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====== Kubernetes – Grundlagen (Pods, Nodes, Deployments, Services, Ingress) ======

Kubernetes (oft „K8s“ genannt) ist ein System zur Orchestrierung von Containern.  
Es verwaltet automatisch:
  * Deployment (Bereitstellung) von Containern
  * Skalierung (mehr Container starten)
  * Self-Healing (Neustart bei Fehlern)
  * Updates ohne Ausfall
  * Netzwerk zwischen Containern
  * Storage für Container

Kubernetes ist der Standard in modernen Cloud-, DevOps- und CI/CD-Umgebungen.

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====== 1. Warum Kubernetes? ======

Docker allein startet Container – Kubernetes betreibt ganze Systeme.

Vorteile:
  * automatische Skalierung
  * Ausfallsicherheit
  * Rollout / Rollback von Updates
  * Lastverteilung
  * Cluster über viele Server hinweg
  * Self-Healing: Container werden automatisch ersetzt

Perfekt für:
  * große Webplattformen
  * Microservices
  * APIs
  * Clouddienste
  * Enterprise-Infrastruktur

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====== 2. Kubernetes Architektur – Überblick ======

Kubernetes besteht aus zwei Bereichen:

  * **Control Plane** – steuert das Cluster
  * **Worker Nodes** – führen Container aus

ASCII-Übersicht:

<code>

          +---------------------+
          |    Control Plane    |
          | API Server          |
          | Scheduler           |
          | Controller Manager  |
          +---------------------+
                    |
                    |
        +-----------+------------+
        |                        |
 +-------------+         +--------------+
 | Worker Node |         | Worker Node  |
 | Kubelet     |         | Kubelet      |
 | Container   |         | Container    |
 | Runtime     |         | Runtime      |
 +-------------+         +--------------+


</code>


---

====== 3. Die wichtigsten Kubernetes-Objekte ======

Kubernetes arbeitet mit sogenannten *Ressourcen* oder *Objekten*.

Die wichtigsten:

  * **Pod**
  * **Deployment**
  * **Service**
  * **Ingress**
  * **ConfigMap**
  * **Secret**
  * **PersistentVolume (PV)**
  * **PersistentVolumeClaim (PVC)**

---

====== 4. Pod ======

Der **Pod** ist die kleinste Einheit in Kubernetes.

Ein Pod enthält:
  * einen oder mehrere Container
  * gemeinsame IP-Adresse
  * gemeinsames Volume

Die Container in einem Pod sind eng gekoppelt.

Schema:

<code>

 Pod
  ├── Container 1 (z. B. Webserver)
  └── Container 2 (z. B. Log-Exporter)


</code>

Pods sind **flüchtig** – sie werden ständig ersetzt.  
Deshalb nutzt man **Deployments**, nicht einzelne Pods.

---

====== 5. Deployment ======

Ein Deployment steuert, wie viele Pods laufen und wie sie aktualisiert werden.

Funktionen:
  * Skalieren (mehr/weniger Pods)
  * automatische Neustarts
  * Rolling Updates (ohne Downtime)
  * Rollbacks bei Fehlern

Beispiel YAML:

<code yaml>

 apiVersion: apps/v1
 kind: Deployment
 metadata:
   name: webapp
 spec:
   replicas: 3
   template:
     spec:
       containers:
         - name: app
           image: nginx


</code>

Dieses Deployment startet **3 Pods** mit Nginx.

---

====== 6. Service ======

Pods haben dynamische IPs – ein Service sorgt für **stabile Erreichbarkeit**.

Arten:

  * **ClusterIP** → nur intern erreichbar
  * **NodePort** → von außen über hohen Port erreichbar
  * **LoadBalancer** → Cloud-Loadbalancer automatisch
  * **ExternalName** → Alias zu externem DNS-Namen

Schema:

<code>

 Clients → Service → verteilt Traffic → mehrere Pods


</code>

Service = Kubernetes Loadbalancer.


---

====== 7. Ingress ======

Ingress ist ein **Reverse Proxy / Loadbalancer auf Layer 7** für HTTP/HTTPS.

Beispiel:
  * https://api.example.com → Backend 1
  * https://app.example.com → Backend 2

Ingress-Controller (du kennst das 😉):
  * Traefik
  * Nginx Ingress
  * HAProxy
  * Istio Gateway

Schema:

<code>

 Client → Ingress → Service → Pods


</code>

Ingress ermöglicht:
  * Routing nach Hostname/URL
  * TLS-Zertifikate
  * Load Balancing
  * Middlewares


---

====== 8. ConfigMaps & Secrets ======

===== ConfigMap =====
Konfigurationen (Text).

<code>

 env: APP_MODE=production


</code>

===== Secret =====
Passwörter / Zertifikate (Base64-kodiert, nicht verschlüsselt!)

<code>

 env: DB_PASSWORD=****


</code>


---

====== 9. Persistenter Speicher (Storage) ======

Pods sind flüchtig → Daten würden verloren gehen.  
Daher nutzt man PV und PVC.

===== PersistentVolume (PV) =====
das eigentliche Storage-Backend  
z. B. NFS, iSCSI, Ceph, lokal

===== PersistentVolumeClaim (PVC) =====
Anfrage eines Pods nach Speicher

Schema:

<code>

 PVC (Pod) → PV → Storage (NFS/SSD/Ceph)


</code>


---

====== 10. Kubernetes Netzwerk ======

Jeder Pod bekommt:
  * eigene IP (intern)
  * kann mit allen Pods kommunizieren (by default)

CNI-Plugins regeln das Netzwerk:

  * Calico
  * Flannel
  * Cilium (besser, modern)
  * Weave

---

====== 11. Skalierung ======

Kubernetes kann automatisch skalieren:

===== Horizontal Pod Autoscaler (HPA) =====
z. B. starte 10 zusätzliche Pods wenn CPU > 70%

===== Vertical Autoscaler =====
passt CPU/RAM an

===== Cluster Autoscaler =====
startet neue Nodes in der Cloud

---

====== 12. Self-Healing ======

Kubernetes überwacht seine Pods:

Wenn:
  * Pod crasht
  * Node ausfällt
  * Container hängt

Dann:
  * Pod wird automatisch ersetzt
  * Deployment sorgt für korrekte Anzahl
  * Load Balancer leitet Traffic auf gesunde Pods


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====== 13. Kubernetes vs Docker Compose ======

^ Funktion ^ Docker Compose ^ Kubernetes ^
| Deployment | einfach | komplex, mächtig |
| Skalierung | manuell | automatisch |
| Self-Healing | nein | ja |
| Updates | manuell | rolling updates |
| Netzwerk | einfach | Cluster-weite Kommunikation |
| Betrieb | Einzelserver | mehrere Nodes |

Kurz:
**Compose = kleine Projekte
Kubernetes = Großprojekte / Enterprise**


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====== 14. Beispiele aus der Praxis ======

===== Microservices =====
Viele kleine Dienste:
  * Auth-Service
  * Payment-Service
  * User-Service

===== Cloud-Apps =====
Kubernetes ist Grundlage von:
  * Google Cloud
  * Azure AKS
  * AWS EKS

===== Home-Lab =====
Mini-Kubernetes mit:
  * k3s
  * MicroK8s
  * kind


---

====== Zusammenfassung ======

  * Kubernetes orchestriert Container automatisiert
  * Pod = kleinste Einheit
  * Deployment = steuert Pods, Updates, Skalierung
  * Service = Load Balancer für Pods
  * Ingress = HTTP/HTTPS Reverse Proxy
  * PV/PVC = persistenter Speicher
  * Kubernetes = Standard für moderne Cloud-Anwendungen