En el panorama digital actual en rápida evolución, comprender Kubernetes se ha vuelto esencial para cualquier persona involucrada en el mundo del desarrollo de software y las operaciones de TI. Kubernetes, a menudo abreviado como K8, es una plataforma de código abierto diseñada para automatizar la implementación, el escalado y la operación de contenedores de aplicaciones . Su ascenso a la prominencia no es solo una tendencia, sino un cambio significativo en la forma en que se implementan y administran las aplicaciones a escala.
Por qué es importante comprender Kubernetes
Para los principiantes, Kubernetes puede parecer desalentador; su ecosistema es vasto y su funcionalidad es compleja. Sin embargo, sumergirse en Kubernetes es más que un ejercicio técnico: es un paso necesario para quienes buscan mantenerse a la vanguardia en la industria tecnológica. Ya sea desarrollador, administrador de sistemas o alguien curioso acerca de la orquestación de contenedores , comprender Kubernetes abre las puertas a tecnologías modernas nativas de la nube.
La importancia de Kubernetes surge de su capacidad para agilizar los procesos de implementación, mejorar la escalabilidad y mejorar la confiabilidad y eficiencia de las aplicaciones. No se trata sólo de gestionar contenedores; se trata de adoptar un nuevo paradigma en la implementación y gestión de aplicaciones. Con empresas de todos los tamaños adoptando Kubernetes, el conocimiento de esta plataforma se está convirtiendo en una habilidad clave en muchas funciones de TI.
En este artículo, se explora los fundamentos de Kubernetes: cómo funciona, sus componentes principales y por qué se ha convertido en una herramienta indispensable en la implementación de software moderna. Ya sea que esté comenzando desde cero o buscando solidificar su comprensión, esta descripción general le brindará la información que necesita para comprender los conceptos básicos de Kubernetes.
Conceptos básicos de Kubernetes
¿Qué es Kubernetes?
Kubernetes es una plataforma de código abierto diseñada para automatizar la implementación, el escalado y la operación de contenedores de aplicaciones. Fue desarrollado originalmente por Google y ahora lo mantiene la Cloud Native Computing Foundation .
Definición y propósito
En esencia, Kubernetes es un sistema de orquestación de contenedores. Gestiona el ciclo de vida de aplicaciones y servicios en contenedores, garantizando que se ejecuten de manera eficiente y confiable. El objetivo principal de Kubernetes es facilitar tanto la configuración declarativa como la automatización de los servicios de aplicaciones. Simplifica el proceso de gestión de aplicaciones complejas en contenedores, lo que facilita la implementación y escalamiento de aplicaciones en varios entornos.
La evolución de Kubernetes
Kubernetes ha evolucionado significativamente desde sus inicios. Nació de la experiencia de Google ejecutando cargas de trabajo de producción a escala con un sistema Borg . Esta evolución refleja la creciente necesidad de soluciones de orquestación de contenedores escalables y resilientes en la industria.
Conceptos clave
Contenedores y orquestación de contenedores
Los contenedores son paquetes livianos e independientes que contienen todo lo necesario para ejecutar un software, incluido el código, el tiempo de ejecución, las herramientas del sistema, las bibliotecas y la configuración. La orquestación de contenedores es el proceso de automatizar la implementación, la administración, el escalado, la creación de redes y la disponibilidad de aplicaciones basadas en contenedores.
Nodos y clústeres
Un clúster de Kubernetes consta de al menos un nodo maestro y varios nodos trabajadores. Los nodos son máquinas (VM o servidores físicos) que ejecutan aplicaciones y cargas de trabajo como contenedores. Un clúster es un conjunto de nodos que trabajan juntos para ejecutar aplicaciones en contenedores.
Pods y servicios
Un pod es la unidad implementable más pequeña en Kubernetes y a menudo contiene uno o más contenedores. Los servicios en Kubernetes son una abstracción que define un conjunto lógico de pods y una política para acceder a ellos, a menudo a través de una red.
Componentes de Kubernetes
Kubernetes es un sistema complejo compuesto por varios componentes que trabajan en armonía para proporcionar un método perfecto para implementar y administrar aplicaciones en contenedores. Comprender estos componentes es crucial para cualquiera que desee utilizar Kubernetes de forma eficaz.
Nodo maestro
El Master Node es el corazón de la arquitectura de Kubernetes, responsable de la gestión global del cluster. Toma decisiones sobre el clúster (como programar aplicaciones), detectando y respondiendo a eventos del clúster (como iniciar un nuevo pod cuando el campo de réplicas de una implementación no está satisfecho).
Descripción general del plano de control
El plano de control es una colección de procesos que controlan los nodos de Kubernetes. Aquí es donde se originan todas las asignaciones de tareas. Incluye los componentes de espacio de nombres Kubernetes Master y kube-system que se ejecutan en el nodo maestro. La función principal del Plano de control es mantener el estado deseado del clúster, según lo definido por la API de Kubernetes.
Servidor API, programador y administrador de controladores
Nodos trabajadores
Los nodos trabajadores ejecutan las aplicaciones y cargas de trabajo. Cada nodo trabajador incluye los servicios necesarios para gestionar el ciclo de vida de los Pods, gestionados por el plano de control. Un clúster de Kubernetes suele tener varios nodos trabajadores.
Comprensión de los agentes de nodo
Los agentes de nodo, o " Kubelets ", son agentes que se ejecutan en cada nodo del clúster. Garantizan que los contenedores se estén ejecutando en un Pod y se comuniquen con el Nodo Maestro, informando sobre el estado del host en el que se está ejecutando.
Tiempo de ejecución de contenedor (acoplador)
Container Runtime es el software responsable de ejecutar contenedores. Kubernetes es compatible con varios tiempos de ejecución, incluidos contenedores, CRI-O e IE. 'Containerd es el Container Runtime que usa Docker .
Implementación de aplicaciones en Kubernetes
La implementación de aplicaciones en Kubernetes es un proceso estructurado y sistemático que involucra varios conceptos y herramientas clave. Comprender estos elementos es crucial para implementar aplicaciones eficientes y escalables.
Creando implementaciones
Las implementaciones son uno de los métodos más comunes para implementar aplicaciones en Kubernetes. Describen el estado deseado de una aplicación, como qué imágenes usar, cuántas réplicas de la aplicación deben ejecutarse y cómo deben implementarse las actualizaciones. Las implementaciones se gestionan a través de la API declarativa de Kubernetes, que permite a los usuarios especificar el estado deseado y el sistema trabaja para mantener ese estado.
Comprensión de los pods y los conjuntos de réplicas
Archivos de configuración YAML
Los objetos de Kubernetes a menudo se definen y administran mediante archivos de configuración YAML . Estos archivos proporcionan una plantilla para crear los componentes necesarios, como implementaciones, servicios y pods. Un archivo YAML típico para una implementación de Kubernetes incluye especificaciones como la cantidad de réplicas, imágenes de contenedores, solicitudes de recursos y límites.
Aplicaciones de escala
El escalado es un aspecto crítico de la implementación de aplicaciones, ya que garantiza que las aplicaciones puedan manejar cargas variables de manera eficiente.
Escalado automático
Kubernetes también admite el escalado automático, donde la cantidad de réplicas de pods en una implementación se puede ajustar automáticamente según el uso de la CPU u otras métricas seleccionadas. Esto se logra a través del escalador automático de pods horizontal, que monitorea la carga y aumenta o reduce automáticamente el número de réplicas de pods.
Descubrimiento de servicios y equilibrio de carga en Kubernetes
En Kubernetes, el descubrimiento de servicios y el equilibrio de carga son fundamentales para dirigir el tráfico y garantizar que las aplicaciones sean accesibles y eficientes. Comprender estos conceptos es clave para gestionar las aplicaciones de Kubernetes de forma eficaz.
Servicios en Kubernetes
Los servicios en Kubernetes son una abstracción que define un conjunto lógico de Pods y una política para acceder a ellos. Los servicios permiten un acoplamiento flexible entre Pods dependientes. Existen varios tipos de Servicios en Kubernetes:
Cómo funcionan los servicios
Los servicios en Kubernetes funcionan monitoreando constantemente qué Pods están en buen estado y listos para recibir tráfico. Dirigen las solicitudes a los Pods apropiados, garantizando así una alta disponibilidad y una distribución de carga efectiva.
Controladores de ingreso
Los controladores de ingreso en Kubernetes se utilizan para enrutar el tráfico HTTP/HTTPS externo a los servicios dentro del clúster. Proporcionan capacidades avanzadas de enrutamiento de tráfico y son responsables de manejar el ingreso, que es el punto de entrada del tráfico externo al clúster de Kubernetes.
Enrutamiento del tráfico a servicios
El enrutamiento del tráfico en Kubernetes se maneja principalmente a través de servicios y controladores de ingreso. Los servicios gestionan el tráfico interno, mientras que los controladores de ingreso gestionan el tráfico externo.
Terminación TLS
La terminación TLS se refiere al proceso de terminar la conexión TLS en el nivel del controlador de ingreso o del equilibrador de carga. Descarga el proceso de descifrado SSL de los Pods de la aplicación, lo que permite que el controlador de ingreso o el equilibrador de carga maneje el cifrado y descifrado TLS.
Redes de Kubernetes
Comprender las redes en Kubernetes es crucial para garantizar una comunicación eficiente entre contenedores, pods y servicios externos. Las redes de Kubernetes abordan cuatro requisitos principales: comunicación de contenedor a contenedor, comunicación de pod a pod, comunicación de pod a servicio y comunicación de externo a servicio. Para obtener más información sobre Kubernetes Networking, consulte nuestro documento técnico " Profundización en Kubernetes Networking ".
Redes de contenedores
En Kubernetes, a cada Pod se le asigna una dirección IP única. Los contenedores dentro de un Pod comparten el mismo espacio de nombres de red, lo que significa que pueden comunicarse entre sí mediante localhost . Este enfoque simplifica la comunicación de contenedores y la gestión portuaria.
Comunicación de pod a pod
Los pods necesitan comunicarse entre sí , a menudo a través de diferentes nodos. Kubernetes garantiza que esta comunicación sea fluida, sin necesidad de NAT. El modelo de red de Kubernetes dicta que cada Pod debería poder comunicarse con todos los demás Pod del clúster utilizando sus direcciones IP.
Políticas de red
Las políticas de red en Kubernetes le permiten controlar el tráfico entre pods. Son cruciales para imponer un entorno seguro al especificar qué pods pueden comunicarse entre sí y con otros puntos finales de la red.
Redes de clústeres
Para la creación de redes en todo el clúster , Kubernetes admite varias soluciones de red como franela, Calico y Weave. Cada uno de estos ofrece diferentes características y capacidades:
Estos complementos de red son responsables de implementar el modelo de red de Kubernetes y garantizar que los pods puedan comunicarse entre sí de manera eficiente.
Desafíos y soluciones de networking
Las redes de Kubernetes pueden presentar desafíos como garantizar la seguridad de la red, administrar topologías de red complejas y manejar la comunicación entre nodos. Soluciones como políticas de red, mallas de servicios y elegir el complemento de red adecuado pueden ayudar a mitigar estos desafíos, garantizando una red sólida y segura dentro del entorno de Kubernetes.
Gestión del almacenamiento en Kubernetes
La gestión eficaz del almacenamiento es un componente fundamental de Kubernetes, que permite a las aplicaciones almacenar y gestionar datos de forma eficiente. Kubernetes ofrece varias opciones de almacenamiento, lo que garantiza la persistencia y coherencia de los datos en los reinicios e implementaciones de contenedores.
Volúmenes y almacenamiento persistente
En Kubernetes, un volumen es un directorio, posiblemente con algunos datos, al que pueden acceder los contenedores de un pod. Los volúmenes resuelven el problema de la persistencia de datos en contenedores , que de otro modo son efímeros por naturaleza. Cuando un contenedor se reinicia o se reemplaza, los datos se retienen y se vuelven a adjuntar al nuevo contenedor, lo que garantiza la persistencia de los datos. Para obtener más información, consulte la documentación oficial de Kubernetes sobre almacenamiento.
Comprender los tipos de volumen
Kubernetes admite varios tipos de volúmenes:
Cada tipo sirve para diferentes casos de uso, desde espacio temporal temporal hasta almacenamiento persistente a largo plazo.
Persistencia de datos en contenedores
La persistencia de los datos es clave en entornos en contenedores. Los volúmenes persistentes (PV) y las reclamaciones de volumen persistente (PVC) son recursos de Kubernetes que permiten que los datos persistan más allá del ciclo de vida de un solo pod, lo que garantiza que los datos no se pierdan cuando se ciclan los pods.
Clases de almacenamiento
StorageClasses en Kubernetes permite a los administradores definir diferentes clases de almacenamiento, cada una con su propio nivel de servicio, política de respaldo o tipo de disco. Esta abstracción permite a los usuarios solicitar un determinado tipo de almacenamiento sin necesidad de conocer los detalles de la infraestructura subyacente.
Aprovisionamiento y Gestión
El aprovisionamiento de almacenamiento en Kubernetes puede ser estático o dinámico:
El aprovisionamiento dinámico es particularmente útil en entornos de gran escala donde la gestión de volúmenes de almacenamiento individuales y reclamaciones puede resultar engorrosa.
Alta disponibilidad y tolerancia a fallos en Kubernetes
Kubernetes está diseñado para ofrecer alta disponibilidad y tolerancia a fallas para aplicaciones que se ejecutan en un clúster, lo que lo convierte en una plataforma ideal para aplicaciones de misión crítica. Estas características se logran mediante una combinación de replicación, mecanismos de autorreparación y gestión automatizada de aplicaciones en contenedores.
Controladores de replicación
Los ReplicationControllers son componentes clave en Kubernetes que garantizan que se ejecute una cantidad específica de réplicas de pods en un momento dado. Esto no solo ayuda a proporcionar alta disponibilidad, sino que también ayuda a equilibrar y escalar la carga. Si un pod falla, el controlador de replicación lo reemplaza, lo que garantiza que siempre se mantenga la cantidad deseada de pods.
Garantizar la redundancia
La redundancia es un aspecto fundamental de la alta disponibilidad. Kubernetes logra redundancia ejecutando múltiples instancias de una aplicación (pods), generalmente en diferentes nodos. Este enfoque garantiza que si una instancia falla, otras instancias puedan continuar atendiendo las solicitudes de los usuarios, minimizando el tiempo de inactividad.
Manejo de fallas
Kubernetes está diseñado para manejar fallas con elegancia. Supervisa continuamente el estado de los nodos y pods. Si un nodo o pod falla, Kubernetes reprograma automáticamente los pods en nodos en buen estado, lo que garantiza que la aplicación permanezca disponible y accesible.
Autosanación
La autorreparación es una de las características más poderosas de Kubernetes. Reemplaza o reinicia automáticamente los contenedores que fallan: reprograma los contenedores cuando los nodos mueren, elimina los contenedores que no responden a las comprobaciones de estado definidas por el usuario y no los anuncia a los clientes hasta que estén listos para funcionar.
Reinicio automático del contenedor
La capacidad de Kubernetes para reiniciar automáticamente los contenedores que fallaron es crucial para mantener la continuidad de las aplicaciones. Esto lo gestiona el kubelet en cada nodo, que realiza un seguimiento de los contenedores que se ejecutan en el nodo y los reinicia si fallan.
Resiliencia en Kubernetes
La resiliencia en Kubernetes no se trata solo de mantener las aplicaciones en funcionamiento, sino también de mantener sus niveles de rendimiento. Esto implica estrategias como actualizaciones continuas e implementaciones canary, que permiten actualizaciones y cambios sin tiempo de inactividad ni interrupción del servicio.
Monitoreo y registro en Kubernetes
El monitoreo y el registro efectivos son esenciales para mantener la salud y el rendimiento de las aplicaciones que se ejecutan en Kubernetes. Proporcionan información sobre los aspectos operativos de las aplicaciones y los clústeres de Kubernetes, lo que permite una rápida identificación y resolución de problemas.
Herramientas de monitoreo de Kubernetes
Kubernetes ofrece varias herramientas de monitoreo que brindan visibilidad integral tanto del estado del clúster como de las aplicaciones que se ejecutan en él:
cAdvisor : integrado en Kubelet, proporciona a los usuarios de contenedores una comprensión del uso de recursos y las características de rendimiento de sus contenedores en ejecución.
Información sobre la aplicación
Obtener información sobre las aplicaciones que se ejecutan en Kubernetes implica monitorear métricas clave como los tiempos de respuesta, las tasas de error y la utilización de recursos. Estas métricas ayudan a comprender el rendimiento y el estado de las aplicaciones y a tomar decisiones informadas para el escalado y la gestión.
Mejores prácticas de registro
Las prácticas de registro efectivas en Kubernetes son cruciales para solucionar problemas y comprender el comportamiento de las aplicaciones. Las mejores prácticas incluyen:
Registro centralizado
En un entorno distribuido como Kubernetes, el registro centralizado es esencial. Implica recopilar registros de todos los contenedores y nodos y almacenarlos en una ubicación central. Para este propósito se utilizan comúnmente herramientas como ELK Stack (Elasticsearch, Logstash y Kibana) o EFK Stack (Elasticsearch, Fluentd, Kibana). El registro centralizado facilita la búsqueda y el análisis de registros en todo el clúster, proporcionando una vista unificada de los registros.
Seguridad en Kubernetes
La seguridad es primordial en el ámbito de Kubernetes, ya que se trata de sistemas distribuidos complejos que a menudo ejecutan cargas de trabajo críticas. Kubernetes proporciona varios mecanismos para mejorar la seguridad de las aplicaciones y del clúster. Las plataformas de seguridad de contenedores como Neuvector de SUSE son extremadamente importantes.
Control de acceso basado en roles (RBAC)
El control de acceso basado en roles (RBAC) en Kubernetes es un método para regular el acceso a recursos informáticos o de red en función de los roles de los usuarios individuales dentro de una empresa. RBAC permite a los administradores definir roles con permisos específicos y asignarlos a usuarios, grupos o cuentas de servicio. Esto garantiza que sólo los usuarios y aplicaciones autorizados tengan acceso a determinados recursos.
Gestión de cuentas de usuarios y servicios
En Kubernetes, las cuentas de usuario son para humanos, mientras que las cuentas de servicio son para procesos en pods. Administrar estas cuentas implica crear y asignar permisos apropiados para garantizar derechos de acceso mínimos basados en el principio de privilegio mínimo.
Políticas de autorización
Kubernetes admite varios tipos de políticas de autorización, como Node, ABAC, RBAC y Webhook. Estas políticas controlan quién puede acceder a la API de Kubernetes y qué operaciones pueden realizar en diferentes recursos.
Estándares de seguridad del módulo
Los estándares de seguridad de pods (PSS) son un conjunto de configuraciones predefinidas para pods de Kubernetes que proporcionan diferentes niveles de seguridad. Estos estándares son parte de Kubernetes, una popular plataforma de código abierto para automatizar la implementación, el escalado y la gestión de aplicaciones en contenedores. PSS está diseñado para proporcionar un marco claro para proteger los pods en un entorno de Kubernetes.
Los estándares de seguridad del Pod se dividen en varios niveles y, por lo general, incluyen:
Cada uno de estos niveles incluye un conjunto de políticas y configuraciones que controlan aspectos de la seguridad del pod, como:
El propósito de los Estándares de seguridad de Pod es facilitar a los administradores y desarrolladores la aplicación de prácticas de seguridad consistentes en todas las aplicaciones en un entorno de Kubernetes. Al adherirse a estos estándares, las organizaciones pueden ayudar a garantizar que sus aplicaciones en contenedores se implementen de manera segura y conforme.
Controlar el comportamiento del pod
Controlar el comportamiento de los pods implica restringir lo que pueden hacer los pods y a qué recursos pueden acceder. Esto incluye administrar el uso de recursos, limitar el acceso a la red y controlar el uso de volúmenes y sistemas de archivos.
Seguridad a nivel de pod
La seguridad a nivel de pod se puede mejorar mediante:
Tendencias futuras y conclusión
El futuro de Kubernetes
Kubernetes evoluciona continuamente y se centra principalmente en mejorar sus funciones de seguridad. Las tendencias futuras pueden incluir políticas de seguridad automatizadas más sólidas, capacidades de cifrado mejoradas y herramientas mejoradas de cumplimiento y gobernanza.
Pensamientos finales y próximos pasos para principiantes
Para los principiantes, el viaje hacia Kubernetes puede comenzar con la comprensión de los conceptos básicos y avanzar gradualmente hacia prácticas de seguridad más complejas. Es esencial mantenerse actualizado con las últimas versiones y recomendaciones de seguridad de Kubernetes.
Póngase en contacto con SUSE para obtener ayuda
Para obtener soporte y orientación adicionales, comunicarse con los expertos de SUSE puede proporcionar información y asistencia valiosas para navegar por el panorama de Kubernetes y garantizar una implementación segura y eficiente.