Enterprise Architecture

This guide covers architectural patterns and best practices for designing and managing large-scale Kubernetes deployments across AWS, Azure, and GCP.


Multi-Cluster Architecture Models

Hub and Spoke Model

The hub cluster centrally manages configuration, security policies, and observability for multiple spoke clusters.

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                     β”‚  Hub Cluster β”‚
                     β”‚  (Admin/Mgmt)β”‚
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    β”‚ Spoke       β”‚   β”‚ Spoke       β”‚   β”‚ Spoke       β”‚
    β”‚ (Workload)  β”‚   β”‚ (Workload)  β”‚   β”‚ (Workload)  β”‚
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Real-life example: Financial services organization with regulated workloads in separate clusters but unified governance.

Multi-Regional Architecture

Independent cluster instances deployed across regions for data sovereignty and resilience.

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β”‚  US-East Region      β”‚  β”‚  Europe Region       β”‚  β”‚  APAC Region         β”‚
β”‚                      β”‚  β”‚                      β”‚  β”‚                      β”‚
β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”β”‚  β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”β”‚  β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”β”‚
β”‚ β”‚Prod    β”‚ β”‚Staging β”‚β”‚  β”‚ β”‚Prod    β”‚ β”‚Staging β”‚β”‚  β”‚ β”‚Prod    β”‚ β”‚Staging β”‚β”‚
β”‚ β”‚Cluster β”‚ β”‚Cluster β”‚β”‚  β”‚ β”‚Cluster β”‚ β”‚Cluster β”‚β”‚  β”‚ β”‚Cluster β”‚ β”‚Cluster β”‚β”‚
β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜β”‚  β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜β”‚  β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜β”‚
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Real-life example: Global SaaS provider maintaining regional data residency while providing uniform service.


Cloud-Specific Implementation Patterns

AWS EKS Architecture

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β”‚                      Region                             β”‚
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β”‚ β”‚   AZ-1          β”‚      β”‚   AZ-2          β”‚            β”‚
β”‚ β”‚                 β”‚      β”‚                 β”‚            β”‚
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β”‚ β”‚ β”‚Worker Nodes β”‚ β”‚      β”‚ β”‚Worker Nodes β”‚ β”‚            β”‚
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β”‚ β”‚                  EKS Control Plane                  β”‚ β”‚
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β”‚ β”‚ AWS ALB   β”‚β”‚  AWS ECR β”‚β”‚Route 53 β”‚β”‚ CloudWatch Logs β”‚ β”‚
β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚
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Best Practices:

  • Use EKS add-ons for CNI, CoreDNS, and kube-proxy

  • Leverage AWS Load Balancer Controller for ALB/NLB integration

  • Use Node Groups with Auto Scaling Groups

  • Implement dedicated VPC endpoints for ECR, S3, and other AWS services

  • Configure AWS IAM for Kubernetes RBAC integration

Real-life considerations:

  • ALB for ingress offers native integrations with AWS WAF and Shield

  • Use Cluster Autoscaler with multiple node groups for cost optimization

  • Auto-scaling with Karpenter provides faster node provisioning

Azure AKS Architecture

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β”‚                      Region                             β”‚
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β”‚ β”‚ β”‚ Node Pools  β”‚ β”‚      β”‚ β”‚ Node Pools  β”‚ β”‚            β”‚
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β”‚ β”‚                  AKS Control Plane                  β”‚ β”‚
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β”‚ β”‚Azure App Gtwy β”‚β”‚ Azure Cont. β”‚β”‚ Azure Monitor        β”‚β”‚
β”‚ β”‚               β”‚β”‚ Registry    β”‚β”‚ Container Insights   β”‚β”‚
β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Best Practices:

  • Enable managed identity and RBAC integration

  • Implement Azure CNI networking for enterprise-scale deployments

  • Use separate node pools for system and application workloads

  • Configure CSI drivers for Azure Disk and File storage

  • Leverage Azure Policy for AKS

Real-life considerations:

  • Application Gateway Ingress Controller for WAF capabilities

  • Azure Container Registry with geo-replication for multi-region deployments

  • Use Virtual Node (with Azure Container Instances) for burst workloads

GCP GKE Architecture

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β”‚                      Region                             β”‚
β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”      β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”            β”‚
β”‚ β”‚   Zone A        β”‚      β”‚   Zone B        β”‚            β”‚
β”‚ β”‚                 β”‚      β”‚                 β”‚            β”‚
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β”‚ β”‚ β”‚ Node Pools  β”‚ β”‚      β”‚ β”‚ Node Pools  β”‚ β”‚            β”‚
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β”‚ β”‚                  GKE Control Plane                  β”‚ β”‚
β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚
β”‚                                                         β”‚
β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚
β”‚ β”‚Cloud Load   β”‚β”‚ Container   β”‚β”‚ Cloud Monitoring      β”‚ β”‚
β”‚ β”‚Balancing    β”‚β”‚ Registry    β”‚β”‚ & Logging             β”‚ β”‚
β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Best Practices:

  • Use GKE Autopilot for simplified operations

  • Enable GKE Standard clusters with node auto-provisioning

  • Implement Workload Identity for secure GCP API access

  • Configure Cloud NAT for private GKE clusters

  • Use Binary Authorization for supply chain security

Real-life considerations:

  • Multi-cluster ingress and service mesh with Cloud Service Mesh

  • GKE Enterprise for enhanced multi-cluster management

  • Container-Optimized OS for improved security posture


Multi-Cloud Kubernetes Architecture

For organizations operating across multiple clouds, these patterns enable consistent management:

Fleet Management Approach

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚                  Central Management Plane                   β”‚
β”‚                                                             β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”   β”‚
β”‚  β”‚GitOps System  β”‚  β”‚Fleet Manager  β”‚  β”‚Centralized     β”‚   β”‚
β”‚  β”‚(Flux/ArgoCD)  β”‚  β”‚(e.g., Rancher)β”‚  β”‚Observability   β”‚   β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜   β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜
           β”‚                  β”‚                    β”‚
           β–Ό                  β–Ό                    β–Ό
β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚  AWS EKS        β”‚  β”‚  Azure AKS      β”‚  β”‚  Google GKE     β”‚
β”‚  Clusters       β”‚  β”‚  Clusters       β”‚  β”‚  Clusters       β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Implementation strategies:

  • Unified configuration repository with environment-specific overlays

  • Federation layer for cross-cluster service discovery

  • Standardized CRDs across all clusters

  • Central identity management with federation to cloud IAM systems

  • Common observability and alerting platform


Network Architecture Models

Multi-Tier Network Security Model

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚ Ingress Tier                               β”‚
β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”   β”‚
β”‚ β”‚WAF & DDoS Protection                 β”‚   β”‚
β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜   β”‚
β”‚                  β”‚                         β”‚
β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β–Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”   β”‚
β”‚ β”‚API Gateway / Ingress Controller      β”‚   β”‚
β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜   β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜
                   β”‚
β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β–Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚ Service Mesh                               β”‚
β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”   β”‚
β”‚ β”‚mTLS Encryption                       β”‚   β”‚
β”‚ β”‚Traffic Management                    β”‚   β”‚
β”‚ β”‚Service-to-Service Authorization      β”‚   β”‚
β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜   β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜
                   β”‚
β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β–Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚ Pod Security                               β”‚
β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”   β”‚
β”‚ β”‚Pod Security Policies/Standards       β”‚   β”‚
β”‚ β”‚Network Policies                      β”‚   β”‚
β”‚ β”‚Runtime Security                      β”‚   β”‚
β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜   β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Implementation components:

  • AWS: ALB + AWS Shield + WAF + AppMesh/Istio + Calico

  • Azure: App Gateway + Azure Firewall + Istio/Linkerd + Azure CNI + Calico

  • GCP: Cloud Load Balancer + Cloud Armor + Anthos Service Mesh + Calico


Storage Architecture Best Practices

Data-Intensive Workload Architecture

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚ Stateful Application Deployment                            β”‚
β”‚                                                            β”‚
β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”  β”‚
β”‚ β”‚ StatefulSet              β”‚  β”‚ Operator-managed DB     β”‚  β”‚
β”‚ β”‚                          β”‚  β”‚                         β”‚  β”‚
β”‚ β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”           β”‚  β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚  β”‚
β”‚ β”‚ β”‚PVC Templatesβ”‚           β”‚  β”‚ β”‚Custom Resource Def.β”‚ β”‚  β”‚
β”‚ β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜           β”‚  β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚  β”‚
β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜   β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜  β”‚
β”‚         β”‚                                  β”‚               β”‚
β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β–Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β–Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”β”‚
β”‚ β”‚             Storage Class Abstraction                   β”‚β”‚
β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜
β”‚                           β”‚                                β”‚
β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β–Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚ β”‚          Cloud Provider Storage Integration              β”‚
β”‚ β”‚                                                          β”‚
β”‚ β”‚ AWS: EBS, EFS, FSx      Azure: Disk, Files    GCP: PD   β”‚
β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Cloud-specific recommendations:

  • AWS: Use gp3 volumes for general workloads, io2 for high-performance databases

  • Azure: Use Premium SSD v2 for dynamic scaling of performance

  • GCP: Use Regional Persistent Disks for high-availability storage


Multi-Tenancy Models

Hard Multi-tenancy

Separate clusters for each tenant ensure complete isolation.

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚Tenant A Cluster β”‚  β”‚Tenant B Cluster β”‚  β”‚Tenant C Cluster β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜
        β”‚                   β”‚                    β”‚
β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β–Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β–Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β–Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚               Central Management Plane                 β”‚
β”‚ (Configuration, Monitoring, Security Policy, Billing)  β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Soft Multi-tenancy

Namespace-based isolation within a shared cluster.

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚                   Shared Cluster                      β”‚
β”‚                                                       β”‚
β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”   β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”   β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”   β”‚
β”‚ β”‚Namespace A  β”‚   β”‚Namespace B  β”‚   β”‚Namespace C  β”‚   β”‚
β”‚ β”‚(Tenant A)   β”‚   β”‚(Tenant B)   β”‚   β”‚(Tenant C)   β”‚   β”‚
β”‚ β”‚             β”‚   β”‚             β”‚   β”‚             β”‚   β”‚
β”‚ β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚   β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚   β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚   β”‚
β”‚ β”‚ β”‚Resource β”‚ β”‚   β”‚ β”‚Resource β”‚ β”‚   β”‚ β”‚Resource β”‚ β”‚   β”‚
β”‚ β”‚ β”‚Quotas   β”‚ β”‚   β”‚ β”‚Quotas   β”‚ β”‚   β”‚ β”‚Quotas   β”‚ β”‚   β”‚
β”‚ β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚   β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚   β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚   β”‚
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β”‚ β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚   β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚   β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚   β”‚
β”‚ β”‚ β”‚Network  β”‚ β”‚   β”‚ β”‚Network  β”‚ β”‚   β”‚ β”‚Network  β”‚ β”‚   β”‚
β”‚ β”‚ β”‚Policies β”‚ β”‚   β”‚ β”‚Policies β”‚ β”‚   β”‚ β”‚Policies β”‚ β”‚   β”‚
β”‚ β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚   β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚   β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚   β”‚
β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜   β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜   β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜   β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Implementation tools:

  • Hierarchical namespace controller

  • Network policies with advanced CNI implementations

  • OPA Gatekeeper or Kyverno for policy enforcement

  • ResourceQuotas and LimitRanges

  • Pod Security Standards


Control Plane Scaling Considerations

API Server Scaling

Maximum number of clusters:

  • AWS EKS: 100 clusters per region per account (soft limit)

  • Azure AKS: 1000 clusters per subscription (soft limit)

  • GCP GKE: 50 clusters per project (soft limit)

Maximum nodes per cluster:

  • AWS EKS: 5,000 nodes

  • Azure AKS: 5,000 nodes

  • GCP GKE: 15,000 nodes

API server recommendations:

  • Implement efficient watch caches

  • Use server-side filtering of list requests

  • Optimize etcd for large clusters

  • Consider specialized control plane scaling for >5000 nodes


Disaster Recovery Architecture

Multi-Region Active-Passive Pattern

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”         β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚   Primary Region        β”‚         β”‚   Secondary Region      β”‚
β”‚                         β”‚         β”‚                         β”‚
β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚         β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚
β”‚ β”‚ Active K8s Cluster  β”‚ β”‚         β”‚ β”‚ Passive K8s Cluster β”‚ β”‚
β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚         β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”¬β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚
β”‚           β”‚             β”‚         β”‚           β”‚             β”‚
β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β–Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚         β”‚ β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β–Όβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚
β”‚ β”‚Database Primary     β”‚β—„β”œβ”€Sync/Async──Database Replica    β”‚ β”‚
β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚         β”‚ β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜         β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜
            β”‚                                   β–²
            β”‚                                   β”‚
            β”‚         β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”         β”‚
            └────────►│ Global Load   β”‚β—„β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜
                      β”‚ Balancer      β”‚
                      β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Recovery strategies:

  • Regular etcd snapshots with cross-region backup

  • GitOps-driven configuration ensures consistent redeployment

  • Stateful data replication with appropriate consistency models

  • DNS or global load balancer for traffic redirection


Cost Optimization Architecture

Cost-Efficient Node Design

β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”
β”‚                  Kubernetes Cluster                β”‚
β”‚                                                   β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”    β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚
β”‚  β”‚  System Node Pool  β”‚    β”‚  General Workload  β”‚ β”‚
β”‚  β”‚  (On-demand)       β”‚    β”‚  (Spot/Preemptible)β”‚ β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜    β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚
β”‚                                                   β”‚
β”‚  β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”    β”Œβ”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β” β”‚
β”‚  β”‚  Memory-Optimized  β”‚    β”‚  Compute-Optimized β”‚ β”‚
β”‚  β”‚  (Critical DBs)    β”‚    β”‚  (Batch Processing)β”‚ β”‚
β”‚  β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜    β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜ β”‚
β””β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”€β”˜

Cloud-specific recommendations:

  • AWS: Mix Spot Instances with On-Demand and Savings Plans

  • Azure: Use Spot VMs with AKS and Azure Reservations

  • GCP: Combine Spot VMs with Committed Use Discounts

Optimization techniques:

  • Cluster autoscaler with scale-down rules

  • Pod Priority and Preemption for critical workloads

  • Right-sizing deployments with VPA

  • Implement node auto-provisioning

  • Schedule non-critical batch jobs during off-peak hours


References

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