【ITニュース解説】Part-77: 🚀GKE Cluster Modes & Types – Explained Simply

Google Kubernetes Engine（GKE）は、Google Cloudが提供するサービスで、コンテナ化されたアプリケーションを効率的にデプロイ、管理、スケーリングするための強力なプラットフォームだ。これは、たくさんのコンテナをまるで一つの大きなコンピュータのように扱えるKubernetesというオープンソースのシステムをGoogleが管理してくれるものと考えるとわかりやすい。GKEを扱う上で理解しておくべき重要な概念として、「GKEクラスターモード」と「GKEクラスタータイプ」の二つがある。これらは、GKEクラスターをどのように運用し、どのように展開するかを決定する要素だ。

まず、「GKEクラスターモード」について説明する。これは、GKEクラスターをどのように実行し、誰が管理するかに関わる部分だ。主に「GKE Standard」と「GKE Autopilot」の二つのモードがある。

GKE Standardモードでは、ユーザーである私たちがクラスター内の「ノード」の管理と運用に責任を持つ。ノードとは、実際にアプリケーションのコンテナが動作する仮想マシンや物理マシンのことだ。このモードでは、ノードの数、種類、スケール方法、設定などを細かくコントロールできるため、非常に高い柔軟性がある。例えば、特定のCPUやメモリ容量を持つノードを選んだり、OSのパッチ適用やアップグレードのタイミングを自分で決めたりできる。インフラストラクチャに対してきめ細やかな制御を必要とするチームに適している。つまり、GKE Standardでは、アプリケーションを動かすための基盤となるサーバー部分の面倒を、ある程度自分たちで見る必要があるということだ。

一方、GKE Autopilotモードでは、ノードのプロビジョニング（準備）、スケーリング（増減）、管理といった手間のかかる作業はすべてGoogleが担当してくれる。ユーザーは、実行したいアプリケーション（Podと呼ばれる単位）と、そのアプリケーションが動作するために必要なリソース（CPUやメモリなど）だけを定義すればよい。GKE Autopilotは、その定義に基づいて自動的に適切なノードを用意し、アプリケーションを動かすための環境を最適に保ってくれる。これにより、ユーザーはインフラの管理から解放され、アプリケーションの開発とデプロイに集中できるようになる。これは、インフラ管理に手間をかけず、アプリケーションに注力したいチームにとって理想的なモードだ。

GKE StandardとAutopilotの主要な違いは、管理の責任範囲にある。どちらのモードでも、Kubernetesの頭脳部分である「コントロールプレーン」（APIサーバー、スケジューラー、コントローラー、ストレージなどを含む）はGoogleが管理する。しかし、Standardモードでは、実際にアプリケーションが動作する「ノード」はユーザーが管理する。ノードのプール構成、仮想マシンの種類選択、アップグレード作業などがユーザーの責任範囲となる。対してAutopilotモードでは、コントロールプレーンはもちろん、ノードのプロビジョニングや管理もすべてGoogleが行う。ユーザーはノードの存在すら意識する必要がなく、Podを定義するだけでGKEが最適な方法でそれを実行してくれる。つまり、Standardはより多くの制御を可能にするが、運用上の負担も増える。Autopilotは制御の自由度は減るが、運用上の負担は最小限になる、ということだ。

次に、「GKEクラスタータイプ」について見ていこう。これは、クラスターがどのようにデプロイされ、どのように接続されるかに関わる。クラスターモードの選択とは独立して、これらのタイプを選ぶことができる。

「Zonal Cluster」は、単一のゾーン内にすべてのリソースが配置されるクラスターだ。ゾーンとは、Google Cloudのデータセンター内の独立した場所を指す。このタイプは設定がシンプルだが、もしそのゾーン全体に障害が発生した場合、クラスターが利用できなくなる可能性があるため、可用性（システムが継続して稼働する能力）は比較的低い。

「Regional Cluster」は、一つのリージョン内の複数のゾーンにまたがってリソースが分散配置されるクラスターだ。リージョンとは、いくつかのゾーンを含む地理的な地域を指す。例えば、もし特定のゾーンに障害が発生しても、他のゾーンでアプリケーションが稼働し続けるため、Zonal Clusterよりも高い可用性と堅牢性を提供する。重要な本番環境のアプリケーションには、通常このタイプが選択される。

「Public Cluster」は、クラスターのAPIサーバーがパブリックIPアドレスを通じてアクセス可能になっているタイプだ。APIサーバーは、kubectlなどのツールを使ってクラスターと通信するための窓口であり、このタイプではインターネット経由でアクセスできる。セキュリティを確保するためには、適切な認証と認可の設定が不可欠となる。

「Private Cluster」は、APIサーバーへのアクセスがプライベートIPアドレスに限定されるタイプだ。これにより、APIサーバーへのアクセスがGoogle Cloudの内部ネットワークや、VPN接続されたオンプレミスネットワークからのみに制限され、インターネットからの直接アクセスを防ぐことができる。これはセキュリティを大幅に強化したい場合に非常に有効だ。

「Alpha Cluster」は、GKEの実験的な機能が有効になっているクラスタータイプだ。新しい機能を試す目的で使用されるため、安定性が保証されず、本番環境での利用は推奨されない。

「Windows Node Pool Cluster」は、Linuxベースのワークロードに加えて、Windowsベースのワークロードも実行できるノードプールを持つクラスターだ。特定のWindowsアプリケーションをコンテナ化してGKE上で動かしたい場合に選択される。

では、GKE StandardとAutopilotのどちらを選ぶべきかについてだが、これはチームの要件と運用方針によって決まる。

もし、インフラストラクチャに対する完全な制御が必要な場合、例えば、特定の仮想マシンタイプやオペレーティングシステムを使用したい、あるいはLinuxとWindowsが混在するような特殊なハイブリッドワークロードを扱いたい場合は、GKE Standardが適している。Standardでは、ノードのCPU、メモリ、ディスクなどのリソースを細かく指定し、独自の最適化を行うことが可能だ。また、課金もノード単位（CPU、メモリ、ブートディスク）となるため、リソースを効率的に使用できればコストを抑えることもできる。

一方で、インフラの運用に手間をかけたくない、自動的なスケーリングとコスト最適化を重視したい、そしてアプリケーションのデプロイと開発に集中したい場合は、GKE Autopilotが最適な選択肢となる。Autopilotでは、Googleが自動的にノードのプロビジョニングとスケーリングを行うため、リソースの過剰な割り当てや不足を気にすることなく、常に最適な状態でアプリケーションを実行できる。課金もPodの要求に基づいたCPU、メモリ、一時ストレージの使用量となるため、実際にアプリケーションが消費するリソースに対してのみ支払う形になり、コスト効率が良い場合が多い。Autopilotは常にRegional Clusterとして提供され、高可用性がデフォルトで実現される。

まとめると、GKE Standardはユーザーがノードの管理と運用を担い、より高度な制御とカスタマイズが可能だが、運用上の負担が増える。GKE AutopilotはGoogleがノードの管理と運用をすべて行い、ユーザーはアプリケーションに集中できる反面、制御の自由度は制限される。どちらのモードも、Kubernetesの基盤となるコントロールプレーンはGoogleが管理している。これらのクラスターモードとタイプを理解し、プロジェクトの要件に合わせて適切に選択することが、GKEを効果的に活用する上で非常に重要となる。この選択が、アプリケーションのデプロイと運用の効率、そして最終的なコストに大きく影響するのだ。