Den Kernunterschied zwischen Kubernetes Pods und Nodes verstehen

Kubernetes ist die branchenübliche Plattform zur Automatisierung der Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von containerisierten Anwendungen. Im Herzen jeder Kubernetes-Clusterarchitektur liegen zwei grundlegende, aber oft verwechselte Konzepte: der Pod und der Node. Das Verständnis der Unterscheidung zwischen diesen Komponenten ist entscheidend für effektives Cluster-Design, Fehlerbehebung und Optimierung.

Dieser Artikel wird die architektonischen Rollen von Pods und Nodes klar abgrenzen und untersuchen, was jede Komponente darstellt, wie sie zueinander in Beziehung stehen und wie sie zusammenarbeiten, um sicherzustellen, dass Ihre Anwendungen zuverlässig und effizient innerhalb der Cluster-Umgebung laufen.

Übersicht über die Kubernetes-Clusterarchitektur

Ein Kubernetes-Cluster besteht aus einer Reihe von Maschinen (physisch oder virtuell), die zusammenarbeiten. Diese Maschinen werden grob in die Control Plane (das Gehirn, das den Clusterzustand verwaltet) und die Worker Nodes (die Muskeln, die die eigentlichen Arbeitslasten ausführen) unterteilt. Pod und Node interagieren innerhalb dieser Struktur.

Node: Die physische oder virtuelle Maschine, die die Rechenressourcen bereitstellt.
Pod: Die kleinste bereitstellbare Einheit, die einen oder mehrere Container beherbergt.

Das Verständnis dieser Hierarchie – bei der Nodes Pods hosten und Pods Container hosten – ist der Ausgangspunkt für die Beherrschung von Kubernetes.

Der Kubernetes Node: Die Grundlage der Rechenleistung

Ein Kubernetes Node (manchmal auch als Worker Machine bezeichnet) ist eine Maschine, die die notwendigen Rechenressourcen – CPU, RAM und Netzwerk – zur Ausführung Ihrer Anwendungen bereitstellt. Ein Cluster muss mindestens einen Node haben, obwohl Produktionsumgebungen typischerweise viele für Redundanz und Skalierbarkeit nutzen.

Hauptaufgaben eines Nodes

Jeder Node führt essentielle Komponenten aus, die es ihm ermöglichen, mit der Control Plane zu kommunizieren und Anwendungs-Workloads zu hosten:

Kubelet: Ein Agent, der auf jedem Node läuft und für die Kommunikation mit der Control Plane zuständig ist. Es stellt sicher, dass die in den PodSpecs beschriebenen Container auf seinem Node laufen und fehlerfrei sind.
Container Runtime: Die Software, die für das Herunterladen von Images und das Ausführen von Containern zuständig ist (z. B. Docker, containerd, CRI-O).
Kube-proxy: Pflegt Netzwerkregeln auf dem Node und ermöglicht die Kommunikation zu und von Pods, sowohl intern als auch extern.

Praktisches Beispiel: Node-Darstellung

Wenn Sie die Nodes in Ihrem Cluster inspizieren, sehen Sie die zugrunde liegende Infrastruktur, die Kubernetes nutzt:

kubectl get nodes

NAME           STATUS   ROLES    AGE     VERSION
worker-node-01 Ready    <none>   2d1h    v1.27.4
worker-node-02 Ready    <none>   2d1h    v1.27.4

Wichtige Erkenntnis: Ein Node ist die Hardware/VM-Schicht, auf der die Ausführung stattfindet.

Der Kubernetes Pod: Die kleinste bereitstellbare Einheit

Ein Pod ist die atomare Einheit der Bereitstellung in Kubernetes. Er ist kein Container selbst, sondern eher ein Wrapper um einen oder mehrere Container, die garantiert auf demselben Node ko-lokalisiert sind und sich Ressourcen teilen.

Warum Pods statt direkter Container?

Kubernetes verwaltet Pods, nicht einzelne Container, aus mehreren wichtigen Gründen:

Gemeinsamer Kontext: Alle Container innerhalb eines einzelnen Pods teilen sich denselben Netzwerk-Namespace (IP-Adresse und Portbereich) und können leicht über localhost kommunizieren.
Gemeinsamer Speicher: Container im selben Pod können auf dieselben gemounteten Speicher-Volumes zugreifen.
Lebenszyklusverwaltung: Kubernetes behandelt den Pod als eine einzige Entität. Wenn ein Container innerhalb des Pods fehlschlägt, übernimmt Kubernetes den Neustart oder die Neuerstellung der gesamten Pod-Struktur.

Anatomie eines Pods

Meistens enthält ein Pod einen einzigen primären Anwendungscontainer. Häufig werden sie jedoch für das Sidecar-Muster verwendet, bei dem ein sekundärer Container den primären unterstützt (z. B. ein Logging-Agent, ein Service Mesh Proxy).

Beispiel für Pod-Definition (vereinfachtes YAML)

Das folgende YAML definiert einen Pod, der einen einzelnen Nginx-Container umschließt:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
spec:
  containers:
  - name: nginx-container
    image: nginx:latest
    ports:
    - containerPort: 80

Wichtige Erkenntnis: Ein Pod ist der logische Host für Ihre Anwendungscontainer und die Einheit, die auf einen Node geplant wird.

Die Kernbeziehung: Planung und Platzierung

Die grundlegende Interaktion zwischen Pods und Nodes wird durch den Kubernetes Scheduler gesteuert, der sich in der Control Plane befindet.

Wie Pods auf Nodes landen

Pod-Erstellung: Ein Benutzer übergibt eine YAML-Definition für einen Pod (oder ein übergeordnetes Objekt wie ein Deployment, das Pods erstellt) an den API-Server.
Planungsentscheidung: Der Scheduler identifiziert den am besten geeigneten verfügbaren Node, um diesen Pod auszuführen, basierend auf Ressourcenanforderungen, Einschränkungen und verfügbarer Kapazität.
Bindung: Sobald ein Node ausgewählt wurde, wird der Pod an diesen spezifischen Node gebunden.
Ausführung: Das Kubelet auf dem zugewiesenen Node bemerkt die neue Pod-Zuweisung, zieht die erforderlichen Images und startet die Container.

Entscheidender Punkt: Sobald ein Pod auf einem Node geplant wurde, bleibt er auf diesem Node, bis er beendet wird, dauerhaft abstürzt oder der Node ausfällt. Kubernetes migriert laufende Pods in der Regel nicht zwischen Nodes.

Merkmal	Kubernetes Node	Kubernetes Pod
Rolle	Stellt physische/virtuelle Rechenressourcen bereit.	Führt einen oder mehrere Anwendungscontainer aus.
Umfang	Cluster-Infrastrukturebene.	Anwendungs-Workload-Ebene.
Einheit der Planung	Empfängt Pods vom Scheduler.	Die Einheit, die auf einen Node geplant wird.
Komponenten	Kubelet, Container Runtime, Kube-proxy.	Anwendungscontainer, gemeinsame Volumes, gemeinsame IP.
Menge	Normalerweise wenige bis viele pro Cluster.	Hunderte oder Tausende, abhängig von der Workload.

Best Practices und Einblicke zur Fehlerbehebung

Das Verständnis dieser Architektur hilft bei der praktischen Clusterverwaltung:

Ressourcenverwaltung

Ressourcenanforderungen/Limits: Definieren Sie immer Ressourcen-requests und limits in Ihren Pod-Spezifikationen. Dies ermöglicht es dem Scheduler, Pods genau auf Nodes mit ausreichender Kapazität abzustimmen und Ressourcenkonflikte zu verhindern.
Node-Druck: Wenn ein Node überlastet wird (Festplattenspeicher oder Arbeitsspeicher voll), meldet das Kubelet diesen Zustand. Kubernetes kann dann Pods von diesem Node verdrängen, um die Stabilität aufrechtzuerhalten.

Hochverfügbarkeit (HA)

Redundanz: Um HA zu erreichen, müssen Sie mehrere Kopien (Replikate) Ihrer Pods ausführen, die von Deployments oder StatefulSets verwaltet werden. Der Scheduler versucht, diese Replikate auf unterschiedlichen Nodes zu platzieren, um sicherzustellen, dass der Ausfall eines Nodes nicht die gesamte Anwendung zum Stillstand bringt.

Fehlerbehebung

Wenn eine Anwendung nicht startet:

Pod-Status prüfen: Verwenden Sie kubectl describe pod <pod-name>. Schauen Sie im Abschnitt 'Events', auf welchem Node der Pod geplant wurde.
Node-Status prüfen: Wenn der Pod in Pending hängen bleibt, liegt das Problem normalerweise an der Planung (z. B. keine Nodes erfüllen die erforderlichen Einschränkungen). Wenn der Pod läuft, aber fehlschlägt, überprüfen Sie die Kubelet-Protokolle auf dem spezifischen Node, auf dem er gelandet ist.

Fazit

Der Kubernetes Node ist die physische oder virtuelle Maschine, die die Ausführungsumgebung und Ressourcen bereitstellt und vom Kubelet verwaltet wird. Der Pod ist der abstrakte, logische Wrapper, der bestimmt, welcher Code ausgeführt wird und wie dieser Code (zusammen mit gemeinsam genutztem Speicher und Netzwerk) für die Ausführung verpackt wird. Pods werden auf Nodes geplant und bilden die essentielle Ausführungspaarung, die die Container-Orchestrierung in Kubernetes antreibt.