一般的なKubernetesクラスターの問題とその対処法
Kubernetesは強力ですが、注意深いトラブルシューティングを必要とする課題を提示することがあります。健全で信頼性の高いオーケストレーション環境を維持するためには、一般的なクラスター全体の問題とその解決策を理解することが不可欠です。本ガイドでは、Kubernetesコントロールプレーン、etcd、およびワーカーノードに影響を与える頻繁な問題を取り上げ、それらを診断および修正するための実践的な手順を提供します。
効果的なKubernetesクラスター管理は、プロアクティブな監視と体系的な問題解決アプローチに依存します。これらの一般的な問題を把握することで、ダウンタイムを大幅に削減し、アプリケーションが利用可能な状態であることを保証できます。
コントロールプレーンの問題
Kubernetesコントロールプレーンはクラスターの頭脳であり、その状態を管理し、操作を調整します。ここでの問題は広範囲に及ぶ結果をもたらす可能性があります。
APIサーバーの非アクティブ化
APIサーバーは、すべてのクラスター通信のハブです。これがダウンまたは応答しない場合、kubectlやその他のツールを使用してクラスターと対話できなくなります。
症状:
* kubectlコマンドがタイムアウトするか、「接続拒否」エラーで失敗する。
* コントローラーやその他のクラスターコンポーネントが通信できない。
原因と修正方法:
* リソースの枯渇: APIサーバーポッドがCPUまたはメモリを使い果たしている可能性があります。kubectl top pods -n kube-systemを使用してリソース使用率を確認し、必要に応じてAPIサーバーのデプロイメントまたはノードをスケールします。
bash
kubectl get pods -n kube-system -l component=kube-apiserver -o wide
kubectl top pods -n kube-system -l component=kube-apiserver
* ネットワークの問題: ネットワークポリシーやファイアウォールがAPIサーバーのポート（通常は6443）へのトラフィックをブロックしていないことを確認します。
* コントロールプレーンノードの健全性: APIサーバーが特定のノードで実行されている場合、そのノードの健全性を確認します。過負荷になっていないか、NotReady状態ではないか、カーネルパニックを経験していないかを確認します。
bash
kubectl get nodes
kubectl describe node <node-name>
* 証明書の有効期限切れ: APIサーバーはTLS証明書に依存しています。これらが失効すると、通信が失敗します。証明書の有効期限を監視し、プロアクティブに更新してください。
コントローラーマネージャーまたはスケジューラーの障害
コントローラーマネージャーとスケジューラーは、クラスターの望ましい状態を管理し、ポッドをノードにスケジューリングする責任を負う重要なコンポーネントです。
症状:
* 新しいポッドが作成またはスケジューリングされない。
* デプロイメント、ステートフルセット、またはその他のコントローラーが進捗しない。
* ポッドがPending状態でスタックする。
原因と修正方法:
* ポッドの障害: kube-system名前空間内のkube-controller-managerおよびkube-schedulerポッドのログを確認します。
bash
kubectl logs <controller-manager-pod-name> -n kube-system
kubectl logs <scheduler-pod-name> -n kube-system
* リーダー選出の問題: これらのコンポーネントはリーダー選出を使用して、アクティブなインスタンスが1つだけであることを保証します。ネットワークパーティションやリーダー選出ロックの問題により、利用できなくなることがあります。
* RBAC権限: これらのコンポーネントが使用するサービスアカウントが、APIサーバーと対話するために必要な権限を持っていることを確認します。
Etcdの問題
Etcdは、すべてのクラスターデータのKubernetesのバックエンドストアとして機能する分散キーバリューストアです。その健全性は極めて重要です。
Etcdのパフォーマンス低下
Etcdの操作が遅いと、コントロールプレーンが遅延したり応答しなくなったりする可能性があります。
症状:
* kubectl操作が遅い。
* APIサーバーの遅延。
* etcdとの通信時にタイムアウトを報告するコントロールプレーンコンポーネント。
原因と修正方法:
* ディスクI/Oの増加: Etcdはディスクパフォーマンスに非常に敏感です。etcdデータディレクトリには高速なSSDを使用してください。
* ネットワーク遅延: etcdメンバー間、およびetcdとAPIサーバー間の低遅延を確保します。
* データベースサイズの増大: 時間の経過とともに、etcdには大量のデータが蓄積される可能性があります。etcdデータベースを定期的にコンパクト（圧縮）およびデフラグ（断片化解消）します。
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>
* リソースの不足: etcdポッドまたは専用ノードに十分なCPUとメモリがあることを確認します。
Etcdクラスターの非アクティブ化
etcdがクォーラム（定足数）を維持できない場合、クラスター全体が機能しなくなります。
症状:
* クラスターが完全に応答しない。
* APIサーバーがetcdに接続できない。
原因と修正方法:
* ネットワークパーティション: すべてのetcdメンバーがお互いに通信できることを確認します。ファイアウォールとネットワーク構成を確認してください。
* メンバー障害: 多数のetcdメンバーが失敗した場合（Nメンバークラスターでは(N-1)/2より多い場合）、クォーラムが失われます。失敗したメンバーを調査し、再起動を試みるか、バックアップからのリストアを検討します。
* ディスクの破損: ディスク関連のエラーがないかetcdログを確認します。データが破損している場合は、バックアップからリストアする必要があるかもしれません。
ヒント: 定期的にテスト済みのetcdバックアップを常に用意してください。これは究極のセーフティネットです。
ノードの健全性の問題
ワーカーノードは、アプリケーションポッドが実行される場所です。ノードの問題はアプリケーションの可用性に直接影響します。
NotReady状態のノード
ノード上のkubeletがAPIサーバーへのステータスレポートを停止すると、ノードはNotReadyになります。
症状:
* kubectl get nodesでノードがNotReady状態として表示される。
* そのノードにスケジューリングされたポッドはスケジューリングできなくなるか、別の場所に再スケジューリングされる可能性がある。
原因と修正方法:
* Kubeletの未実行: kubeletプロセスがクラッシュしたか、起動に失敗した可能性があります。ノード上のkubeletログを確認します。
bash
sudo journalctl -u kubelet -f
* リソースの枯渇: ノードがCPU、メモリ、またはディスクスペースを使い果たし、kubeletが正しく機能できない可能性があります。
bash
kubectl describe node <node-name>
# ノード自体で:
top
df -h
* ネットワーク接続: ノードがコントロールプレーンへのネットワーク接続を失った可能性があります。
* Docker/Containerdの問題: ノード上でコンテナランタイム（例：Docker、containerd）が誤動作している可能性があります。
ポッドの退去（Eviction）
リソース制約やその他のポリシー駆動型のイベントにより、ポッドはノードから退去させられることがあります。
症状:
* ポッドがEvicted状態で見つかる。
* kubectl describe pod <pod-name>でReason: Evictedと、原因を示すメッセージ（例：the node has insufficient memory）が表示される。
原因と修正方法:
* リソース制限: 定義されたリソース制限（CPU/メモリ）を超えるポッドは、特にメモリ不足の場合、退去の候補となります。
* ノードの圧力: ノードが深刻なリソース不足（メモリ、ディスク、PID）を経験している可能性があります。Kubernetesのkubeletエビクションマネージャーがこれを積極的に監視しています。
* サービス品質（QoS）クラス: より低いQoSクラス（BestEffort、Burstable）のポッドは、Guaranteed QoSポッドよりも先に退去させられやすくなります。
予防策:
* リソース要求と制限の設定: すべてのコンテナに対して、CPUとメモリの要求および制限を正確に定義します。
yaml
resources:
requests:
memory: "64Mi"
cpu: "250m"
limits:
memory: "128Mi"
cpu: "500m"
* ノードのTaintとTolerationの使用: 特定の特性やリソース制約を持つノードへの不要なポッドのスケジューリングを防ぎます。
* ノードリソースの監視: ノードでの高いリソース使用率についてアラートを出すための堅牢な監視を実装します。
ネットワーキングの問題
ネットワーキングは、Kubernetesにおける複雑さと問題の一般的な発生源です。
Pod間通信の失敗
ポッドが、たとえ同じノード上にあっても、互いに到達できない場合があります。
原因と修正方法:
* CNIプラグインの問題: コンテナネットワークインターフェース（CNI）プラグイン（例：Calico、Flannel、Cilium）がポッドのネットワーキングを担当します。CNIポッドのステータスとログを確認します。
bash
kubectl get pods -n kube-system -l <cni-label-selector>
kubectl logs <cni-pod-name> -n kube-system
* ネットワークポリシー: 不適切に設定されたNetworkPolicyリソースが、正当なトラフィックをブロックすることがあります。
bash
kubectl get networkpolicy --all-namespaces
* ファイアウォール/セキュリティグループ: ノード間およびクラスター内のネットワークセキュリティルールが、CNIに必要なトラフィックを許可していることを確認します。
* IPアドレス管理（IPAM）: IPアドレス割り当ての問題により、ポッドが有効なIPまたはルートを取得できなくなることがあります。
サービスディスカバリーの失敗（DNS）
ポッドがサービス名を解決できない場合、他のサービスと通信できません。
原因と修正方法:
* CoreDNS/Kube-DNSの問題: クラスターのDNSサービス（一般的にCoreDNS）が正常でないか、設定ミスがある可能性があります。そのログとリソース使用率を確認します。
bash
kubectl logs <coredns-pod-name> -n kube-system
* kubeletのDNS設定: 各ノードのkubeletがクラスターのDNSサービスを使用するように正しく設定されていることを確認します。これは通常、--cluster-dnsフラグで設定されます。
* DNSサービスへのネットワーク接続: ポッドはDNSサービスIPアドレスに到達できる必要があります。
結論
Kubernetesクラスターのトラブルシューティングには、症状を特定し、関連するコンポーネントを体系的に調査することから始めるという体系的なアプローチが必要です。コントロールプレーン、etcd、ノード、ネットワーキングにおける一般的な障害点を理解することで、問題を効率的に診断および解決し、Kubernetes環境の安定性とパフォーマンスを確保できます。
主なポイント:
* すべてを監視する: すべてのクラスターコンポーネントに対して包括的な監視を実装します。
* ログを確認する: ポッドとシステムのログは、根本原因を特定するために非常に貴重です。
* 依存関係を理解する: etcd、APIサーバー、kubeletなどのコンポーネントがどのように相互作用するかを認識します。
* 定期的にバックアップする: 特にetcdについては、定期的なバックアップが災害復旧の決定的なセーフティネットとなります。
* ソリューションをテストする: 本番環境に変更を適用する前に、ステージング環境でテストします。