Eine Kubernetes-Clusterarchitektur besteht aus zwei Haupttypen von Komponenten, die dazu beitragen können, ein fehlertolerantes System zum Ausführen von Anwendungen zu schaffen.

• Steuerungsebene: Sie fungiert als Gehirn zur Verwaltung der Cluster. 
• Worker-Knoten: Sie stellen die Laufzeitumgebung bereit.

Die Steuerungsebene ist für die Aufrechterhaltung des gewünschten Zustands des gesamten Clusters verantwortlich. Es trifft globale Entscheidungen zur Planung, reagiert auf Clusterereignisse und verwaltet den Lebenszyklus aller Kubernetes-Objekte. Zu den wichtigsten Komponenten der Steuerungsebene gehören:

• Sicherungsspeicher (etcd): Ein konsistenter und hochverfügbarer Schlüssel/Wert-Speicher, der als Sicherungsspeicher von Kubernetes für alle Clusterdaten verwendet wird.
• API-Server (kube-apiserver): Dient als Frontend der Steuerungsebene und stellt die Kubernetes API bereit. Es verwaltet und validiert REST-Anfragen und aktualisiert anschließend den Status relevanter Objekte in etcd.
• Scheduler (kube-scheduler): Der Scheduler überwacht neu erstellte Pods, denen kein Knoten zugewiesen ist, und wählt einen Knoten für sie aus, auf dem sie ausgeführt werden sollen. Die Auswahl basiert auf Ressourcenverfügbarkeit, Richtlinien und Affinitätsspezifikationen.
• Controller-Manager (kube-controller-manager) [optional]: Diese Komponente führt verschiedene Controllerprozesse aus, die den Zustand des Clusters regeln. Es gibt beispielsweise Controller, die Knotenausfälle beheben, die richtige Anzahl von Pods für ein Deployment aufrechterhalten und Dienstendpunkte verwalten.

Worker-Knoten sind die Maschinen, auf denen Ihre containerisierten Anwendungen tatsächlich ausgeführt werden. Jeder Knoten wird von der Steuerungsebene verwaltet und enthält die Dienste, die zum Ausführen von Pods erforderlich sind. Zu den Kernkomponenten auf jedem Worker-Knoten gehören:

• Kubelet: Ein Agent, der auf jedem Knoten im Cluster ausgeführt wird. Kubelet kommuniziert mit der Steuerungsebene und sorgt dafür, dass die in den Pod-Spezifikationen beschriebenen Container ausgeführt werden und fehlerfrei funktionieren.
• kube-proxy [optional]: Dieser Netzwerk-Proxy wird auf jedem Knoten ausgeführt und ist für die Verwaltung der Netzwerkregeln auf den Knoten verantwortlich. Diese Netzwerkregeln ermöglichen die Netzwerkkommunikation mit Ihren Pods über Netzwerksitzungen innerhalb oder außerhalb Ihres Clusters.
• Containerlaufzeit: Diese Software verwaltet die Ausführung von Containern und unterstützt verschiedene Laufzeiten. Eine beliebte Option ist containerd.

Kubernetes ist zwar unglaublich leistungsstark, aber das Einrichten und Betreiben eines sicheren, produktionsreifen K8s-Clusters ist mit einem erheblichen Betriebsaufwand verbunden. Hier kann ein verwalteter Dienst wie die Google Kubernetes Engine (GKE) für Unternehmensteams von großem Nutzen sein. GKE kann die Kubernetes-Clusterverwaltung vereinfachen, indem viele komplexe und zeitaufwendige Aufgaben automatisiert werden.

GKE kann eine vollständig verwaltete Steuerungsebene bereitstellen, die für Verfügbarkeit, Patches und Updates sorgt, sodass sich Ihr Team nicht darum kümmern muss. Er bietet Funktionen wie den Autopilot-Modus, der die gesamte Betriebsverwaltung des Clusters automatisiert, einschließlich Knoten und Skalierung, um den Aufwand weiter zu reduzieren und die Ressourcennutzung zu optimieren. Mit der GKE können sich Entwickler auf das Schreiben von Code und das Erstellen von Anwendungen konzentrieren, während die Plattform die zugrunde liegende Kubernetes-Clusterarchitektur und -Infrastruktur verwaltet und dafür sorgt, dass sie sicher, zuverlässig und skalierbar ist.