Best Practices für Kubernetes-Storage

Dieser Ratgeber von Portworx by Pure Storage befasst sich mit Techniken und Best Practices für die Optimierung von Kubernetes-Storage. Es ist alles beschrieben, was Unternehmen für den Aufbau einer robusten, skalierbaren Lösung benötigen – von der Datensicherheit über Backup-Strategien bis hin zur Auswahl geeigneter Speicherklassen. [...]

Kubernetes hat sich zum De-facto-Tool für die Container-Orchestrierung entwickelt und dominiert weiterhin die Container-Orchestrierungslandschaft. Es ist ein komplexer, aber wesentlicher Bestandteil jeder zustandsorientierten Anwendung und gewährleistet die Datenpersistenz über Cluster hinweg. Ein Verständnis der Best Practices für Kubernetes-Storage kann die Bereitstellungsstrategien von Unternehmen positiv beeinflussen.

Dieser Ratgeber von Portworx by Pure Storage befasst sich mit Techniken und Best Practices für die Optimierung von Kubernetes-Storage. Es ist alles beschrieben, was Unternehmen für den Aufbau einer robusten, skalierbaren Lösung benötigen – von der Datensicherheit über Backup-Strategien bis hin zur Auswahl geeigneter Speicherklassen.

Herausforderungen und Vorteile von Kubernetes-Storage

Kubernetes ist extrem leistungsfähig bei der Orchestrierung und Verwaltung von Tausenden von containerisierten Anwendungen. Die Speicherung in Kubernetes ist jedoch mit einigen Schwierigkeiten verbunden:

• Die Konfiguration von StorageClasses und PersistentVolumeClaims kann komplex sein, wenn man es mit mehreren Speicher-Backends zu tun hat und gleichzeitig die Kompatibilität mit dem On-Premises-Speicher sicherstellen will.
• Die Verwaltung von StatefulSets und die Handhabung der Migration von Speicherklassen ohne Datenverlust in verteilten Setups ist eine Herausforderung.
• Die Wahl des richtigen Typs der Speicherabstraktion (PV, PVC, StorageClass) ist entscheidend, und die Implementierung und Pflege von CSI-Treibern für verschiedene Speichersysteme ist schwierig.
• Die Bereitstellung und Verwaltung fein abgestufter Zugriffskontrollen und die Festlegung von Ressourcenkontingenten, insbesondere in einem Multi-Setup, erfordern eine sorgfältige Planung.
• Die Sicherung der Daten ist von entscheidender Bedeutung, und die Implementierung zuverlässiger Sicherungslösungen, einschließlich Snapshots und inkrementeller Sicherungen, ist insbesondere bei verteilten Speichersystemen nicht einfach zu bewerkstelligen.

Warum es wichtig ist, die Best Practices für Kubernetes-Storage zu kennen

Da sich Unternehmen auf containerisierte Anwendungen verlassen, ist die effektive Verwaltung von Kubernetes-Storage von entscheidender Bedeutung. Die Kenntnis der Best Practices für Kubernetes-Storage hilft Administratoren, sich in der komplexen Landschaft von Kubernetes-Storage zurechtzufinden. Die Umsetzung der Best Practices hilft ihnen, bewährte Speicherlösungen und -prozesse zu implementieren, die einer erhöhten Belastung standhalten und effektiv skaliert werden können. Sie hilft Unternehmen außerdem bei der Kostenoptimierung durch die Auswahl und Implementierung branchenführender Storage-Management-Lösungen und -Verfahren.

Implementierung von Kubernetes Dynamic Volume Storage

Was ist dynamische Volumenbereitstellung? Dynamisches Provisioning automatisiert die Erstellung von Speicher-Volumes durch Kubernetes bei Bedarf ohne manuelle Eingriffe, was Zeit und Aufwand spart und den Prozess weniger fehleranfällig macht. Um das volle Potenzial dieser Funktion auszuschöpfen, gilt es die Best Practices befolgen, die eine optimale Leistung gewährleisten.

Empfehlungen für die dynamische Volume-Bereitstellung: Um die dynamische Volume-Bereitstellung in vollem Umfang zu nutzen, ist es wichtig, bewährte Verfahren zu befolgen, die auf dynamische Umgebungen zugeschnitten sind:

• Verwendung von Persistent Volume Claims (PVC) für die Bereitstellung dynamischer Volumes. Dadurch werden die zugrundeliegenden Speicherdetails abstrahiert und die Speicherverwaltung vereinfacht.
• PVC in die Containerkonfiguration aufnehmen, aber niemals Persistent Volumes (PV), da dies den Container fest an einen Knoten koppelt.
• Definition einer geeigneten Rückforderungsrichtlinie in Abhängigkeit von den verfügbaren Ressourcen, um die Speicherkosten nach dem Löschen der Pods zu minimieren.
• Nutzung der Parameter der Speicherklasse, um das Verhalten der dynamischen Volumes anzupassen. Dazu gehören die Einstellung von Replikationsfaktoren, Verschlüsselung und Bereitstellungsrichtlinien.
• Es sollte immer eine Standard-StorageClass vorhanden sein, da PVCs, die keine StorageClass angeben, fehlschlagen.

Wichtige Benchmarks und Metriken für die dynamische Volume-Bereitstellung: Die Implementierung von Dynamic Volume Provisioning für Kubernetes erfordert die Validierung der Unterstützung und Kompatibilität mit verschiedenen Speicher-Backends, Kubernetes-Speicherklassen und Automatisierungs-APIs. Darüber hinaus ist die Überwachung wichtiger Metriken wie Bereitstellungsgeschwindigkeit, IOPS, Latenz, Durchsatz und Ressourcennutzung entscheidend.

Optimierung von Kubernetes-Storage für Skalierbarkeit

Warum ist Skalierbarkeit für Kubernetes-Storage wichtig? Die wachsenden Anforderungen der Workloads erfordern eine Skalierung der Ressourcen. Gleichzeitig muss auch der Speicher skalierbar sein. Das bedeutet, dass auch die Speicherlösung in der Lage sein muss, in Bezug auf Kapazität und Leistung zu wachsen, um den wachsenden Anforderungen gerecht zu werden. Wenn also eine Anwendung skaliert wird, indem mehr Pods und Nodes hinzugefügt werden, um den zunehmenden Datenverkehr zu bewältigen, muss auch der Speicher dynamisch zusätzliche Volumes hinzufügen und die Speicherlast effektiv verteilen.

Konfigurieren von Kubernetes-Storage für Skalierbarkeit: Mit effektiven Skalierbarkeitsregeln ist eine Anwendung auch in Spitzenlastzeiten reaktionsfähig und aktiv. Im Folgenden finden sich einige Best Practices, Tipps und Tricks zur Optimierung von Kubernetes-Storage für Skalierbarkeit:

• Verwendung von Dynamic Volume Provisioning, um Speicher-Volumes bei Bedarf automatisch bereitzustellen, um manuelle Eingriffe zu reduzieren und eine nahtlose Skalierbarkeit zu ermöglichen.
• Wenn bereits ein Horizontal Pod Autoscalar (HPA) konfiguriert ist, sollte dieser mit der Speicherstrategie optimiert/kombiniert werden, um sicherzustellen, dass die Anwendung unterschiedliche Lasten bewältigen kann.
• Verteilung der Speicher-Workloads auf verschiedene Knoten, um die Ressourcen besser auszulasten und Engpässe und Single Points of Failure zu vermeiden.
• Überwachung und Optimierung von Ressourcenkontingenten und -limits, um sicherzustellen, dass der Speicher gleichmäßig auf die Workloads verteilt ist.

Wichtige Benchmarks und Metriken für die Skalierbarkeit: Die Optimierung des Kubernetes-Storage für die Skalierbarkeit bedeutet die ständige Überwachung verschiedener Metriken, einschließlich der Speicherkapazitätsauslastung, des Durchsatzes bei Spitzenlasten und der Leistungsauswirkungen des Hinzufügens neuer Knoten und Volumes. Die regelmäßige Überprüfung dieser Metriken trägt zur Aufrechterhaltung der Leistung und Zuverlässigkeit der Lösung bei.

Kubernetes-Storage für schnelle Leistung optimieren

Unternehmen wollen heutzutage, dass ihre Anwendungen schnell und reaktionsschnell sind. Da die meisten Anwendungen durch Speicher unterstützt werden, ist es wichtig, dass der Speicher für die Leistung optimiert ist. So wird sichergestellt, dass die Anwendung reibungslos und effizient läuft. Im Folgenden finden sich einige Tipps und bewährte Verfahren zur Optimierung des Speichers für eine schnellere Leistung:

• Einsatz von Speicherklassen wie SSD-basierte Lösungen, da diese eine schnellere Leistung bieten, z. B. höhere IOPS und niedrige Latenzzeiten, und sich für Anwendungen eignen, die einen schnellen Datenzugriff erfordern.
• Nutzung lokaler persistenter Volumes für Hochleistungs-Workloads anstelle von Network-Attached Storage. Diese verursachen keinen Netzwerk-Overhead und bieten daher eine bessere Leistung.
• Implementierung von Caching-Strategien wie In-Memory- oder Storage-Level-Caches, um den Datenabruf zu beschleunigen und die Überlastung des Primärspeichers zu reduzieren.
• Für extrem leistungsstarke Workloads wie KI-Workloads bieten NVMe-Festplatten anstelle herkömmlicher SSDs einen besseren Durchsatz bei niedrigen Latenzen. Alle Pure Storage-Lösungen nutzen NVMe-Speicher, um das volle Potenzial von Flash-Speicher zu erschließen.
• Für leistungskritische Workloads empfiehlt es sich, hierfür dedizierten Speicher zu verwenden, um Konflikte mit anderen Anwendungen zu vermeiden und eine zuverlässige Leistung zu gewährleisten.

Wichtige Benchmarks und Metriken für schnelle Leistung: Wenn Unternehmen ihren Speicher für eine bessere Leistung optimieren, müssen sie auch wichtige Metriken wie IOPS, Lese- und Schreiblatenzen sowie den Durchsatz verfolgen. Je nach den zugrundeliegenden Speichertypen müssen sie außerdem einige zusätzliche Konfigurationen vornehmen, um die Reaktionsfähigkeit ihres Systems bei Spitzenlasten zu überprüfen.

Bewährte Sicherheitspraktiken

Die Implementierung von Best Practices für die Sicherheit ist notwendig, um unbefugten Zugriff und Sicherheitsverletzungen zu verhindern, sei es für die Anwendung oder die Daten. Hunderte von Unternehmen sind von Schwachstellen in ihren Anwendungen betroffen; in den meisten Fällen handelt es sich um eine Datenpanne. Hier sind einige Best Practices zum Schutz von Kubernetes-Daten aufgelistet:

• Implementierung von Datenverschlüsselung im Ruhezustand und bei der Übertragung. Administratoren müssen sicherstellen, dass alle Speichervolumes verschlüsselt sind, dass sie Kubernetes-Geheimnisse verwenden, um sensible Informationen zu speichern, und sichere Protokolle für die Datenübertragung verwenden.
• Aktivierung einer fein abgestuften Zugriffskontrolle mit Hilfe von Role-Based Access Control (RBAC), Zero Trust und anderen Kontrollmechanismen, um den Zugriff auf Storage-Volumes zu begrenzen und den unbefugten Zugriff zu minimieren.
• Definition und Konfiguration von Netzwerkrichtlinien, um den Datenverkehr zwischen den Anwendungen und Speicher-Workloads zu kontrollieren. Auf diese Weise können Administratoren den Zugriff auf ihre Storage-Volumes und andere Workloads einschränken und unbefugten Zugriff verhindern.
• Implementierung eines Mechanismus, um die Verschlüsselungsschlüssel und Geheimnisse regelmäßig zu wechseln. Dadurch wird das Risiko eines unbefugten Zugriffs aufgrund kompromittierter Anmeldeinformationen verringert.
• Aktivierung von Überwachungs-, Protokollierungs- und Warnmechanismen, um verschiedene Ereignisse, wie z. B. Zugriffs- und Änderungsanfragen, zu verfolgen. So können Administratoren einen Prüfpfad erstellen und gleichzeitig die Einhaltung zahlreicher Vorschriften sicherstellen.

Wenn Unternehmen diese Best Practices implementieren, müssen sie regelmäßig die Wirksamkeit Ihrer Zugriffskontrollmechanismen, die Verschlüsselung und die Einhaltung von Richtlinien und Vorschriften überprüfen, um ihre Kubernetes-Storage-Lösung vor Bedrohungen zu schützen.

Backup und Disaster Recovery

Unternehmen konzentrieren sich auf Skalierbarkeit und Flexibilität und schützen ihre Anwendungen vor Ausfällen oder Ausfallzeiten. Hier kommen Backup und Kubernetes Disaster Recovery-Strategien ins Spiel. Im Folgenden finden sich einige Best Practices, Tipps und Tricks für die Erstellung einer effektiven Kubernetes-Backup-Strategie:

• Implementierung automatisierter, regelmäßiger Backups für alle kritischen Daten und Nutzung inkrementeller Backups, um den Aufwand zu verringern und die Effizienz des Backup-Prozesses zu verbessern.
• Backups müssen auf verschiedenen Knoten, vorzugsweise an verschiedenen Standorten, gespeichert werden, um sich gegen regionale Katastrophen abzusichern.
• Durchführung regelmäßiger Prüfsummentests für die Backups, um sicherzustellen, dass sie korrekt und gültig sind.
• Implementierung von Backup-Aufbewahrungsrichtlinien, um die Backups für eine bestimmte Dauer aufzubewahren, abhängig von den geschäftlichen und gesetzlichen Anforderungen.
• Kontinuierliche Überwachung der Backup-Prozesse, um sicherzustellen, dass sie nicht ausfallen. Regelmäßige Tests der Backup- und Disaster-Recovery-Prozesse, um sicherzustellen, dass sie aktuell sind.
• Regelmäßige Snapshots und Backups schützen vor Datenverlusten, und die Speicherung an verschiedenen geografischen Standorten schützt vor regionalen Ausfällen.

Testen von Wiederherstellungsprozeduren: Das Testen von Wiederherstellungsprozeduren stellt sicher, dass die Daten bei Bedarf schnell und zuverlässig wiederherstellbar sind. Wenn Unternehmen diese Verfahren befolgen, können sie die Datenintegrität aufrechterhalten und die Geschäftskontinuität bei unerwarteten Unterbrechungen sicherstellen:

• Administratoren müssen sicherstellen, dass die Sicherungen vollständig und nicht beschädigt sind, indem sie die Prüfsumme validieren. Ebenso müssen sie sich vergewissern, dass alle für eine erfolgreiche Wiederherstellung erforderlichen Daten vorhanden sind.
• In regelmäßigen Abständen durchgeführte Wiederherstellungsvorgänge stellen sicher, dass der gesamte Anwendungsstatus entsprechend dem RPO wiederhergestellt werden kann.
• Administratoren müssen Disaster-Recovery-Szenarien simulieren, indem sie Cluster-/Knotenausfälle herbeiführen und die Wiederherstellungsvorgänge ausführen, um die Effektivität und Geschwindigkeit der Wiederherstellung zu testen.
• Wiederherstellungstests lassen sich mit Hilfe von Tools zum Testen und Überprüfen von Wiederherstellungsprozeduren automatisieren.

Datenspeicherung und -verwaltung

Keiner der Tipps zur Optimierung der Skalierbarkeit oder Leistung wird wirksam sein, wenn Unternehmen ihre Daten nicht ordnungsgemäß speichern und verwalten. Dies wirkt sich auch auf die Fähigkeit ihrer Anwendung aus, wachsende Datenanforderungen zu bewältigen. Im Folgenden finden sich einige bewährte Verfahren für eine gute Verwaltung der Daten:

• Organisation der Daten in verschiedenen Speicherklassen, je nach Wichtigkeit, Zugriffshäufigkeit und Kritikalität der Daten. Um die Wartbarkeit Ihrer Daten zu verbessern, lassen sich auch verschiedene Namensräume erstellen und pflegen.
• Richtlinien zur Datenaufbewahrung sollten definiert und durchgesetzt werden, um die Daten zu verwalten. Die Implementierung von Jobs und Automatisierungen sorgt dafür, unnötige und veraltete Daten zu löschen und regelmäßig Speicherplatz freizugeben.
• Die Implementierung der dynamischen Speicherbereitstellung sorgt dafür, die Zuweisung von Speicherressourcen zu automatisieren, menschliche Eingriffe zu reduzieren und den Prozess zu rationalisieren.
• Die Implementierung von Techniken wie Prüfsummen und Datenvalidierung ist wichtig, um die Integrität und Konsistenz der Daten regelmäßig zu überprüfen und Datenverluste aufgrund von Beschädigungen zu verhindern.
• Und schließlich gilt es die Prozesse der Datenspeicherung- und -verwaltung regelmäßig überprüfen, um sicherzustellen, dass sie mit den sich entwickelnden Geschäftsanforderungen übereinstimmen.

Umgang mit Speicherfehlern und Warnungen: Effektives Storage und Management erfordert die Überwachung verschiedener Metriken und den proaktiven Umgang mit Speicherausfällen und -warnungen. Durch eine kontinuierliche Überwachung können Unternehmen Problemen zuvorkommen und Ausfälle vermeiden, was zu einem reibungslosen Betrieb beiträgt. Im Folgenden finden sich einige Tipps zum Umgang mit Speicherausfällen und -warnungen:

• Implementierung von Monitoring-Tools, um den Zustand des Speichers zu überwachen, und Konfiguration von Warnmeldungen für alle kritischen Probleme wie geringen Speicherplatz und hohe Latenzzeiten.
• Erstellung von Warnschwellenwerten für die Auslösung von Warnungen auf der Grundlage von Metriken wie Speicherkapazität, IOPS etc. entsprechend den Anwendungs- und Speicheranforderungen.
• Erstellung von Störungsplänen und Einrichtung automatisierter Mechanismen, um auf allgemeine Alarme im Zusammenhang mit der automatischen Skalierung oder der Auslösung von Failover-Prozessen zu reagieren.
• Regelmäßiges Testen der Notfallpläne für verschiedene Ausfallszenarien. Zudem gilt es sicherzustellen, dass sich die Tests mit der Entwicklung der Speicherumgebung weiterentwickeln.

Kubernetes-Storage mit Portworx

Die erläuterten Best Practices bieten einen umfassenden Ansatz für die Verwaltung von Storage in Kubernetes. Die Umsetzung all dieser Best Practices ist jedoch nicht ganz einfach. An dieser Stelle kann Portworx by Pure Storage helfen. Als Anbieter von Storage-Lösungen vereinfacht Portworx die Implementierung dieser Best Practices, um Kubernetes-Storage robust, sicher und skalierbar zu machen. Darüber hinaus abstrahiert Portworx die Komplexität von Details direkt mit Kubernetes-Storage und bietet Optionen für die Bereitstellung im Cluster oder auf der Portworx-Plattform. Diese Dienste sind Teil der Portworx Platform, einer Multi-Cloud-fähigen Plattform für den Betrieb geschäftskritischer Anwendungen in der Produktion mit einer vollständig integrierten Lösung für die Verwaltung und Optimierung von Speicher, Datenwiederherstellung, Sicherheit und automatisiertem Kapazitätsmanagement:

• Portworx Enterprise bietet Speicher- und Datenmanagementdienste für Container in der Cloud, On-Premises oder in hybriden Umgebungen. Portworx Enterprise fungiert als softwaredefinierte Schicht, die den Datenspeicher abstrahiert und in einem virtuellen Pool zusammenfasst. Es hilft auch bei der Betriebszeit, dem automatischen Kapazitätsmanagement, der Ressourcenoptimierung und der Redundanz.
• Portworx Enterprise ermöglicht auch die Verschlüsselung von Kubernetes-Daten und enthält Funktionen wie RBAC, um eine bessere Kontrolle über den Datenzugriff zu ermöglichen.
• Die Autopilot-Funktionen von Portworx Enterprise helfen bei der Optimierung des Kubernetes-Storage für Skalierbarkeit durch regelbasierte Optimierung und Verwaltung. Außerdem werden Kosten gesenkt, indem Speicher nur bei Bedarf bereitgestellt wird.
• Portworx Backup bietet Sicherungs- und Wiederherstellungsdienste für zustandslose und zustandsfähige Datenlösungen.