O que é Kubernetes?

Kubernetes é uma plataforma de código aberto para implantação, escalonamento e gerenciamento automatizado de aplicações conteinerizadas. Ela organiza contêineres em clusters e garante que os serviços funcionem de maneira confiável e eficiente. Com funcionalidades como balanceamento de carga, autocura e rollouts, o Kubernetes simplifica significativamente a operação de aplicações modernas.

O que é Kubernetes

Kubernetes (K8s) é um sistema open-source para orquestração de contêineres, originalmente desenvolvido pelo Google e atualmente administrado pela Cloud Native Computing Foundation (CNCF). Ele gerencia aplicações em contêineres em ambientes distribuídos, automatizando o início (ou reinício), escalonamento, monitoramento e substituição de contêineres conforme necessário.

A arquitetura, escrita na linguagem de programação Go, está estruturada em um master node e vários worker-nodes, com componentes diferentes, como o scheduler, responsáveis por tarefas administrativas centrais. Por meio de configurações declarativas (por exemplo, em arquivos YAML), define-se estados desejados que o Kubernetes assegura continuamente. A ferramenta tem como objetivo tanto o uso da nuvem quanto a implementação em computadores locais ou em data centers on-premises.

Como funciona o Kubernetes?

Kubernetes é um sistema de orquestração de contêineres. Isso significa que o software não tem como objetivo criar contêineres, mas sim gerenciá-los. Para isso, o Kubernetes aposta na automação de processos. Isso facilita para desenvolvedores testarem, manterem ou publicarem aplicações. A arquitetura do Kubernetes se compõe de uma hierarquia clara:

• Contêiner: um contêiner contém aplicações e ambientes de software.
• Pod: esta unidade na arquitetura do Kubernetes reúne contêineres que precisam trabalhar juntos para uma aplicação.
• Node: um ou mais pods do Kubernetes rodam em um node, que pode ser tanto uma máquina virtual quanto uma física.
• Cluster: vários nodes são agrupados em um cluster do Kubernetes.

Além disso, a arquitetura do Kubernetes baseia-se no princípio de master e worker nodes. Como worker nodes, ou seja, as partes controladas do sistema, são usados os nodes descritos. Eles estão sob a gestão e controle do node master do Kubernetes.

Entre as tarefas de um master está, por exemplo, distribuir pods nos nodes. Por meio da monitorização constante, o master pode intervir assim que um node falhar, duplicando-o imediatamente para compensar a falha. O estado atual é sempre comparado com um estado desejado e ajustado conforme necessário. Esses processos ocorrem automaticamente. O master também é o ponto de acesso para administradores, que podem orquestrar os contêineres por meio dele.

Nodes no Kubernetes

O worker node é um servidor físico ou virtual, onde um ou mais contêineres estão ativos. No node, há um ambiente de execução para os contêineres. Além disso, o chamado Kubelet está ativo. Trata-se de um componente que permite a comunicação com o master. O componente também inicia e para contêineres. Com o cAdvisor, o Kubelet possui um serviço que registra o uso de recursos, o que é interessante para análises. Por fim, existe o Kube-proxy, com o qual o sistema realiza load balancing e permite conexões de rede via TCP ou outros protocolos.

Master no Kubernetes

O master também é um servidor. Para garantir o controle e a monitorização dos nodes, o controller manager é executado no master. Esse componente, por sua vez, une vários processos em si:

• O node controller monitora os nodes e reage quando um deles falha.
• O replication controller garante que sempre haja o número desejado de pods em execução simultânea. Em configurações modernas, ele é amplamente substituído por ReplicaSets, que geralmente são geridos por meio de deployments.
• O endpoints controller é responsável pelo objeto endpoint, que cuida da conexão entre services e pods.
• Service account e token controller gerenciam o namespace e criam tokens de acesso ao API.

Além do controller manager, uma base de dados chamada etcd é executada. Nesse banco de dados chave-valor, a configuração do cluster, pelo qual o master é responsável, é armazenada. Com o componente scheduler, o master pode automatizar a distribuição de pods nos nodes. A conexão com o node é feita pelo servidor API integrado no master. Este fornece uma interface REST e troca informações com o cluster por meio de JSON. Por exemplo, dessa maneira, os diferentes controladores também poderiam acessar os nodes.

Kubernetes e Docker: concorrentes?

A competição Kubernetes vs. Docker de quem performa melhor não é uma questão, pois os dois programas são usados juntos. Docker (ou outra plataforma de container como rkt) também é responsável por criar e executar containers no Kubernetes. O Kubernetes acessa esses containers e assume a orquestração ou a automação de processos. Kubernetes sozinho não pode realizar a criação de containers.

Uma competição existe, no máximo, com o Docker Swarm. Trata-se de uma ferramenta para orquestração de Docker. Esta ferramenta também trabalha com clusters e oferece funcionalidades semelhantes ao Kubernetes.

Vantagens do Kubernetes

O Kubernetes impressiona com uma variedade de benefícios que melhoram tanto a escalabilidade quanto a segurança operacional e a eficiência.

✓ Escalonamento automatizado: para economizar custos, o Kubernetes pode utilizar recursos de forma perfeita. Em vez de deixar máquinas não necessárias em funcionamento, o Kubernetes pode liberar esses recursos e usá-los para outras tarefas ou simplesmente não utilizá-los, o que pode economizar custos.

✓ Alta disponibilidade: por meio de replicação e recuperação automática, o Kubernetes garante que as aplicações continuem a funcionar mesmo em caso de falhas ou falhas de componentes individuais.

✓ Orquestração eficiente de recursos: pods e containers são distribuídos de forma inteligente nos nós disponíveis, o que otimiza o uso da capacidade de processamento.

✓ Implantação e reversão simples: novas versões de aplicações podem ser distribuídas com esforço mínimo. Se necessário, também é possível reverter rapidamente para versões anteriores.

✓ Independência de plataforma: o Kubernetes funciona em servidores locais, na nuvem ou em uma nuvem híbrida; os workloads permanecem portáteis.

✓ Descoberta de serviço e load balacing: o Kubernetes detecta automaticamente serviços dentro do cluster e distribui o tráfego de forma equilibrada, sem necessidade de balanceadores de carga externos.

✓ Gerenciamento eficiente com o uso de APIs: por meio de um API central, todos os componentes do cluster podem ser gerenciados e automatizados, inclusive por ferramentas externas e pipelines CI/CD.

Para que serve o Kubernetes

Kubernetes é especialmente adequado quando aplicações são operadas em contêineres e uma infraestrutura escalável e altamente disponível é necessária. Além disso, os seguintes casos de uso podem ser identificados:

• Arquiteturas de microsserviços: na prática, o K8s é frequentemente usado para operar arquiteturas de microsserviços, nas quais muitos pequenos serviços são desenvolvidos, testados e atualizados de forma independente. As empresas utilizam o Kubernetes para automatizar ambientes de desenvolvimento e produção e responder mais rapidamente a novas demandas.
• CI/CD: Kubernetes também é utilizado no campo da integração contínua e implantação contínua, pois permite automatizar implementações e gerenciar versões de forma eficiente.
• Multi cloud e hybrid cloud: em estratégias de multi cloud ou hybrid cloud, o Kubernetes é usado para disponibilizar cargas de trabalho de forma independente de plataforma e se mover de maneira flexível entre diferentes provedores de nuvem ou data centers.
• Big data: além disso, o Kubernetes também é adequado para projetos de big data e machine learning, nos quais muitos contêineres de curta duração são executados em paralelo.
• Grandes plataformas: Kubernetes é indispensável para grandes plataformas com um alto número de usuários, a fim de gerenciar automaticamente picos de tráfego e garantir a resiliência contra falhas.