Kubernetes 1.30の新機能と変更点

DevOps

本記事はGeminiの出力をプロンプト工学で整理した業務ドラフト（未検証）です。

Kubernetes 1.30 の新機能と主要変更点

Kubernetes 1.30では、Node SwapやNon-graceful Node ShutdownのGA化により運用安定性が向上し、KMS v2alpha1によるセキュリティ強化、In-place Vertical ScalingのBeta化でリソース効率も改善されています。

ニュース要点

Kubernetes 1.30「Honest Hedgehog」は、システムの安定性、セキュリティ、およびリソース効率を向上させる多数の新機能と改善を含んでいます。特に、永らく議論されてきたノードにおけるスワップメモリの利用がGAに昇格し、予期せぬノード停止時の永続ボリュームの挙動を改善するNon-graceful Node ShutdownもGAとなりました。加えて、Secret暗号化のためのKMS v2alpha1 APIの導入、CSI Volume Health MonitoringのGA化、およびPodの再起動なしでのリソース変更を可能にするIn-place Vertical ScalingのBeta化が注目されます。

技術的背景

Kubernetesは、コンテナ化されたワークロードのオーケストレーションを担うプラットフォームとして継続的に進化しています。各リリースでは、クラウドネイティブアプリケーションの運用における実際の課題に対応するため、機能の安定化（AlphaからBeta、BetaからGAへの昇格）、パフォーマンス改善、セキュリティ強化が図られています。

今回の1.30リリースでは、特に既存の運用上の制約や、特定の環境でのKubernetesの適用性を高める変更が中心となっています。例えば、スワップメモリの利用は、多くのLinuxシステムで一般的な機能であるにもかかわらず、Kubernetesでは推奨されていませんでした。これは、QoSの保証が困難になるためですが、特定のワークロードやエッジ環境では不可欠な場合もあります。また、ノードの予期せぬシャットダウンは、システム全体の可用性に直結する重要な課題であり、その際のボリュームのデタッチと再アタッチの挙動は、データの一貫性とアプリケーションの迅速な復旧に影響を与えます。

主要新機能と変更点の仕組み

Non-graceful Node Shutdown のGA化

事実: ノードが予期せずシャットダウンした場合（例: 電源喪失）、そのノード上のPersistent Volume (PV) が他のノードに安全に再アタッチされるまでの時間を短縮する機能がGAになりました。これにより、ダウンタイムを削減し、アプリケーションの可用性が向上します。

仕組み: この機能は、KubernetesのコントローラーマネージャーとContainer Storage Interface (CSI) ドライバーの連携により実現されます。ノードが応答不能になった際、コントローラーマネージャーは、そのノードにアタッチされているPVを強制的にデタッチするようCSIドライバーに指示します。これにより、ボリュームが他の健全なノードに迅速に再アタッチされ、アプリケーションが再起動できるようになります。従来のKubernetesでは、ノードが正常にシャットダウンされない場合、PVのデタッチには長いタイムアウトを待つ必要がありました。

graph TD
    A["Unexpected Node Failure"] --|Node becomes unreachable|--> B["API Server"];
    B --|Reports Node Not Ready|--> C["Controller Manager"];
    C --|Identifies Pods on failed Node|--> D["CSI Volume Reconciler"];
    D --|Forces Volume Detach Command|--> E["CSI Driver(\"External Attacher\")"];
    E --|Communicates to Storage System|--> F["Storage System"];
    F --|Releases Volume Lock/Mount|--> G["Volume now available"];
    G --|Informs Controller Manager|--> C;
    C --|Allows rescheduling of Pods|--> H[Scheduler];
    H --|Schedules Pods with volumes|--> I["Healthy Node Kubelet"];
    I --|Attaches Volume & Starts Pod|--> J["New Pod on Healthy Node"];

Node Swap のGA化

事実: Kubeletがノード上のスワップメモリの使用を管理する機能がGAになりました。これにより、スワップメモリを必要とする特定のワークロードや、リソースが制約される環境でのKubernetesの利用が可能になります。

仕組み: Kubeletの設定ファイル（kubelet-config.yaml）でmemorySwapフィールドを設定することで、スワップの挙動を制御できます。以下のオプションがあります。

  • NoSwap: スワップの使用を完全に禁止します（従来のデフォルト）。
  • LimitedSwap: memory.swap.highおよびmemory.swap.max cgroup設定に基づいてスワップを制限します。これはQoSクラス（BestEffort、Burstable）に応じて動作が変わります。
  • UnlimitedSwap: ノード上のスワップメモリを無制限に利用することを許可します。

簡単なCLI/設定例: KubeletがスワップをLimitedSwapモードで利用できるように設定する例です。

# /var/lib/kubelet/config.yaml の一部
apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1
kind: KubeletConfiguration
featureGates:
  NodeSwap: true
memorySwap:
  swapBehavior: LimitedSwap

この設定後、Kubeletを再起動する必要があります。

KMS v2alpha1 の導入

事実: Kubernetes API ServerがSecretオブジェクトを暗号化するためのKey Management Service (KMS) プラグインとの通信に、新しいv2alpha1 APIが導入されました。

仕組み: KMSプラグインは、etcdに保存されるSecretなどの機密データを透過的に暗号化および復号化するために使用されます。v2alpha1 APIは、v1 APIと比較して、エラーハンドリングの改善、暗号化操作の並列化、および鍵ローテーションの管理が容易になるように設計されています。これにより、セキュリティが向上し、KMSプラグインの運用がより堅牢になります。

CSI Volume Health Monitoring のGA化

事実: CSIドライバーが、アタッチされたPersistent Volumeの健全性情報をKubernetesに報告し、Podやイベントとして可視化する機能がGAになりました。

仕組み: CSIドライバーは、基盤となるストレージシステムからボリュームの健全性（例: I/Oエラー、容量不足）を監視し、異常をKubernetes API Serverに報告します。Kubernetesはこれらの情報をPodのステータスや新しいイベントとして公開し、ユーザーやオペレーターがストレージの問題を早期に検知し、対応できるようになります。

In-place Vertical Scaling of Pods のBeta化

事実: Podの再起動なしで、実行中のコンテナのCPUおよびメモリリソース制限を動的に変更できる機能がBetaに昇格しました。

仕組み: この機能は、KubeletとAPI Serverの連携により実現されます。ユーザーがPodのspec.containers[].resources.limitsやrequestsを更新すると、Kubeletはそれを受け取り、コンテナランタイム（CRI）を通じて実行中のコンテナのリソース設定を動的に調整します。これにより、アプリケーションのダウンタイムなしにリソースの最適化が可能になります。

インパクト

事実

  • Node Swap のGA化により、スワップメモリを必要とするワークロードやリソース制約のあるエッジ環境でのKubernetesの適用範囲が広がりました。
  • Non-graceful Node Shutdown のGA化により、ノードの予期せぬ障害発生時にPersistent Volumeのデタッチと再アタッチが高速化され、関連するアプリケーションの復旧時間が短縮されます。
  • KMS v2alpha1 の導入により、Secretの暗号化の堅牢性と運用効率が向上し、全体的なセキュリティ体制が強化されます。
  • CSI Volume Health Monitoring のGA化は、ストレージインフラの監視を改善し、問題の早期発見に貢献します。
  • In-place Vertical Scaling of Pods のBeta化は、Podのリソース調整時にアプリケーションのダウンタイムを削減し、リソースの効率的な利用を促進します。

推測/評価

これらの変更は、Kubernetesの運用における柔軟性、可用性、セキュリティ、およびリソース効率を大幅に向上させると評価できます。特に、Node Swapのサポートは、これまでKubernetesの採用が難しかった特定のユースケース（例: 組み込みシステム、IoTデバイス）での利用を促進する可能性があります。また、KMSの進化は、企業がKubernetes環境でより機密性の高いデータを扱う上での信頼性を高めるでしょう。

今後の展望

Kubernetesプロジェクトは、引き続きプラットフォームの安定性と運用性を高める方向に進化すると考えられます。特に、以下のような点が注目されます。

  • リソース管理の高度化: In-place Vertical Scaling のような機能がGAになることで、より動的で自動化されたリソース管理が実現し、運用負荷の軽減とコスト最適化が進むでしょう。
  • セキュリティの深化: KMSのような暗号化機能の進化は、サプライチェーンセキュリティや、ゼロトラストアプローチの実現に向けた基盤となります。
  • エッジコンピューティング対応: Node SwapのGA化は、エッジ環境やリソース制約のある環境でのKubernetesの導入を加速させ、これらの分野での利用事例が増加すると予想されます。
  • AI/MLワークロードへの最適化: GPUやNPUなどのアクセラレーターリソースの効率的な管理やスケジューリング機能がさらに強化される可能性があります。

まとめ

Kubernetes 1.30は、運用安定性、セキュリティ、リソース効率の面で重要な進歩を遂げたリリースです。Node SwapとNon-graceful Node ShutdownのGA化は、これまで運用上の課題となっていた領域を解決し、KMS v2alpha1とCSI Volume Health Monitoringはセキュリティと監視の強化に寄与します。In-place Vertical ScalingのBeta化は、将来的なリソース管理の柔軟性を大きく向上させる可能性を秘めています。これらの機能は、Kubernetesをより堅牢で、幅広いユースケースに対応できるプラットフォームへと進化させる一歩となるでしょう。

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