Kubernetes基礎【2026年6月更新】

Kubernetesクラスタを1時間で構築し、本番環境で安定稼働させるための基礎知識を完全網羅。最新のKubernetes 1.31に対応した実践的な設定手順とトラブルシューティングテクニックを、具体的なコマンドと構成ファイルで解説します。

本記事を最後まで実践すれば、ローカル環境で動作するKubernetesクラスタを構築でき、基本的なPod・Deployment・Serviceの運用が可能になります。また、セキュリティベストプラクティスとモニタリング設定まで、実務で即座に活用できる内容を提供します。

目次

• Kubernetesとは何か：基礎概念とメリット
• Kubernetesアーキテクチャ：コントロールプレーンとノードの役割
• Kubernetesクラスタの構築手順：ローカル環境から本番まで
  • Minikubeでローカル開発環境を構築
  • kubeadmで本番向けクラスタを構築
  • クラウドプロバイダーのマネージドKubernetes比較
• Kubernetesのコア概念：Pod・Deployment・Serviceの違い
• YAML設定ファイルの書き方：実践的なテンプレート集
• ネットワーク設定：Service・Ingress・ネットワークポリシー
• ストレージ管理：PersistentVolume・StatefulSet
• セキュリティ設定：RBAC・NetworkPolicy・PodSecurity
• モニタリングとロギング：Prometheus・Grafana・Loki
• トラブルシューティング：よくあるエラーと解決策
• 運用ベストプラクティス：GitOps・CI/CD・バックアップ
• Kubernetes基礎に関するFAQ
• まとめ：Kubernetes基礎の習得ロードマップ

Kubernetesとは何か：基礎概念とメリット

Kubernetesは、コンテナ化されたアプリケーションの自動デプロイ・スケーリング・運用を自動化するオープンソースのコンテナオーケストレーションプラットフォームです。Googleによって開発され、現在はCloud Native Computing Foundation（CNCF）によって管理されています。

具体的には、以下のような機能を提供します：

• セルフヒーリング（Self-Healing）：障害が発生したPodを自動的に再起動
• オートスケーリング（Auto-Scaling）：負荷に応じてPod数を自動調整
• ローリングアップデート（Rolling Update）：ダウンタイムなしでアプリケーションを更新
• サービスディスカバリー（Service Discovery）：Pod間のネットワーク接続を自動管理
• ストレージオーケストレーション（Storage Orchestration）：永続ストレージを自動的に割り当て

Kubernetesを導入する主なメリットは以下の通りです：

Kubernetesは、以下のようなユースケースで活用されています：

• マイクロサービスアーキテクチャの実現
• CI/CDパイプラインの基盤として
• マルチクラウド環境でのアプリケーションデプロイ
• 機械学習モデルの運用（MLOps）
• IoTデバイス向けのエッジコンピューティング

特に、2025年以降はAI/MLワークロードの増加に伴い、Kubernetes上でのGPUリソース管理が重要なトレンドとなっています。NVIDIA GPU Operatorを活用することで、GPUを必要とするワークロードの効率的な運用が可能になります。

Kubernetesアーキテクチャ：コントロールプレーンとノードの役割

Kubernetesクラスタは、大きく分けてコントロールプレーン（Control Plane）とワーカーノード（Worker Nodes）の2つのコンポーネントで構成されます。それぞれの役割と主要なコンポーネントについて解説します。

コントロールプレーンの構成要素

コントロールプレーンは、クラスタ全体の管理と制御を行う中枢です。以下の主要コンポーネントで構成されます：

コントロールプレーンの各コンポーネントは、kubeletを通じてワーカーノードと通信します。kubeletは、各ノード上で動作するエージェントであり、Podの起動・停止・状態監視などを行います。

ワーカーノードの構成要素

ワーカーノードは、実際にアプリケーションを実行するコンピュータ（物理サーバーまたは仮想マシン）です。各ノードには以下のコンポーネントがインストールされています：

各ノードには、Node Nameと呼ばれる一意の識別子が割り当てられます。また、ノードにはラベル（Labels）とアノテーション（Annotations）を付与することで、柔軟なリソース管理が可能になります。

クラスタの状態管理

Kubernetesは、Desired State（望ましい状態）とCurrent State（現在の状態）を常に比較し、差異があれば自動的に修正します。この仕組みにより、セルフヒーリング機能が実現されています。

例えば、以下のような状況で自動修正が行われます：

• Podがクラッシュした場合：自動的に再起動
• ノードがダウンした場合：Podを別のノードに再スケジューリング
• リソース不足が発生した場合：Podを別のノードに移動

この状態管理は、etcdと呼ばれる分散キーバリューストアに保存されます。etcdは、高可用性と一貫性を確保するために、Raftコンセンサスアルゴリズムを採用しています。

Kubernetesクラスタの構築手順：ローカル環境から本番まで

Kubernetesクラスタを構築する方法は、用途や環境によって異なります。本セクションでは、以下の3つのシナリオに分けて構築手順を解説します：

1. ローカル開発環境：Minikube
2. 本番環境向け：kubeadm
3. クラウドプロバイダーのマネージドKubernetes

各方法の特徴を比較すると以下の通りです：

Minikubeでローカル開発環境を構築

Minikubeは、ローカルマシン上でシングルノードのKubernetesクラスタを簡単に構築できるツールです。主に開発・学習・テスト用途で利用されます。

Minikubeのインストール

以下の手順でMinikubeをインストールします。対応OSはLinux、macOS、Windowsです。

Linux/macOSの場合：

# curlでMinikubeをダウンロード
curl -LO https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64

バイナリを/usr/local/binに移動
sudo install minikube-linux-amd64 /usr/local/bin/minikube

バージョン確認
minikube version

Windowsの場合（PowerShell）：

# Chocolateyを使用してインストール
choco install minikube

バージョン確認
minikube version

次に、kubectl（Kubernetes CLI）をインストールします：

# Linux/macOS
curl -LO "https://dl.k8s.io/release/$(curl -L -s https://dl.k8s.io/release/stable.txt)/bin/linux/amd64/kubectl"
sudo install -o root -g root -m 0755 kubectl /usr/local/bin/kubectl

Windows (PowerShell)
choco install kubernetes-cli

Minikubeクラスタの起動

Minikubeを起動するには、以下のコマンドを実行します：

minikube start --driver=docker --cpus=2 --memory=4g

主なオプションの説明：

• –driver：コンテナランタイムを指定（docker, podman, virtualbox, hyperkit等）
• –cpus：CPUコア数を指定（デフォルト: 2）
• –memory：メモリサイズを指定（デフォルト: 2GB）
• –kubernetes-version：Kubernetesバージョンを指定（例: –kubernetes-version=v1.31.0）

クラスタの起動が完了したら、以下のコマンドで状態を確認します：

minikube status

出力例：

minikube
type: Control Plane
host: Running
kubelet: Running
apiserver: Running
kubeconfig: Configured

次に、kubectlを使用してクラスタに接続します：

kubectl get nodes

出力例：

NAME       STATUS   ROLES           AGE   VERSION
minikube   Ready    control-plane   2m    v1.31.0

Minikubeの主な機能

Minikubeには、以下のような便利な機能があります：

例えば、ダッシュボードを起動するには以下のコマンドを実行します：

minikube dashboard --url

これにより、ブラウザでKubernetesクラスタの状態を視覚的に確認できます。

Minikubeの停止と削除

Minikubeクラスタを停止するには：

minikube stop

クラスタを完全に削除するには：

minikube delete

kubeadmで本番向けクラスタを構築

kubeadmは、Kubernetes公式のクラスタ構築ツールです。オンプレミス環境やベアメタルサーバーでKubernetesクラスタを構築する際に利用されます。kubeadmを使用することで、標準的なKubernetesクラスタを簡単に構築できます。

前提条件

kubeadmでクラスタを構築する前に、以下の前提条件を満たす必要があります：

• OS: Ubuntu 22.04 LTS / CentOS 7 or 8 / RHEL 8 / Debian 11
• CPU: 2コア以上
• メモリ: 2GB以上
• ディスク: 20GB以上の空き容量
• ネットワーク: ノード間の通信が可能（ポート: 6443, 2379-2380, 10250等）
• コンテナランタイム: containerd（推奨）または CRI-O

本手順では、Ubuntu 22.04 LTSを使用します。他のOSを使用する場合は、公式ドキュメントを参照してください。

コンテナランタイムのインス…

kubeadmでは、containerdをコンテナランタイムとして使用します。以下の手順でcontainerdをインストールします：

# 必要なパッケージをインストール
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y apt-transport-https ca-certificates curl

Docker公式GPGキーを追加
sudo install -m 0755 -d /etc/apt/keyrings
sudo curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg -o /etc/apt/keyrings/docker.asc
sudo chmod a+r /etc/apt/keyrings/docker.asc

Dockerリポジトリを追加
echo \
  "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/etc/apt/keyrings/docker.asc] https://download.docker.com/linux/ubuntu \
  $(. /etc/os-release && echo "$VERSION_CODENAME") stable" | \
  sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list > /dev/null

containerdをインストール
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y containerd.io

containerdの設定を更新
sudo mkdir -p /etc/containerd
containerd config default | sudo tee /etc/containerd/config.toml

systemdをcgroupドライバーとして使用するように設定
sudo sed -i 's/SystemdCgroup = false/SystemdCgroup = true/g' /etc/containerd/config.toml

containerdを再起動
sudo systemctl restart containerd
sudo systemctl enable containerd

kubeadm、kubel…

次に、Kubernetesの主要コンポーネントをインストールします：

# KubernetesのGPGキーを追加
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y apt-transport-https ca-certificates curl
curl -fsSL https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.31/deb/Release.key | sudo gpg --dearmor -o /etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg

Kubernetesリポジトリを追加
echo 'deb [signed-by=/etc/apt/keyrings/kubernetes-apt-keyring.gpg] https://pkgs.k8s.io/core:/stable:/v1.31/deb/ /' | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/kubernetes.list

パッケージをインストール
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y kubelet kubeadm kubectl

自動アップデートを防止
sudo apt-mark hold kubelet kubeadm kubectl

インストールされたバージョンを確認します：

kubeadm version
kubelet --version
kubectl version --client

コントロールプレーンノード…

コントロールプレーンノードとして機能するサーバーで、以下のコマンドを実行します：

sudo kubeadm init --pod-network-cidr=10.244.0.0/16

主なオプションの説明：

• –pod-network-cidr：PodネットワークのCIDRを指定（使用するCNIプラグインによって異なる）
• –apiserver-advertise-address：API Serverのアドバタイズアドレスを指定（マルチノードの場合に必要）
• –control-plane-endpoint：コントロールプレーンのエンドポイントを指定（HA構成の場合に必要）

初期化が完了すると、以下のような出力が表示されます：

Your Kubernetes control-plane has initialized successfully!

To start using your cluster, you need to run the following as a regular user:

  mkdir -p $HOME/.kube
  sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
  sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

Alternatively, if you are the root user, you can run:

  export KUBECONFIG=/etc/kubernetes/admin.conf

You should now deploy a pod network to the cluster.
Run "kubectl get pods -A" to check that the pod network has been installed.

上記の手順に従って、kubectlの設定を行います：

mkdir -p $HOME/.kube
sudo cp -i /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/.kube/config
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/.kube/config

次に、Podネットワークをインストールします。本例では、Flannelを使用します：

kubectl apply -f https://github.com/flannel-io/flannel/releases/latest/download/kube-flannel.yml

Podネットワークのインストールが完了したら、ノードの状態を確認します：

kubectl get nodes

出力例：

NAME             STATUS   ROLES           AGE   VERSION
control-plane    Ready    control-plane   5m    v1.31.0

ワーカーノードの追加

コントロールプレーンノードの初期化が完了したら、ワーカーノードを追加します。ワーカーノードで以下のコマンドを実行します：

sudo kubeadm join :6443 --token  --discovery-token-ca-cert-hash 

トークンとハッシュは、コントロールプレーンノードの初期化時に表示されるメッセージから取得できます。以下のコマンドで再取得も可能です：

kubeadm token create --print-join-command

ワーカーノードを追加した後、再度ノードの状態を確認します：

kubectl get nodes

出力例：

NAME             STATUS   ROLES           AGE   VERSION
control-plane    Ready    control-plane   10m   v1.31.0
worker-node-1     Ready              2m    v1.31.0
worker-node-2     Ready              1m    v1.31.0

kubeadmクラスタのア…

kubeadmを使用してクラスタをアップグレードするには、以下の手順を実行します：

# アップグレードプランを確認
sudo kubeadm upgrade plan

コントロールプレーンをアップグレード
sudo kubeadm upgrade apply v1.31.0

kubeletとkubectlをアップグレード
sudo apt-get update && sudo apt-get install -y kubelet=1.31.0-00 kubectl=1.31.0-00

kubeletを再起動
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart kubelet

ノードの状態を確認
kubectl get nodes

アップグレード後は、必ずPodネットワークプラグイン（例: Flannel）が正常に動作していることを確認してください。

クラウドプロバイダーのマネージドKubernetes比較

主要なクラウドプロバイダーでは、マネージドKubernetesサービスを提供しています。各サービスの特徴を比較し、用途に応じた選択基準を解説します。

以下の3つの主要なマネージドKubernetesサービスを比較します：

Amazon EKS（El…

Amazon EKSは、AWS上でKubernetesクラスタを簡単に構築・運用できるマネージドサービスです。主な特徴は以下の通りです：

• 完全マネージド：コントロールプレーンの管理が不要
• AWSとの統合：IAM、VPC、ELB、RDS等とのシームレスな連携
• Fargate対応：サーバーレスなPod実行が可能
• セキュリティ：AWS IAMとの統合によるきめ細かなアクセス制御
• モニタリング：Amazon CloudWatchとの統合

EKSの主な機能：

• クラスタの自動スケーリング
• ローリングアップデートの自動管理
• VPC CNIによるネットワーク管理
• AWS Load Balancer ControllerによるIngress管理

EKSの料金体系：

• 管理費：$0.10/時間/クラスタ
• EC2ノード：ノードの料金（例: t3.medium: $0.0416/時間）
• Fargate：Pod実行時の料金（vCPUとメモリに応じて課金）

EKSの構築手順（概要）：

1. AWS CLIとeksctlをインストール
2. eksctlを使用してクラスタを作成：eksctl create cluster --name my-cluster --region us-west-2
3. kubectlを設定：aws eks --region us-west-2 update-kubeconfig --name my-cluster
4. 必要なアドオン（例: VPC CNI, CoreDNS）をインストール

Azure Kuberne…

AKSは、Microsoft Azure上でKubernetesクラスタを提供するマネージドサービスです。主な特徴は以下の通りです：

ABOUT ME

たから
サラリーマンをしながら開業して経営やってます。 今年、本業で独立・別事業を起業予定です。 ◆経験：IT講師/インフラエンジニア/PM/マネジメント/採用/運用・保守・構築・設計 ◆取得資格：CCNA/CCNP/LPIC-1/AZ-900/FE/サーティファイC言語 ◆サイドビジネス：アパレル事業/複数のWEBメディアを運営