Das Dokument von QAware beleuchtet Ansätze und Technologien zur Optimierung von Kubernetes-Clustern in Bezug auf Nachhaltigkeit und CO2-Emissionen. Es betont die Bedeutung der Messung des CO2-Fußabdrucks, der richtigen Ressourcennutzung und der Berücksichtigung nachhaltiger Praktiken bei der Infrastrukturentwicklung. Zudem werden Werkzeuge und Methoden vorgestellt, um den Energieverbrauch von Kubernetes-Umgebungen zu reduzieren und die Effizienz zu steigern.

1. qaware.de
Aus blau wird grün!
Ansätze und Technologien für nachhaltige
Kubernetes Cluster
Mario-Leander Reimer
mario-leander.reimer@qaware.de
@LeanderReimer
https://cisweb.lancaster.ac.uk/

2. 2
Mario-Leander Reimer
Managing Director | CTO
@LeanderReimer
#cloudnativenerd #qaware
#gernperDude

3. 3
QAware

4. 4
QAware

5. 5
Mario-Leander Reimer
Managing Director | CTO
@LeanderReimer
#cloudnativenerd #qaware
#gernperDude

6. 6
Mario-Leander Reimer
Managing Director | CTO
@LeanderReimer
#cloudnativenerd #qaware
#gernperDude

7. QAware | 7

8. CO2-Emissionen weltweit
QAware | 8
Luftfahrt: 2%
Gebäude: 18% Viehzucht: 6%
Beton: 2%
IT: 4%

9. Stromquellen und CO2 Emissionen weltweit
QAware | 9
Kohle
Öl
Gas
Kernkraft
Wasserkraft
Wind, Solar
https://app.electricitymaps.com/map

10. 10
IT
Nachhaltiger Einfluss auf andere Branchen
Eigenverbrauch von Ressourcen

11. 11
QAware
Nachhaltige Software
Konzeption, Implementierung und
Betrieb von Software mit
begrenztem Energieverbrauch und
minimaler Belastung der Umwelt
https://www.greenmanifesto.de/
https://www.meetup.com/de-DE/green-software-development-manifesto/

12. 12
QAware

13. 13
QAware
Notebook Kühlschrank
Nutzung
Herstellung
Entsorgung
Energieverbrauch
75%
25%
96%

14. 14
QAware 14
https://www.circable.de/
https://www.anderwerk.de/gewerke/recycling/

15. sustainable
kubernetes

16. cncf/tag-env-sustainability
TAG Environmental Sustainability
🌳🌍♻

17. Sustainability Engineering zur Optimierung des CO2
Footprint von Kubernetes Clustern
17
QAware
Monitoring
Wie hoch ist der
CO2 Footprint
der
Ressourcen?
Messen,
messen,
messen.
Elasticity
Überdimensionierte
oder niedrige
Auslastung der
Ressourcen?
Infrastruktur und
Workloads sollten
proportional zum
Bedarf sein.
Architecture
Wo läuft der
Cluster? Auf
welcher
Hardware?
Sustainability
beim Aufbau der
Infrastruktur
berücksichtigen.
Waste
Abschalten oder
Abbau der
Ressourcen.
Nicht benötigte
oder vergessene
Umgebungen oder
Workloads?

18. 18
QAware
Optimierung nach Kosten?
Kosten sind nicht notwendigerweise
proportional zu CO2-Emissionen

19. Geschäftsanforderungen und Nachhaltigkeitsziele müssen in
Einklang gebracht werden.
Die Auswahl der Region für den Cluster und die Workloads hat erhebliche Auswirkungen auf deren KPIs,
einschließlich Leistung, Kosten und CO2-Fußabdruck.
■ Sicherstellen, dass die Region die erforderlichen gesetzlichen Regulatorien erfüllt (z.B. GDPR)
■ Sicherstellen, dass die Region die benötigten Services und Features unterstützt.
– Wie viele AZs gibt es in der Region?
– Welche Hardware Klassen unterstützt?
– Datenbanken? Storage? …
■ Kostenberechnung für den Cluster und Workloads für die gewählte Region.
■ Netzwerklatenz zwischen Ihren Endbenutzer Standorten und der Region testen!
19
QAware
https://docs.aws.amazon.com/wellarchitected/latest/sustainability-pillar/sus_sus_region_a2.html
AWS Graviton 2 ist bis zu 65% sparsamer
beim Energieverbrauch
AWS Graviton 2 ist bis zu 15% sparsamer
bei den Kosten

20. 20
QAware
ELECTRICITYMAPS.COM

21. Cluster Rightsizing mit Cluster-Autoscaler und Karpenter
21
QAware
Node 1 Node 2 Node 3
X
Node 4

22. Workload Rightsizing mit VPA und Goldilocks
22
QAware
https://github.com/FairwindsOps/goldilocks
apiVersion: "autoscaling.k8s.io/v1"
kind: VerticalPodAutoscaler
metadata:
name: hamster-vpa
spec:
targetRef:
apiVersion: "apps/v1"
kind: Deployment
name: hamster
updatePolicy:
# updateMode: "Auto"
updateMode: "Off"
resourcePolicy
:
containerPolicies
:
- containerName: '*'
minAllowed:
cpu: 100m
memory: 50Mi
maxAllowed:
cpu: 1
memory: 500Mi
controlledResources
: ["cpu", "memory"]
Festlegen von Anforderungen
und Limits für CPU und RAM
realistische
Performance-Tests
Auswertung des gemessenen
Ressourcenverbrauchs
https://github.com/kubernetes/autoscaler/tree/master/vertical-pod-autoscaler

23. kube-green
An operator to reduce CO2 footprint of your clusters
23
QAware
apiVersion: kube-green.com/v1alpha1
kind: SleepInfo
metadata:
name: non-working-hours
spec:
weekdays: "1-5"
sleepAt: "18:00"
wakeUpAt: "08:00"
timeZone: "Europe/Rome"
suspendCronJobs : true
excludeRef:
- apiVersion: "apps/v1"
kind: Deployment
name: no-sleep-deployment
- matchLabels :
kube-green.dev/exclude : "true" https://kube-green.dev/docs/FAQ/#how-many-co2-is-produced-by-pod

24. Carbon-aware Scheduling mit KEDA
■ https://keda.sh
■ KEDA ist ein Kubernetes-basierter ereignisgesteuerter
und zweck-orientierter Autoscaler.
■ Unterstützt 50+ Scaler Out-of-the-box, e.g. Cron,
RabbitMQ, …
■ Carbon Aware Scheduling
- Kubernetes Carbon Intensity Exporter
- Carbon Aware KEDA Operator
24
QAware

25. Sustainable Computing Projects
■ Kepler (Kubernetes-based Efficient Power Level Exporter) uses eBPF to probe energy
related system stats and exports as Prometheus metrics.
■ PEAKS (Power Efficiency Aware Kubernetes Scheduler) uses metrics exported by
Kepler to help Kubernetes schedule to improve energy efficiency by placing Pods on
optimal nodes.
■ CLEVER (Container Level Energy-efficient VPA Recommender) uses metrics exported
by Kepler to recommend Vertical Pod Autoscaler the resource profiles to improve
energy efficiency by running workloads.
25
QAware
https://www.sustainable-computing.io

26. Messen des Energieverbrauch von Nodes und Pods mit Kepler
26
QAware

27. lreimer/green-kubernetes

28. qaware.de
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Aschauer Straße 32
81549 München
Tel. +49 89 232315-0
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