen und Behebung:
* CoreDNS/Kube-DNS-Probleme: Der DNS-Dienst des Clusters (häufig CoreDNS) ist möglicherweise fehlerhaft oder falsch konfiguriert. Überprüfen Sie dessen Logs und Ressourcenauslastung.
bash
kubectl logs <coredns-pod-name> -n kube-system
* kubelet DNS-Konfiguration: Stellen Sie sicher, dass das kubelet auf jedem Node korrekt für die Verwendung des Cluster-DNS-Dienstes konfiguriert ist. Dies wird normalerweise über das Flag --cluster-dns festgelegt.
* Netzwerkkonnektivität zum DNS: Pods müssen in der Lage sein, die IP-Adresse des DNS-Dienstes zu erreichen.
Fazit
Die Fehlerbehebung in Kubernetes-Clustern erfordert einen methodischen Ansatz, beginnend mit der Identifizierung der Symptome und der anschließenden systematischen Untersuchung der relevanten Komponenten. Indem Sie die gängigen Fehlerquellen in der Steuerungsebene, etcd, den Nodes und im Netzwerk verstehen, können Sie Probleme effizient diagnostizieren und beheben und so die Stabilität und Leistung Ihrer Kubernetes-Umgebung gewährleisten.
Wichtigste Erkenntnisse:
* Alles überwachen (Monitor Everything): Implementieren Sie ein umfassendes Monitoring für alle Cluster-Komponenten.
* Logs prüfen (Check Logs): Pod- und System-Logs sind von unschätzbarem Wert, um die Grundursachen zu ermitteln.
* Abhängigkeiten verstehen (Understand Dependencies): Erkennen Sie, wie Komponenten wie etcd, API-Server und kubelet miteinander interagieren.
* Regelmäßig sichern (Backup Regularly): Insbesondere für etcd sind regelmäßige Backups für die Wiederherstellung im Katastrophenfall unerlässlich.
* Lösungen testen (Test Solutions): Bevor Sie Änderungen in der Produktion anwenden, testen Sie diese in einer Staging-Umgebung.