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Kubernetes als populäre Container-Orchestrationsprogramm bietet eine Vielzahl an Vorteilen für das Verwaltung komplexer Anwendungen. Eines seiner Schlüssel-Features beinhaltet Namespaces, welches eine logische Teilung sowie Organisation von Cluster-Ressourcen ermöglicht. In diesem Artikel erkunden wir daher die Bedeutsamkeit von jener Namespace-Teilung in Kubernetes und warum diese entscheidend für die effiziente als auch sichere Bereitstellung einer Anwendung ist.

Kubernetes-Namespaces verstehen

Innerhalb Kubernetes stellt ein Namespace ein virtuelles Cluster dar, welches eine Möglichkeit bietet ein physisches Cluster in zahlreiche logische Einheiten zu unterteilen. Das bietet eine isolierte Umgebung, in welcher Objekte wie etwa Pods, Services oder Deployments verweilen können. Standardmäßig schafft Kubernetes einen sogenannten „Default“-Namespace (dt. „Standard“) für Ressourcen, welche nicht explizit an einen anderen Namespace gebunden werden.

Vorteile der Namespace-Teilung

1. Logische Teilung: Namespace-Teilung erlaubt die logische Isolation verschiedener Anwendung, Teams oder Umgebungen innerhalb eines Clusters. Jeder Namespace agiert als eigenständige Einheit, reduziert daher Interferenzen und stellt eine klare Abgrenzung zwischen Ressourcen dar. Diese Teilung wertet infolgedessen Sicherheit, Skalierbar- sowie Verwaltbarkeit auf.
   
   
2. Team-Arbeit: In einer Multi-Team-Umgebung stärken Namespaces die Zusammenarbeit durch das Bereitstellen dedizierter Räume für jedes Team, um wiederum deren eigenen Anwendung bereitzustellen als auch zu verwalten. Teams können unabhängig voneinander operieren, Ressourcen-Quoats konfigurieren, RBAC-Policies umsetzen („Role-Based Access Control) sowie Konflikte umgehen, welche normalerweise von der Nutzung geteilter Ressourcen einhergehen können.
   
   
3. Ressourcen-Management: Namespace-Teilung hilft ebenso bei der Struktur von Ressourcen und deren effektiven Verteilung innerhalb des Clusters. Durch das Erstellen spezifizierter Namespaces für Anwendungen oder Umgebungen, können Administratoren Ressourcen-Quotas und Beschränkungen für jeden dieser einsetzen. Verhindert wird dadurch das Monopolisieren eines Clusters durch eine Anwendung und damit einhergehend wahrscheinliche Performance-Beeinträchtigungen.
   
   
4. Testing- und Staging-Umgebungen: Namespace-Teilung ist besonders von Nutzen für das Erstellen von Test- sowie Staging-Umgebungen. Sie ermöglicht den Entwicklungs- bzw. Testing-Teams, deren Anwendungen in isolierten Namespaces bereitzustellen und halten so Beeinträchtigungen durch etwaige Fehler oder Änderungen innerhalb der Testphasen von der Produktionsumgebungen fern.
   
   
5. Sicherheits- und Zugriffskontrolle: Namespace-Teilung stärkt die Sicherheit durch die Ermöglichung von Zugriffskontrollen-Durchsetzung als auch der Implementierung von RBAC-Policies auf Namespace-Level. Durch das Isolieren der Ressourcen können Administratoren Berechtigungen einschränken und so den Radius möglicher Schäden durch potentielle Sicherheits-Breaches reduzieren. Auch wird die Einhaltung mit regulatorischen Anforderungen durch eine angemessene Zugriffs-Kontrolle und die Teilung sensibler Daten gewährleistet.

Die Best Practises für Namespace-Teilung

1. Nutzen Sie prägnante Namen: Wählen Sie bedeutsame sowie herausstechende Namen für Namespaces, um deren Nutzen oder das Team bzw. die Anwendung darzustellen, dem der Namespaces zugeordnet ist. Diese Praktik vereinfacht das Ressourcen-Management und hilft beim Troubleshooting.
   
   
2. Vermeiden Sie sich überlappende Namespaces: Gehen Sie sicher, dass Namespaces andersartig genug sind, um keine Probleme zu verursachen oder für Verwirrung im Cluster zu sorgen! Andernfalls kann es zu ungewolltem Teilen von Ressourcen kommen, darüber hinaus werden Isolation und die damit einhergehende Sicherheit ebenso gestört.
   
   
3. Implementieren Sie Ressourcen-Qutoas: Definieren Sie Ressourcen-Quotas für jeden Namespace, um Ressourcen-Überbeanspruchung zu vermeiden. Diese Praktik bringt eine faire Verteilung von Ressourcen und federt das Risiko der Beeinträchtigung von Anwendungen durch eine andere ab.
   
   
4. Fügen Sie RBAC-Policies ein: Nutzen Sie Kubernetes Rollenbasierte Zugriffskontrolle, um Zugriffe wie auch Berechtigungen innerhalb von Namespaces zu zügeln. Vergeben Sie angemessene Rollen an Nutzer oder gesamte Gruppen, um eine anständige Teilung von Pflichten und die Einhaltung der Sicherheit zu gewährleisten.

Schritt-für-Schritt-Anleitung für die Teilung von Namespaces in Kubernetes

Schritt 1: Erstellung eines Namespace

Lassen Sie uns für Ihre Anwendungen und Umgebungen, in welchen Sie Einteilungen wünschen, jeweils einen Namespace zu Anfang erstellen. Dies geht mithilfe des folgenden Befehls:

kubectl create namespace <namespace-name> 

Ersetzen Sie „<namespace-name>“ mit einem einprägsamen Namen für Ihren Namespace, wie etwa „production“, „development“ oder dem spezifischen Namen der Anwendung.

Schritt 2: Ressourcen in den neuen Namespace migrieren

Sobald die neuen Namespaces erschaffen sind, werden Sie die existierenden Ressourcen migrieren oder komplett neue erstellen müssen. Zu den Ressourcen zählen unter anderem Deployments, Pods, Services wie auch andere Kubernetes Objekte.

Um die existierenden Ressourcen nun zum neuen Namespace hinzubewegen, hilft Ihnen dieser Command der Rubrik „kubectl“ mit der entsprechenden Flag „—namespace“ weiter.

kubectl get <resource-type> --namespace <source-namespace> -o yaml | kubectl apply --namespace <destination-namespace> -f –

Ersetzen Sie auch hier entsprechen „<resource-type>“ mit dem entsprechendem Kubernetes-Objekt Ihrer Wahl. „<source-namespace>“ sollte namentlich dem derzeitigen Namespace entsprechen, an welchem sich die Ressourcen gerade befinden, während „<destination-namespace>“ den Ziel-Namespace widerspiegelt.

Beispielsweise kann der folgende Befehl genutzt werden, um alle Deployments vom Default-Namespace in den neu-ernannten „Production“-Namespace zu verschieben.

kubectl get deployments --namespace default -o yaml | kubectl apply --namespace production -f -

Dieser Schritt muss für jeden Ressourcen-Typ und Namespace, welchen sie einteilen möchten, wiederholt werden.

Schritt 3: Einsatz von Ressourcen-Quotas und Beschränkungen

Für die gerechte Verteilung von Ressourcen gegen die Monopolisierung von Cluster-Ressourcen ist das Einsetzen von Ressourcen-Quotas und Beschränkungen für jeden Namespace essenziell.

Dem hingereichend können Sie Ressourcen-Quotas per Yaml-Datei definieren oder direkt den „kubectl“-Befehl nutzen. Sie sehen nun ein Beipiel einer Ressourcen-Quota-Definition:

apiVersion: v1

kind: ResourceQuota

metadata:

  name: resource-quota

  namespace: <namespace-name>

spec:

  hard:

    cpu: "2"

    memory: 2Gi

    pods: "10"

    ...

Ersetzen Sie „<namespace-name>“ natürlich durch den von Ihnen gewünschten Namespace, in welchem Sie die Quotas setzen wollen. Passen Sie die Werte gemäß Ihrer Anforderungen an.

Zur Inbetriebnahme Ihrer Ressourcen-Quotas nutzen Sie bitte den folgenden Befehl:

kubectl apply -f <resource-quota-file.yaml>

Schritt 4: Implementieren Sie RBAC

RBAC sichert die gewünschte Zugriffskontrolle und beschränkt Berechtigungen innerhalb von Namespaces. Durch die Vergabe von Rollen und Berechtigungen können Sie die Sicherheit wahren und unautorisierten Zugriff negieren.

Um eine ClusterRole oder Role zu definieren, welche die gewünschten Berechtigungen beinhaltet, können Sie die folgende YAML-Datei als Referenz heranziehen:

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1

kind: Role

metadata:

  name: role-name

  namespace: <namespace-name>

rules:

- apiGroups: [""]

  resources: ["pods", "services"]

  verbs: ["get", "list", "create", "delete"]

Replace <namespace-name> with the name of the namespace where you want to apply the RBAC role. Adjust the resource types and verbs based on your specific requirements.

To apply the RBAC role, use the following command:

kubectl apply -f <role-definition-file.yaml>

Durch das Befolgen dieser Schritte können Sie effektiv Namespaces in Kubernetes einteilen und logische Isolation, verbesserte Kollaboration sowie gestärkte Sicherheit ermöglichen. Behalten Sie in Erinnerung neue Namespaces zu erschaffen, Ressourcen zu migrieren, Ressourcen-Quotas zu definieren als auch RBAC zu implementieren. So schaffen sie die optimale Teilung und Organisation Ihres Clusters. Eine anständige Teilung der Namespaces ermächtigt Ihnen ebenso die effiziente Handhabung von Anwendungen, Teams als auch Umgebungen und bietet so eine skalierbare wie auch sichere Kubernetes Infrastruktur.

Abschließend lässt sich sagen

Namespace-Teilung spielt einen entscheidenden Faktor in der Verwaltung komplexer Deployments in Kubernetes. Durch logische Isolation, aufgewertete Kollaboration, Ressourcen-Management als auch der verbesserten Sicherheit bieten Namespaces einen skalierbaren und effizienten Weg zur Organisation von Anwendungen von sowohl Cluster-Anwendungen wie auch -Umgebungen. Sofern Sie sich an die Best Practises halten und das Potential von Namespaces voll ausschöpfen, kann Ihr Team effiziente Anwendungs-Deployments erreichen und die Integrität derer Kubernetes-Infrastruktur wahren.

Author: Christoph Stifel