Kubernetes für CIOs: Best Practices, Sicherheit und Multi-Cloud

Kubernetes entwickelt sich schnell zu einer unverzichtbaren Technologie für Unternehmen, die ihre IT-Infrastruktur modernisieren wollen. Laut einer Prognose von Gartner * werden bis 2025 mehr als 85 % der weltweiten Unternehmen Kubernetes produktiv eingesetzt haben, ein dramatischer Anstieg gegenüber den 30 % im Jahr 2020. Diese massive Einführung zeigt, wie wichtig Kubernetes für Cloud-Plattformen ist, um Unternehmen mehr Flexibilität und Skalierbarkeit zu ermöglichen.

Jeder große Cloud-Anbieter bietet Managed Kubernetes Services mit Besonderheiten an, die den unterschiedlichen Bedürfnissen von Unternehmen gerecht werden.

• Amazon Web Services (AWS): Amazon Elastic Kubernetes Service (EKS).
• Google Cloud Platform (GCP): Google Kubernetes Engine (GKE).
• Microsoft Azure: Azure Kubernetes Service (AKS).
• Oracle Cloud Infrastructure (OCI): Oracle Kubernetes Engine (OKE)

Die Wahl des Cloud-Anbieters für Ihren Kubernetes-Dienst hängt von mehreren Schlüsselfaktoren ab:

• der Präferenz für Ihren bestehenden Cloud-Anbieter
• die spezifischen Anforderungen an die Integration mit anderen Cloud-Diensten
• das in Ihrem Team vorhandene Fachwissen für die Verwaltung und Optimierung von Kubernetes auf dieser Plattform.

Mit der zunehmenden Verbreitung von Kubernetes wächst jedoch auch die Verantwortung dafür, dass diese Implementierungen sowohl effizient als auch sicher sind. Es ist entscheidend, bewährte Verfahren zu befolgen, um diese komplexen Umgebungen zu verwalten und zu schützen. In diesem Artikel erkunden wir die besten Praktiken für die optimale Nutzung von Kubernetes, mit besonderem Schwerpunkt auf Sicherheit und der immer wichtiger werdenden Multi-Cloud-Komponente.

1. Bewährte Praktiken für eine effektive Verwaltung von Kubernetes

Um Kubernetes optimal zu nutzen, ist es wichtig, Praktiken zu befolgen, die das Design, die Verwaltung und die Optimierung Ihrer Anwendungen vereinfachen. Hier sind unsere drei besten Tipps, die Ihnen helfen, Ihre Kubernetes-Cluster effizienter zu verwalten.

Design und Strukturierung von Anwendungen

Ihre Anwendungen sollten modular strukturiert sein. Indem Sie Ihre Anwendungen in Microservices aufteilen, vereinfachen Sie deren Verwaltung und machen sie leichter skalierbar. So können Sie die verschiedenen Teile Ihrer Anwendung unabhängig voneinander aktualisieren, ohne Gefahr zu laufen, alles kaputt zu machen. Darüber hinaus können Sie durch die Verwendung von Labels und Annotationen Ihre Ressourcen besser organisieren und verwalten.

• Labels helfen Ihnen bei der Kategorisierung und Filterung von Objekten in Kubernetes, wodurch das Sortieren und Gruppieren einfacher und effizienter wird. Sie könnten z. B. Ihre Pods mit Labels versehen, die den Umgebungstyp, die Anwendung und die Version angeben. Kubernetes könnte die Anzahl der Pods basierend auf den Labels automatisch anpassen, je nach Arbeitslast und definierten Routingregeln.
• Annotationen hingegen ermöglichen es Ihnen, den Objekten spezifische Informationen hinzuzufügen. Diese zusätzlichen Informationen können von externen Tools ausgewertet werden, z. B. von Monitoring-Tools, Sicherheits-Tools, Backup-Tools. 

Verwaltung von ConfigMaps

ConfigMaps sind Kubernetes-Objekte, die es ermöglichen, die Konfiguration von Anwendungen vom Code zu trennen. Das bedeutet, dass Konfigurationsdaten (wie Umgebungsvariablen, Konfigurationsdateien usw.) geändert werden können, ohne dass die Anwendung neu bereitgestellt werden muss. Beispielsweise können Sie eine Datenbankkonfiguration in einer ConfigMap speichern, die dann von Ihren Pods verwendet werden kann.
Für sensible Informationen wie Passwörter oder API-Schlüssel sind Secrets das ideale Werkzeug.
Es ist auch wichtig, den Überblick über Konfigurationsänderungen zu behalten, indem man eine Versionskontrolle(SVN, GitLab..) einrichtet. So können Sie, wenn etwas schiefgeht, schnell auf eine frühere Version zurückgreifen. 

Optimierung der Leistung

Das Autoscaling mit Horizontal Pod Autoscaler passt die Anzahl der Pods automatisch an die Arbeitslast an und sorgt so für eine effiziente Nutzung der Ressourcen, ohne Ihre Cluster zu überlasten.
Die verschiedenen CSPs bieten native Dienste wie Azure monitor for containers, Google Cloud Monitoring an, um die Leistung zu überwachen. Sie geben Ihnen einen Echtzeitüberblick über die Ressourcennutzung und mögliche Engpässe.
Wenn Sie die Verteilung der Workloads und die Verwaltung der Knoten kontrollieren möchten, können Sie die folgenden Richtlinien verwenden:

• Pod-Affinität: Stellen Sie sich vor, Sie haben eine kritische Anwendung, bei der mehrere Pods auf denselben Knoten laufen müssen, um die Latenz zu verringern. Sie können mithilfe von nodeAffinity eine Pod-Affinität einrichten, sodass diese Pods auf bestimmten Knoten programmiert werden.
• Pod-Antiaffinität: Umgekehrt möchten Sie vielleicht verhindern, dass zwei Instanzen derselben Anwendung auf demselben Knoten bereitgestellt werden, um die Ausfallsicherheit zu erhöhen. Mit der Pod-Antiaffinität können Sie die Pods einer Anwendung über verschiedene Knoten verteilen. 
• Taints und Tolerierungen: Wenn Sie dedizierte Knoten für bestimmte Arbeitslasten haben, können Sie Taints verwenden, um diese Knoten zu „tainten“, sodass sie für die Mehrheit der Pods unzugänglich sind, außer für diejenigen mit einer entsprechenden „Tolerierung“. Beispielsweise könnte ein Knoten mit GPU-Kapazität mit einer taint gpu=true:NoSchedule markiert werden, und nur Pods mit einer entsprechenden Toleranz werden auf diesem Knoten programmiert, wodurch sichergestellt wird, dass die GPU-Ressourcen nicht durch Nicht-GPU-Workloads verschwendet werden.

2. Absicherung von Kubernetes

Kubernetes wird immer zentraler in der Infrastruktur von Unternehmen. Daher ist es unerlässlich, robuste Sicherheitsmaßnahmen zu ergreifen, um Risiken und Schwachstellen zu verhindern und den Schutz Ihrer Anwendungen und Daten zu gewährleisten. Im Folgenden finden Sie einige Elemente, mit denen Sie die Sicherheit Ihrer Kubernetes-Cluster erhöhen können. 

Cluster sichern

Der erste Schritt zur Sicherung eines Kubernetes-Clusters besteht darin, das Netzwerk zu schützen und eine Isolierung der Workloads zu gewährleisten. Hierfür gibt es mehrere Schlüsselmechanismen: 

• Mit Network Policies können Sie den Datenverkehr zwischen den Pods kontrollieren und so unerwünschte oder bösartige Kommunikation einschränken. Sie ermöglichen eine Zero-Trust-Sicherheitsstrategie, indem sie jeglichen nicht explizit erlaubten Datenverkehr verbieten.

• Durch die Verwendung von Namespaces können Sie Ressourcen und Benutzer innerhalb eines Clusters segmentieren. Namespaces werden häufig verwendet, um Ressourcen nach Umgebungen (Produktion, Entwicklung) oder Teams zu organisieren.

• Mit Role-Based Access Control (RBAC) können Sie genau festlegen, wer auf was zugreifen darf. 

• Die Verwendung von pod security admission und security contexts hilft, die Aktionen, die Pods durchführen können, einzuschränken und so das Risiko der Ausnutzung von Sicherheitslücken zu verringern. 

Schutz von Daten

Der Datenschutz ist eine weitere Säule der Sicherheit in Kubernetes. 
Die nativen Dienste der Cloud-Plattformen ermöglichen es, Ihre Daten effektiv zu sichern, egal ob sie übertragen werden oder im Ruhezustand sind. Durch die Verschlüsselung von Daten bei der Übertragung und bei der Speicherung wird verhindert, dass sie von Unbefugten abgefangen oder gelesen werden können. 
Kubernetes ermöglicht die sichere Speicherung sensibler Daten, aber es ist wichtig, bewährte Verfahren zur Risikominimierung zu befolgen, wie z. B. die Vermeidung von Daten, die direkt in Pods aufgenommen oder unnötig offengelegt werden.
Stellen Sie schließlich sicher, dass Ihre Daten im Falle einer Katastrophe oder eines Zwischenfalls wiederhergestellt werden können, und achten Sie gleichzeitig darauf, dass die Sicherungsprozesse selbst sicher sind. 

Sicherheit von Containerbildern

Container-Images sind ein weiterer potenzieller Vektor für Angriffe. Um das Risiko zu minimieren, sollten Sie sichere Registries verwenden, um Ihre Images zu speichern und zu verteilen. Diese Registries können so konfiguriert werden, dass sie automatisch nach bekannten Schwachstellen suchen.
Beispielsweise können Sie Google Container Registry (GCR) auf GCP, Amazon Elastic Container Registry (ECR) auf AWS, Azure Container Registry (ACR) auf Azure und Oracle Container Registry auf OCI verwenden. In all diesen Umgebungen werden Scan-Tools wie Clair oder Trivy eingesetzt, um Schwachstellen in den Container-Images zu identifizieren und zu beheben.
Darüber hinaus wird durch das Signieren und die Integritätsprüfung von Images mithilfe von Tools wie Notary sichergestellt, dass nur genehmigte und unveränderte Images in Ihrer Umgebung eingesetzt werden. 

Überwachung und Prüfung

Mit den verschiedenen Cloud Providern können Sie die Protokolle der Control Plane problemlos an native SIEM-Systeme (Security Information and Event Management) wie AWS CloudWatch, Azure Monitor, Google Cloud Logging oder die Monitoring-Lösungen von Oracle verteilen. Diese zentrale Protokollierung ermöglicht es, Aktionen und Änderungen innerhalb Ihres Clusters zu verfolgen, was wichtig ist, um Vorfälle zu untersuchen und die Einhaltung von Vorschriften zu gewährleisten.
Obwohl es keine direkte Integration zwischen den Protokollen der Pods, die in den verwalteten Kubernetes-Diensten ausgeführt werden, und den Cloud-Protokollierungstools gibt, können Sie diese Protokolle und Metriken mithilfe nativer Tools leicht umleiten. So können Sie diese Informationen nutzen, um Probleme zu diagnostizieren, Metrikfilter zu erstellen oder Benachrichtigungen bei bestimmten Ereignissen in Verbindung mit Ihren Anwendungen auszulösen. 

3. Kubernetes und die Multi-Cloud-Interoperabilität

Für Unternehmen, die Multi-Cloud-Strategien verfolgen möchten, erleichtert Kubernetes die Orchestrierung und Verwaltung von Anwendungen über mehrere Plattformen hinweg. 
Der Einsatz von Kubernetes in Hybrid- und Multi-Cloud-Umgebungen bringt Herausforderungen mit sich, insbesondere in Bezug auf die Verwaltung von Konnektivität, Sicherheit, Identitäten, zentrale Überwachung und konsistente Konfigurationen. 
Um diese Herausforderungen zu meistern, stechen Multi-Cluster-Management-Tools wie Anthos von Google oder Rancher hervor. 
Die Einführung dieser Lösungen hat mehrere strategische Vorteile. Sie verbessern nicht nur die Ausfallsicherheit und minimieren das Risiko, von einem einzigen Cloud-Anbieter abhängig zu sein, sondern optimieren auch die Kosten und helfen bei der Erfüllung regulatorischer Auflagen.
Noch interessanter ist, dass diese Tools die Verwaltung von Kubernetes-Clustern, die über mehrere Clouds verstreut sind, von einer einzigen Schnittstelle aus anbieten und so die Verwaltung und Überwachung vereinfachen.

Kubernetes bietet eine beispiellose Flexibilität und Skalierbarkeit für moderne Unternehmen. Wenn Sie die in diesem Artikel vorgestellten Best Practices befolgen und sich auf die Expertise unserer Teams verlassen, können Sie diese Technologie voll ausschöpfen, um Ihre digitale Transformation zu beschleunigen. Sind Sie bereit, Ihre Infrastruktur zu modernisieren? Wenden Sie sich an unsere DEEP-Experten, um eine individuelle Bewertung Ihrer Bedürfnisse und eine maßgeschneiderte Begleitung zu erhalten.

•    Source : https://www.gartner.com/en/newsroom/press-releases/2021-11-10-gartner-says-cloud-will-be-the-centerpiece-of-new-digital-experiences