Seminar ClickHouse – Kubernetes Operator und automatisierter Clusterbetrieb

Stateful Workloads auf Kubernetes benötigen eine klare Trennung zwischen gewünschtem Zustand, Operatorlogik und tatsächlichem Datenbankzustand. Der Kurs verbindet Kubernetes-Ressourcen mit ClickHouse-Topologie, Persistenz, Konfiguration und Betriebsverfahren.

Bereitstellung, Skalierung und Änderungen werden deklarativ durchgeführt und anschließend auf Datenbankebene validiert. Fehlerfälle wie Pending Pods, ungeeignete Volumes, falsche Ressourcenlimits und gestörte Replikation werden methodisch analysiert.

Inhaltsübersicht

• Zielsetzung und Abgrenzung
• Tag 1: Operator-Architektur und deklarative Bereitstellung
• Tag 2: Storage, Netzwerk, Sicherheit und Änderungen
• Tag 3: Monitoring, Fehlerdiagnose und Recovery
• Praxisaufgaben und Prüfpunkte
• Zielgruppe und Voraussetzungen
• Didaktik und Arbeitsweise

Zielsetzung und Abgrenzung

• Operator, Custom Resources und erzeugte Kubernetes-Objekte sicher einordnen.
• Persistenz, Netzwerk, Ressourcen und Pod-Verteilung für ClickHouse planen.
• Clusteränderungen, Skalierung und Upgrades deklarativ und kontrolliert ausführen.
• Sicherheits-, Monitoring-, Backup- und Recovery-Anforderungen integrieren.
• Kubernetes- und ClickHouse-Zustand in einem gemeinsamen Troubleshooting-Pfad untersuchen.

Didaktische Bemessung: Drei Tage sind erforderlich, weil Grundlagen und Bereitstellung, produktive Änderungen sowie Fehler- und Recovery-Szenarien getrennte Laborphasen benötigen. Ein zweitägiges Format könnte Stateful- und Wiederanlaufprobleme nicht ausreichend erproben.

Seminarinhalte

Tag 1: Operator-Architektur und deklarative Bereitstellung

1. Schritt 1: Kubernetes-Cluster, Namespaces, Storage Classes, Netzwerkregeln und Ressourcenquoten prüfen.
2. Schritt 2: Operator-Komponenten, Berechtigungen, Reconcile-Zyklus und Custom Resources analysieren.
3. Schritt 3: Gewünschte ClickHouse-Topologie mit Shards, Replicas, Keeper und Ressourcenbedarf entwerfen.
4. Schritt 4: Custom Resource mit Images, Konfiguration, Volumes, Services und Pod-Vorlagen erstellen.
5. Schritt 5: Erzeugte StatefulSets, Pods, Services, ConfigMaps, Secrets und Persistent Volumes kontrollieren.
6. Schritt 6: Datenbankzugriff, Systemtabellen, Replikation und Persistenz nach der Bereitstellung validieren.
7. Schritt 7: Pod-Neustart durchführen und Datenbestand sowie Wiederaufnahme der Replikation prüfen.
8. Schritt 8: Soll- und Istzustand in einer Bereitstellungs- und Abnahmecheckliste dokumentieren.

Tag 2: Storage, Netzwerk, Sicherheit und Änderungen

1. Schritt 1: Volume-Größe, Zugriffsmodus, Performanceklasse, Reclaim-Verhalten und Ausfallzone bewerten.
2. Schritt 2: Servicearten, DNS, Ingress- oder Load-Balancer-Zugänge und interne Clusterkommunikation dokumentieren.
3. Schritt 3: Secrets, Service Accounts, Network Policies und rollenbasierte Clusterrechte nach minimalem Zugriff konfigurieren.
4. Schritt 4: CPU-, Speicher- und Ephemeral-Storage-Anforderungen aus einem Lastprofil ableiten.
5. Schritt 5: Konfigurationsänderung und Rolling Update mit Verfügbarkeits- und Replikationsprüfung ausführen.
6. Schritt 6: Cluster horizontal oder vertikal skalieren und Datenverteilung sowie Ressourcenwirkung messen.
7. Schritt 7: Manuelle Drift erzeugen und beobachten, wie der deklarative Zustand wiederhergestellt wird.
8. Schritt 8: Freigabe-, Rollback- und Git-orientierten Änderungsprozess für Custom Resources erstellen.

Tag 3: Monitoring, Fehlerdiagnose und Recovery

1. Schritt 1: Kubernetes-Ereignisse, Pod-Status, Operator-Logs und ClickHouse-Systemtabellen in einen Diagnosepfad verbinden.
2. Schritt 2: Pending Pod durch Storage- oder Ressourcenproblem erzeugen und Ursache schrittweise eingrenzen.
3. Schritt 3: CrashLoop, fehlerhafte Konfiguration und nicht erreichbaren Service als getrennte Fehlerklassen bearbeiten.
4. Schritt 4: Replikationsrückstand und Datenbankfehler von Kubernetes-Planungsproblemen abgrenzen.
5. Schritt 5: Metriken, Logs und Alarme für Podzustand, Operator, Speicher, Abfragen und Replikation definieren.
6. Schritt 6: Backup-Verfahren mit Volumes, Objektablage und Datenbankmetadaten abstimmen.
7. Schritt 7: Knoten- oder Zonenverlust simulieren und Wiederanlauf sowie Datenvollständigkeit prüfen.
8. Schritt 8: Betriebsübergabe mit Architektur, Custom Resources, SLOs, Runbooks und Recovery-Verfahren erstellen.

Praxisaufgaben und Prüfpunkte

Praxisaufgaben

• Deklarative Bereitstellung eines ClickHouse-Clusters über Custom Resources
• Rolling Change und Skalierung mit Zustandsprüfung
• Fehlerdiagnose über Kubernetes- und ClickHouse-Ebenen
• Recovery-Übung nach Pod-, Knoten- oder Speicherproblem

Prüfpunkte

• Erzeugte Ressourcen entsprechen dem dokumentierten Zielzustand.
• Persistenz und Replikation überstehen geplante Neustarts und Änderungen.
• Sicherheits- und Netzwerkzugänge sind minimal und nachvollziehbar.
• Diagnose und Recovery verbinden Kubernetes- und Datenbankprüfungen.

Zielgruppe und Voraussetzungen

Zielgruppe: Kubernetes-Plattformteams, DevOps, SRE, ClickHouse-Administration, Cloud Engineering und technische Architektur

Voraussetzungen: Praktische Kubernetes-Kenntnisse, Linux- und Netzwerkgrundlagen sowie grundlegende ClickHouse- oder Datenbankerfahrung

Didaktik und Arbeitsweise

Kurze Fachimpulse werden unmittelbar durch Demonstrationen, klar nummerierte Arbeitsschritte, praktische Übungen und kontrollierte Fehlerfälle vertieft. Für jede Aufgabe werden Ausgangszustand, erwartetes Ergebnis, technische Prüfabfrage und Rückfallweg dokumentiert. Dadurch lassen sich die erarbeiteten Verfahren als wiederholbare Entwicklungs- oder Betriebsstandards übernehmen.