【ITニュース解説】Kubernetes Workload Types: When to Use What

Kubernetes上でアプリケーションを効率良く、かつ安定して動かすためには、その特性に合った適切な「ワークロードタイプ」を選択することが極めて重要である。ワークロードタイプとは、アプリケーションをどのように実行し、管理するかの設計図のようなものであり、それぞれに特定の目的と得意な役割が存在する。この違いを理解することは、システムのパフォーマンスを最大限に引き出し、リソースを無駄なく利用するための第一歩となる。

最も基本的で広く利用されるワークロードタイプが「Deployment」である。これは、WebサーバーやAPIのように、それ自体が特定のデータを保持しない「ステートレス」なアプリケーションの管理に最適化されている。Deploymentの大きな特徴は、アプリケーションの複製（レプリカ）を複数作成し、常に指定した数のインスタンスが稼働し続けるように自動で管理してくれる点にある。もし何らかの障害で一つのインスタンスが停止しても、Kubernetesが即座に新しいものを立ち上げるため、高い可用性を維持できる。また、アプリケーションのバージョンアップを行う際には「ローリングアップデート」という機能が役立つ。これは、古いバージョンのインスタンスを一つずつ新しいものに置き換えていく手法で、サービス全体を停止させることなく、安全に更新を完了させることが可能である。このように、Podと呼ばれる実行単位が個別の状態を持たず、いつでも交換可能な部品として扱えるアプリケーションには、Deploymentが最適な選択となる。

一方で、データベースのようにデータの永続性や個々のインスタンスの識別が重要になる「ステートフル」なアプリケーションには、「StatefulSet」が用いられる。Deploymentで管理されるPodが名前を持たず、いつでも交換可能な存在であるのに対し、StatefulSetが管理するPodには「pod-0」「pod-1」といった安定した一意のネットワークIDが割り当てられる。さらに、各Podには専用の永続ストレージが紐付けられており、Podが何らかの理由で再起動した場合でも、同じIDとストレージを引き継いで復帰する。これにより、データの整合性が保たれる。また、起動や停止、スケーリングが決められた順序で実行される点も大きな特徴である。例えば、プライマリーデータベースを起動してからセカンダリーを起動するといった、順序性が求められるクラスター構成のアプリケーションを安定して運用するために不可欠な機能を提供する。

クラスターを構成する全てのサーバー、すなわち「ノード」上で、特定のプログラムを必ず一つずつ実行したい場合に利用されるのが「DaemonSet」である。これは、ログ収集エージェントや監視ツール、ネットワークプラグインといった、システム全体の基盤を支える補助的なサービスに用いられる。新しいノードがクラスターに追加されると、DaemonSetは自動的にそのノード上にもPodを配置し、逆にノードが削除されればPodも一緒に削除される。このように、クラスター内の各ノードの状態を監視したり、全てのノードに共通の機能を提供したりするなど、インフラストラクチャレベルでの管理タスクに特化したワークロードタイプである。

常に稼働し続けるサービスとは異なり、一度実行して完了すれば良いタスクや、定期的に実行したいタスクも存在する。このようなバッチ処理には「Job」と「CronJob」が使われる。Jobは、データの移行やバックアップ、計算処理など、開始から終了までの一連の処理を実行するために設計されている。もし処理の途中で失敗したとしても、設定に応じて自動的に再試行し、タスクの完了を保証する。一方、「CronJob」は、このJobを定期的なスケジュールに基づいて実行するための仕組みである。例えば「毎日深夜2時にデータベースのバックアップを実行する」といった設定を、一般的なcronと同じ書式で定義できる。これにより、定期的なメンテナンス作業やレポート生成などを自動化することが可能になる。

これら主要なワークロードタイプの他にも、より基本的な要素や高度な拡張機能が存在する。例えば「ReplicaSet」は、指定された数のPodレプリカを維持する役割を持つが、現在ではローリングアップデートなどの高度な機能を持つDeploymentの内部で自動的に管理されるため、開発者が直接利用する機会はほとんどない。また、既存のワークロードタイプでは管理が難しい複雑なアプリケーションのために、「Custom Resource」と「Operator」という拡張機能が用意されている。これは、データベースクラスターの運用など、アプリケーション固有の複雑な運用ロジックをKubernetesの仕組みとして組み込み、管理を自動化するための強力な手法である。これらのワークロードタイプを正しく理解し、アプリケーションの要件に応じて適切に使い分けることが、Kubernetesを効果的に活用する上で不可欠なスキルと言える。