Kubernetes Podの操作：基本的な構成要素

Shunku
#Kubernetes#Containers#DevOps#Pods

Podは Kubernetesの基本的な構成要素です。Podを理解することは、Kubernetesを効果的に使用するために不可欠です。この記事では、Podの概念、マニフェスト、マルチコンテナパターン、ベストプラクティスを解説します。

Podとは？

PodはKubernetesで最小のデプロイ単位です。実行中のプロセスの単一インスタンスを表し、以下を共有する1つ以上のコンテナを含むことができます：

  • ネットワーク名前空間（同じIPアドレスとポート空間）
  • ストレージボリューム
  • ライフサイクル（一緒に作成・削除される）
flowchart TB
    subgraph Pod["Pod (10.244.1.5)"]
        C1["コンテナ 1<br/>:8080"]
        C2["コンテナ 2<br/>:9090"]
        Vol["共有ボリューム"]
    end

    C1 --> Vol
    C2 --> Vol

    style Pod fill:#3b82f6,color:#fff
    style Vol fill:#8b5cf6,color:#fff

Podマニフェスト構造

基本的なPod定義

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-app
  namespace: default
  labels:
    app: my-app
    environment: production
  annotations:
    description: "My application pod"
spec:
  containers:
    - name: app
      image: nginx:1.25
      ports:
        - containerPort: 80
          name: http
      resources:
        requests:
          memory: "64Mi"
          cpu: "250m"
        limits:
          memory: "128Mi"
          cpu: "500m"
  restartPolicy: Always

主要なPod Specフィールド

フィールド 説明
containers Pod内のコンテナリスト
initContainers メインコンテナの前に実行されるコンテナ
volumes コンテナで利用可能なボリューム
restartPolicy Always、OnFailure、またはNever
nodeSelector ノード選択制約
serviceAccountName Podのサービスアカウント
securityContext Pod レベルのセキュリティ設定

コンテナ仕様

完全なコンテナ例

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: full-example
spec:
  containers:
    - name: app
      image: myapp:1.0
      imagePullPolicy: IfNotPresent

      # ポート設定
      ports:
        - containerPort: 8080
          name: http
          protocol: TCP

      # 環境変数
      env:
        - name: DATABASE_URL
          value: "postgres://db:5432/myapp"
        - name: SECRET_KEY
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: app-secrets
              key: secret-key
        - name: POD_NAME
          valueFrom:
            fieldRef:
              fieldPath: metadata.name

      # リソース管理
      resources:
        requests:
          memory: "256Mi"
          cpu: "500m"
        limits:
          memory: "512Mi"
          cpu: "1000m"

      # ボリュームマウント
      volumeMounts:
        - name: config
          mountPath: /etc/config
          readOnly: true
        - name: data
          mountPath: /data

      # ヘルスチェック
      livenessProbe:
        httpGet:
          path: /health
          port: 8080
        initialDelaySeconds: 10
        periodSeconds: 5

      readinessProbe:
        httpGet:
          path: /ready
          port: 8080
        initialDelaySeconds: 5
        periodSeconds: 3

      # ライフサイクルフック
      lifecycle:
        postStart:
          exec:
            command: ["/bin/sh", "-c", "echo Started"]
        preStop:
          exec:
            command: ["/bin/sh", "-c", "sleep 10"]

  volumes:
    - name: config
      configMap:
        name: app-config
    - name: data
      emptyDir: {}

Podライフサイクル

Podフェーズ

flowchart LR
    Pending["Pending"] --> Running["Running"]
    Running --> Succeeded["Succeeded"]
    Running --> Failed["Failed"]
    Pending --> Failed

    style Pending fill:#f59e0b,color:#fff
    style Running fill:#22c55e,color:#fff
    style Succeeded fill:#3b82f6,color:#fff
    style Failed fill:#ef4444,color:#fff
フェーズ 説明
Pending Podは受け入れられたがコンテナがまだ作成されていない
Running 少なくとも1つのコンテナが実行中
Succeeded すべてのコンテナが正常に終了
Failed すべてのコンテナが終了、少なくとも1つが失敗
Unknown Podの状態を判断できない

コンテナ状態

状態 説明
Waiting コンテナが開始を待機中
Running コンテナが実行中
Terminated コンテナが実行を完了

再起動ポリシー

spec:
  restartPolicy: Always    # デフォルト、常に再起動
  restartPolicy: OnFailure # 失敗時のみ再起動
  restartPolicy: Never     # 再起動しない

マルチコンテナPod

サイドカーパターン

メインコンテナの機能を拡張するヘルパーコンテナ。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: app-with-sidecar
spec:
  containers:
    # メインアプリケーション
    - name: app
      image: myapp:1.0
      ports:
        - containerPort: 8080
      volumeMounts:
        - name: logs
          mountPath: /var/log/app

    # サイドカー：ログコレクター
    - name: log-collector
      image: fluentd:latest
      volumeMounts:
        - name: logs
          mountPath: /var/log/app
          readOnly: true

  volumes:
    - name: logs
      emptyDir: {}

アンバサダーパターン

外部通信を処理するプロキシコンテナ。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: app-with-ambassador
spec:
  containers:
    - name: app
      image: myapp:1.0
      env:
        - name: DATABASE_URL
          value: "localhost:5432"  # アンバサダーに接続

    # アンバサダー：データベースプロキシ
    - name: db-proxy
      image: cloud-sql-proxy:latest
      args:
        - "--instances=project:region:instance=tcp:5432"

アダプターパターン

メインコンテナからの出力を変換するコンテナ。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: app-with-adapter
spec:
  containers:
    - name: app
      image: legacy-app:1.0
      volumeMounts:
        - name: metrics
          mountPath: /metrics

    # アダプター：メトリクス形式を変換
    - name: metrics-adapter
      image: prometheus-adapter:latest
      ports:
        - containerPort: 9090
      volumeMounts:
        - name: metrics
          mountPath: /metrics
          readOnly: true

  volumes:
    - name: metrics
      emptyDir: {}

Initコンテナ

Initコンテナはメインコンテナが開始する前に実行され、セットアップタスクに便利です。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: app-with-init
spec:
  initContainers:
    # データベースを待機
    - name: wait-for-db
      image: busybox:1.36
      command: ['sh', '-c', 'until nc -z db-service 5432; do sleep 2; done']

    # 設定をダウンロード
    - name: download-config
      image: busybox:1.36
      command: ['wget', '-O', '/config/app.conf', 'http://config-server/app.conf']
      volumeMounts:
        - name: config
          mountPath: /config

    # 権限を設定
    - name: set-permissions
      image: busybox:1.36
      command: ['chmod', '-R', '755', '/data']
      volumeMounts:
        - name: data
          mountPath: /data

  containers:
    - name: app
      image: myapp:1.0
      volumeMounts:
        - name: config
          mountPath: /etc/app
        - name: data
          mountPath: /data

  volumes:
    - name: config
      emptyDir: {}
    - name: data
      emptyDir: {}

リソース管理

リクエストとリミット

resources:
  requests:    # 最小保証リソース
    memory: "256Mi"
    cpu: "500m"      # 0.5 CPUコア
  limits:      # 最大許可リソース
    memory: "512Mi"
    cpu: "1000m"     # 1 CPUコア

CPU単位

値 意味
1 1 CPUコア
1000m 1 CPUコア（ミリコア）
500m 0.5 CPUコア
100m 0.1 CPUコア

メモリ単位

値 意味
128Mi 128メビバイト
1Gi 1ギビバイト
128M 128メガバイト
1G 1ギガバイト

サービス品質（QoS）

QoSクラス 条件
Guaranteed すべてのコンテナでrequests == limits
Burstable 少なくとも1つのコンテナにrequestsまたはlimitsがある
BestEffort requestsもlimitsも設定されていない 
# Guaranteed QoS
resources:
  requests:
    memory: "256Mi"
    cpu: "500m"
  limits:
    memory: "256Mi"
    cpu: "500m"

Podセキュリティ

セキュリティコンテキスト

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: secure-pod
spec:
  securityContext:
    runAsUser: 1000
    runAsGroup: 3000
    fsGroup: 2000
    runAsNonRoot: true

  containers:
    - name: app
      image: myapp:1.0
      securityContext:
        allowPrivilegeEscalation: false
        readOnlyRootFilesystem: true
        capabilities:
          drop:
            - ALL

Podセキュリティ標準

レベル 説明
Privileged 制限なし
Baseline 最小限の制限、既知のエスカレーションを防止
Restricted 高度に制限的、ハードニングのベストプラクティスに従う

Podの操作

作成と管理

# YAMLからPodを作成
kubectl apply -f pod.yaml

# 命令的にPodを作成
kubectl run nginx --image=nginx:1.25

# Podを一覧表示
kubectl get pods
kubectl get pods -o wide

# Podを詳細表示
kubectl describe pod my-pod

# Podを削除
kubectl delete pod my-pod

# Podを即座に削除
kubectl delete pod my-pod --force --grace-period=0

デバッグとトラブルシューティング

# ログを表示
kubectl logs my-pod
kubectl logs my-pod -c container-name
kubectl logs my-pod --previous

# コマンドを実行
kubectl exec my-pod -- ls /app
kubectl exec -it my-pod -- /bin/sh

# ポートフォワード
kubectl port-forward my-pod 8080:80

# ファイルをコピー
kubectl cp my-pod:/app/log.txt ./log.txt

Pod状態条件

# Pod条件を確認
kubectl get pod my-pod -o jsonpath='{.status.conditions}'
条件 説明
PodScheduled Podがノードにスケジュールされた
ContainersReady すべてのコンテナが準備完了
Initialized すべてのinitコンテナが完了
Ready Podがリクエストを処理可能

一般的なパターン

グレースフルシャットダウン

spec:
  terminationGracePeriodSeconds: 30
  containers:
    - name: app
      lifecycle:
        preStop:
          exec:
            command: ["/bin/sh", "-c", "sleep 5 && kill -SIGTERM 1"]

Pod Disruption Budget

apiVersion: policy/v1
kind: PodDisruptionBudget
metadata:
  name: app-pdb
spec:
  minAvailable: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app

ベストプラクティス

プラクティス 推奨事項
1コンテナ1プロセス コンテナを集中的に保つ
リソースリミットを設定 リソース枯渇を防止
ヘルスチェックを使用 自己修復を有効化
非rootで実行 セキュリティを向上
ラベルを使用 Podを整理・選択
特権モードを避ける 攻撃面を最小化

重要なポイント

  1. Podは最小単位 - コンテナはPod内で実行される
  2. コンテナはリソースを共有 - ネットワーク、ストレージ、ライフサイクル
  3. initコンテナを使用 - セットアップと初期化用
  4. リソースのrequests/limitsを設定 - 適切なスケジューリングとQoSのため
  5. マルチコンテナパターン - サイドカー、アンバサダー、アダプター
  6. セキュリティコンテキスト - Podを安全に実行

次のステップ

次の記事では、Podレプリカとローリングアップデートを管理するDeploymentとReplicaSetを解説します。

参考文献

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