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Minikubeで動かして学ぶKubernetesとHelm入門

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Helm
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はじめに

本記事は、KubernetesとHelmに初めて触れる方に向けた入門記事です。基本概念の理解から、minikubeを使ったローカル環境でのアプリデプロイまでを扱います。

この記事で学べること

  • Kubernetesの主要なオブジェクト（Pod、Deployment、Service、Ingress）
  • マニフェストファイルの書き方
  • Helmによるパッケージ管理の基本
  • minikubeでのローカルデプロイ

前提知識

  • Dockerとコンテナの基本的な概念
  • ターミナル操作の基礎

Kubernetesの全体像

外部からのリクエストは、Ingress → Service → Podの順に流れます。Deploymentは指定した数のPodを維持します。

Kubernetes

Kubernetesは、コンテナ化されたアプリケーションのデプロイ、スケーリング、運用を自動化するためのオープンソースプラットフォームです。

Kubernetes is a portable, extensible, open source platform for managing containerized workloads and services, that facilitates both declarative configuration and automation.

https://kubernetes.io/docs/concepts/overview/

Kubernetesを使うと、以下のようなことが自動化できます。

  • コンテナの起動・停止: 「Podを3つ起動する」と定義すれば、Kubernetesが常に3つを維持
  • スケーリング: アクセス増加時にPodを増やし、落ち着いたら減らす
  • 自己修復: Podがクラッシュしても、自動で新しいPodを起動して復旧

これにより、安定した運用と効率的なリソース管理を実現できます。

Kubernetes Objects

Kubernetesでは、アプリケーションの構成を「オブジェクト」として定義します。「Podを3つ動かしたい」「外部からアクセスできるようにしたい」といった望ましい状態を記述すると、Kubernetesがその状態を維持してくれます。

Kubernetes objects are persistent entities in the Kubernetes system. Kubernetes uses these entities to represent the state of your cluster.

https://kubernetes.io/docs/concepts/overview/working-with-objects/

本記事で扱う主要なオブジェクトは以下のとおりです。

オブジェクト 説明
Pod コンテナを実行する最小単位（通常は1コンテナ）
Deployment Podの数を維持し、更新やスケーリングを管理
Service Podへのネットワークアクセスを提供する
Ingress 外部からのHTTPリクエストをServiceへルーティングする

次のセクションでは、これらのオブジェクトをYAMLファイル（マニフェスト）で定義する方法を説明します。

マニフェストファイル

マニフェストは、Kubernetesオブジェクトを定義するYAMLファイルです。「こういう状態にしてほしい」という設定を記述し、Kubernetesに適用します。

マニフェストを使う利点は以下のとおりです。

  • 宣言的な管理: 望ましい状態を書くだけで、Kubernetesが自動で維持してくれる
  • バージョン管理: YAMLファイルなのでGitで変更履歴を追跡できる
  • 再現性: 同じマニフェストを適用すれば、別の環境でも同じ構成を再現できる

マニフェストの基本構造

マニフェストには以下の必須フィールドがあります。

フィールド 説明
apiVersion Kubernetes APIのバージョン
kind オブジェクトの種類（Deployment、Serviceなど）
metadata オブジェクト名やラベルなどの識別情報
spec 望ましい状態（Pod数、コンテナイメージなど）を記述 
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app
spec:
  replicas: 2
  # Podのテンプレート（containers、imageなど）を定義

マニフェストは kubectl apply コマンドでKubernetesに適用します。

kubectl apply -f deployment.yaml

これにより、Kubernetesは指定されたオブジェクトを作成し、望ましい状態を維持します。

Deployment

Deploymentは、Podの起動・維持・更新を管理するオブジェクトです。

A Deployment manages a set of Pods to run an application workload, usually one that doesn't maintain state.

https://kubernetes.io/docs/concepts/workloads/controllers/deployment/

Deploymentを使うと、以下のことが自動化されます。

  • 指定した数のPodを常に維持
  • アプリケーションのローリングアップデート（段階的な更新）
  • 障害時の自動復旧
deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app.kubernetes.io/name: proxy
  template:
    metadata:
      labels:
        app.kubernetes.io/name: proxy
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:stable
        ports:
        - containerPort: 80
          name: http-web-svc
フィールド 説明
replicas 起動するPodの数
selector 管理対象のPodを識別するラベル条件
template 作成するPodの定義（ラベル、コンテナ、ポートなど） 
kubectl apply -f deployment.yaml

これでDeploymentが作成され、指定した数のPodが起動します。

Service

Serviceは、Podへのネットワークアクセスを提供するオブジェクトです。

Podは動的に作成・削除されるため、IPアドレスが変わります。Serviceを使うと、固定のIPやDNS名で複数のPodにアクセスできるようになります。

Expose an application running in your cluster behind a single outward-facing endpoint, even when the workload is split across multiple backends.

https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/service/

service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  selector:
    app.kubernetes.io/name: proxy
  ports:
  - name: name-of-service-port
    protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: http-web-svc
フィールド 説明
selector 対象Podをラベルで指定（Deploymentと一致させる）
port Serviceが受け付けるポート
targetPort 転送先のPodのポート（名前または番号で指定） 
kubectl apply -f service.yaml

これでServiceが作成され、Podへの安定したアクセス経路が確保されます。

Ingress

Ingressは、クラスタ外部からのHTTP/HTTPSリクエストを内部のServiceにルーティングするオブジェクトです。ホスト名やURLパスに基づいて、リクエストを振り分けられます。

Make your HTTP (or HTTPS) network service available using a protocol-aware configuration mechanism, that understands web concepts like URIs, hostnames, paths, and more.

https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/ingress/

ingress.yaml
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-ingress
spec:
  ingressClassName: nginx
  rules:
    - host: example.local
      http:
        paths:
          - path: /
            pathType: Prefix
            backend:
              service:
                name: nginx-service
                port:
                  number: 80
フィールド 説明
ingressClassName 使用するIngress Controllerを指定
rules ホスト名・パスごとのルーティング定義
backend.service リクエストの転送先Service
pathType パスのマッチ方式（Prefix: 前方一致、Exact: 完全一致） 
kubectl apply -f ingress.yaml

これでIngressが作成され、外部からServiceへのアクセスが可能になります。

Helm

Kubernetesでは、アプリケーションを構成するマニフェストが複数ファイルに分かれます。環境ごとに設定を変えたり、複数のアプリで似た構成を再利用したい場合、管理が煩雑になりがちです。

Helmは、Kubernetesマニフェストをテンプレート化し、パッケージとして管理するツールです。

Helm helps you manage Kubernetes applications — Helm Charts help you define, install, and upgrade even the most complex Kubernetes application.

https://helm.sh/

Helm Chart

Helm Chartは、Kubernetesアプリケーションをパッケージ化したものです。マニフェストのテンプレートと設定値をまとめて管理できます。

A Chart is a Helm package. It contains all of the resource definitions necessary to run an application, tool, or service inside of a Kubernetes cluster.

チャートの構成

mychart/
  Chart.yaml          # チャートのメタ情報（名前、バージョンなど）
  values.yaml         # 設定値のデフォルト（テンプレートに埋め込まれる）
  templates/          # マニフェストのテンプレート
    deployment.yaml
    service.yaml
    ingress.yaml

テンプレート内では {{ .Values.image.repository }} のようにテンプレート構文で値を埋め込みます。これにより、開発・ステージング・本番など環境ごとに設定を変えて、同じチャートを再利用できます。

minikubeでアプリをデプロイする

ここまで学んだ内容を使って、実際にminikube上でNginxアプリケーションをデプロイします。

minikube quickly sets up a local Kubernetes cluster on macOS, Linux, and Windows.

https://minikube.sigs.k8s.io/docs/

minikubeの起動

minikube start

クラスタが起動していることを確認します。

kubectl get nodes

Helmチャートの作成

helm create mychart
cd mychart

values.yamlを編集

values.yamlを以下のようにシンプル化します。

values.yaml
replicaCount: 2

image:
  repository: nginx
  tag: stable
  pullPolicy: IfNotPresent

service:
  type: ClusterIP
  port: 80

ingress:
  enabled: true
  className: nginx
  hosts:
    - host: example.local
      paths:
        - path: /
          pathType: Prefix

テンプレートファイルの編集

templates/配下のファイルを以下の内容で置き換えます（helm createで生成されるデフォルトのテンプレートは複雑なため、学習用にシンプル化しています）。

deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: {{ include "mychart.fullname" . }}-deployment
spec:
  replicas: {{ .Values.replicaCount | default 1 }}
  selector:
    matchLabels:
      app.kubernetes.io/name: {{ include "mychart.name" . }}
  template:
    metadata:
      labels:
        app.kubernetes.io/name: {{ include "mychart.name" . }}
    spec:
      containers:
        - name: {{ .Chart.Name }}
          image: "{{ .Values.image.repository }}:{{ .Values.image.tag }}"
          imagePullPolicy: {{ .Values.image.pullPolicy }}
          ports:
            - containerPort: {{ .Values.service.port }}
              name: http-web-svc
service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: {{ include "mychart.fullname" . }}-service
spec:
  type: {{ .Values.service.type }}
  selector:
    app.kubernetes.io/name: {{ include "mychart.name" . }}
  ports:
    - name: http
      protocol: TCP
      port: {{ .Values.service.port }}
      targetPort: http-web-svc
ingress.yaml
{{- if .Values.ingress.enabled }}
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: {{ include "mychart.fullname" . }}-ingress
spec:
  ingressClassName: {{ .Values.ingress.className }}
  rules:
    {{- range .Values.ingress.hosts }}
    - host: {{ .host }}
      http:
        paths:
          {{- range .paths }}
          - path: {{ .path }}
            pathType: {{ .pathType }}
            backend:
              service:
                name: {{ include "mychart.fullname" $ }}-service
                port:
                  number: {{ $.Values.service.port }}
          {{- end }}
    {{- end }}
{{- end }}

Ingress Controllerを有効化

minikube addons enable ingress

反映が完了したか確認します。すべてのPodがRunningになるまで待ちます。

kubectl get pods -n ingress-nginx --watch

アプリケーションのインストール

helm install myapp .

インストールされたリソースを確認します。

kubectl get all
kubectl get ingress

hostsファイルの設定

minikubeのIPアドレスを取得し、example.localをローカルで解決できるようにします。

minikube ip

/etc/hostsに追記します（sudo権限が必要）。

echo "$(minikube ip) example.local" | sudo tee -a /etc/hosts

または手動で編集する場合は、minikube ipで取得したIPアドレスを使用してください。

sudo vi /etc/hosts
# 以下を追記（IPアドレスは環境によって異なります）
# 192.168.49.2 example.local

動作確認

別のターミナルを開いて、minikube tunnelを起動します（パスワードを求められる場合があります）。

minikube tunnel

tunnelは起動したままにしておきます。ブラウザで http://example.local にアクセスし、Nginxの初期画面が表示されれば成功です。

まとめ

本記事では、以下の内容を紹介しました。

  • Kubernetesの主要なオブジェクト（Pod、Deployment、Service、Ingress）
  • マニフェストファイルの基本構造
  • Helmによるパッケージ管理
  • minikubeを使ったローカル環境でのデプロイ

Kubernetesは学ぶことが多いですが、まずは手を動かして試してみることが理解への近道です。この記事が、Kubernetesを学び始める方の参考になれば幸いです。

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