Open-Source-Tools der CNCF in Verbindung mit Kubernetes Cloud Native Buildpacks und Carvel Suite nutzen

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Die Cloud Native Computing Foundation stellt diverse Tools und Frameworks bereit, um Cloud- und Container-basierte Apps und Microservices zu entwickeln. Wir zeigen zwei bekannte Lösungen.

Wer sich mit der Entwicklung von Microservices, Container und Kubernetes beschäftigt, kennt möglicherweise einige Tools der Cloud Native Computing Foundation (CNCF). Neben Frameworks und Tools für die Entwicklung stellt die CNCF auch zahlreiche Open-Source-Lösungen für die Verwaltung von Container- und Microservices-Umgebungen zur Verfügung.

Bekannte Projekte der CNCF sind zum Beispiel Kubernetes, Istio und Linkerd. Wir beleuchten in diesem Beitrag die Cloud Native Buildpacks, mit denen OCI-Images für Anwendungen erstellt werden, sowie die Carvel Suite. Die Carvel Suite ist eine Sammlung von Werkzeugen, die alle eine einzelne Aufgabe erfüllen. Mit den verschiedenen Tools lassen sich Anwendungen in Kubernetes-Clustern paketieren und bereitstellen.

Cloud Native Buildpacks – Anwendung als OCI-Images packen

Die Cloud Native Buildpacks sind seit 2018 ein Projekt der Cloud Native Computing Foundation. Die Buildpacks unterstützen das OCI-Format umfassend und erlauben das Erstellen von Paketen auf Basis eines OCI-Images für neue Anwendungen. Buildpacks erstellen daher aus Programmcode OCI-konforme Container. Diese Container lassen sich auf verschiedenen Plattformen zur Verfügung stellen.

Die Buildpacks bieten ähnliche Funktionen wie Dockerfiles, ermöglichen also das Packen von Container-Images für die Bereitstellung. Sinnvoll ist die Verwendung vor allem für das Packen von Anwendungen als Container-Image. Entwickler stellen dadurch sicher, dass ihre Anwendung im Container auf allen Plattformen so funktioniert wie geplant.

Das Image umfasst das Basis-Abbild, die Version, die Abhängigkeiten und die verschiedenen Einstellungen. Über die Packs lassen sich Images auch verschlanken, so dass diese das Host-System später so wenig belasten wie möglich. Cloudpacks binden auch Laufzeiten wie JVM oder Ruby ein, wenn eine Anwendung das benötigt.

Interessant ist dabei, dass die Cloudpacks die Images in Schichten unterteilen. Das ermöglicht die Aktualisierung einzelner Layer, zum Beispiel des Basis-Images oder der Laufzeit, während andere Schichten unverändert bleiben. Das erleichtert die Aktualisierung eines Images enorm. Dies spielt beim Bereitstellen von Containern in lokalen Rechenzentren und auch in der Cloud eine wichtige Rolle.

Bei der Verwendung erkennen Buildpacks mit dem Detect-Skript welche Packs für Erstellung einer Anwendung erforderlich sind. Ist es möglich eine bereits vorhandene Schicht aus einem bereits vorhandenen Build weiter zu verwenden, dann holt das Pack diese Schicht aus dem Cache. Das beschleunigt natürlich die Erstellung des Images.

Der einfachste Weg, um mit Cloud Native Buildpacks zu beginnen, ist die Verwendung der Befehlszeile (CLI). Eine weitere Möglichkeit Cloud Native Buildpacks zu verwenden, ist kpack von Pivotal. Dabei handelt es sich um einen Kubernetes-nativen Container-Build-Service. Bei der Verwendung containerisiert kpack die Anwendung mit Cloud Native Buildpacks direkt auf dem Kubernetes-Cluster.

Carvel Suite – Anwendungen für Kubernetes erstellen, konfigurieren und bereitstellen

Die Carvel Suite beinhaltet mehrere Werkzeuge, um Anwendungen für Kubernetes-Cluster bereitzustellen. Zu den bekanntesten Tools gehören ytt, kbld, kapp, imgpkg, kapp-controller und vendir.

ytt-Vorlagen sind zum Beispiel YAML-Dokumente, die aus Maps und Arrays bestehen. Mit ytt können Werte gesetzt und Anweisungen an Maps und Arrays angebunden werden. Sinnvoll ist das zum Beispiel für Schleifen.

kbld hilft bei der Erstellung von Images aus Anwendungen. Wie ytt setzt dieses Tool auf YAML-Dateien. Interessant ist in diesem Zusammenhang, dass kbld im Hintergrund auch auf Cloud Native Buildpacks zugreifen kann. Dazu aktualisiert kbld automatisch die Konfiguration mit den neu erstellten Digest-Referenzen. kbld erkennt automatisch Image-Referenzen in der Konfiguration und kann eine Sperrdatei für das Image erzeugen. Dadurch ist jederzeit feststellbar, dass die gleichen Image-Versionen mit ihren Digests) zum Einsatz kommen. Andere Tools aus der Carvel Suite können diese Sperrdateien (Lock Files) zum Beispiel zur Synchronisierung nutzen. Das stellt sicher, dass auf allen Datenquellen die gleichen Versionen vorliegen.

Das Tool kapp ermöglicht wiederum die Definition verschiedener Ressourcen aus Kubernetes als Anwendung. Dadurch ist es möglich, Ressourcen zu gruppieren. Es sind für das Tool im Kubernetes-Cluster keine Serverdienste notwendig und auch keine erhöhten Rechte. Auch mit eingeschränkten Rechten kann das Tool genutzt werden. Durch Konfigurationsdateien kann kapp die Ressourcen im Cluster anpassen und dadurch sicherstellen, dass diese dem Zustand entsprechen den Entwickler vorsehen.

Der kapp-controller bietet Bereitstellung und Paketverwaltung für Kubernetes. Dadurch können Entwickler ihre eigenen Anwendungen erstellen und verwalten. Hinzu kommt das Packen der eigenen Anwendungen und die Bereitstellung direkt auf dem Kubernetes-Cluster. Die Konfigurationen kann kapp-controller aus verschiedenen Quellen ziehen, zum Beispiel OCI-Registries oder Git. Die verschiedenen Tools von Carvel arbeiten zusammen. Daher kann kapp-controller auch Vorlagen von ytt und kbld nutzen. Aber auch andere Tool wie helm unterstützen kapp-controller.

Mit imgpkg werden Bundles aus Kubernetes und abhängigen OCI-Images erstellt. Das ermöglicht einen Umzug des Clusters und seiner Anwendungen. Am neuen Ort sind die Inhalte anschließend in unveränderter Form verfügbar. Dazu erstellt imgpkg OCI-Images, die auf alle kompatible Container-Registries hochgeladen werden können, zum Beispiel DockerHub, Harbor oder ECR. Bei der erneuten Bereitstellung stellt imgpkp sicher, dass die Download-Images mit den Upload-Images übereinstimmen.

Vendir ist ein Tool, mit dem verschiedene Datenquellen in eine gemeinsame Struktur synchronisiert werden können. Auch dieses Carvel-Tool setzt vor allem auf YAML. Hier kann Vendir auch auf die Sperrdateien von kbld zugreifen. Entwickler müssen nur die gewünschte Verzeichnisstruktur mit YAML steuern und Vendir übernimmt automatisiert die Synchronisierungsaufgaben.

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