Desvelando la arquitectura de Kubernetes: Conceptos y buenas prácticas

Introducción a Kubernetes

Kubernetes es una plataforma que automatiza la gestión, el despliegue y el escalado de aplicaciones en contenedores. Este software de código abierto fue diseñado por Google, pero ahora lo mantiene CNCF. Muchas organizaciones eligen este software porque Kubernetes es el método más eficaz y potente de mantenimiento de contenedores. 

Conceptos básicos y terminología

Para entender los fundamentos de Kubernetes, empecemos por explorar la terminología principal y los conceptos básicos.

Lo primero que hay que entender es Pod. Este término se utiliza para denominar la unidad de despliegue más pequeña. Caracteriza la instancia del proceso en ejecución. Los pods proporcionan volúmenes de almacenamiento y también los datos de configuración necesarios para ejecutar los contenedores en el pod específico.

Otra cosa importante que hay que conocer en Kubernetes son los ReplicaSets. Estos conjuntos garantizan que un cierto número de copias de pods y están funcionando en cualquier momento específico. En caso de terminación o fallo del pod, el ReplicaSet hará una réplica automática para reemplazar la terminada.

Las abstracciones de nivel superior se denominan despliegues. Proporcionan rollbacks y rolling updates para la aplicación. Ayudan a definir el estado de la aplicación y el software determina todos los detalles necesarios para alcanzar el estado.

Con los servicios, se expone la aplicación a otras personas o incluso a otros pods. Los servicios funcionan como un equilibrador de carga que divide el tráfico y lo envía a los pods necesarios.

Aquí se mencionaron sólo un par de términos importantes de Kubernetes, por supuesto, hay mucho más que aprender y explorar sobre este tema. 

Ventajas de aprovechar Kubernetes

Utilizar Kubernetes para la orquestación de contenedores tiene muchas ventajas. Para no abrumarte con todos los detalles, vamos a hablar solo de las principales ventajas, que son las siguientes:

• Disponibilidad. Con el uso de Kubernetes, es posible hacer que las aplicaciones estén altamente disponibles debido a un par de procesos automatizados, como el reinicio de los pods fallidos o la reprogramación en nodos sanos. También garantiza que la aplicación no tendrá un tiempo de inactividad durante el despliegue de la nueva versión, debido a los rollbacks y rolling updates.
• Escalabilidad. Es muy fácil escalar la aplicación con Kubernetes, y eso es posible eliminando o añadiendo pods según sea necesario. Además de esto, es posible utilizar el auto-escalado que se determina de acuerdo a características tales como la utilización de la CPU, por ejemplo.
• Portabilidad. Con Kubernetes, los usuarios tienen acceso a una plataforma portable para la gestión y despliegue de aplicaciones. Puede funcionar en diferentes entornos como nubes públicas, centros de datos y configuraciones híbridas. Además, la portabilidad permite mover las aplicaciones entre varias plataformas.
• Eficiencia del recurso. La optimización del recurso está en el empaquetamiento de varios pods en cada nodo. También es posible utilizar funciones como la limitación de los recursos y las solicitudes para controlar cuánta memoria y CPU puede utilizar cada pod.

Todas estas ventajas de Kubernetes demuestran lo útil que es este software para la modernización de la infraestructura de aplicaciones. Puede ser utilizado por muchas empresas que buscan activamente este tipo de métodos.  

Deconstrucción de Kubernetes: Su arquitectura y componentes básicos

He aquí un par de elementos que pueden ayudar a comprender el funcionamiento de Kubernetes. El primer componente importante es el nodo maestro. Este tipo de nodo se utiliza para el control general del sistema y la gestión del clúster. El nodo maestro consta de varios elementos básicos, como un gestor de controladores, un servidor API y un planificador.

La siguiente parte inseparable de la arquitectura Kubernetes es el nodo trabajador. Estos nodos se encargan de finalizar las tareas enviadas a los nodos trabajadores por el nodo maestro. Cada uno de estos nodos ejecuta un tiempo de ejecución de contenedor para gestionar la ejecución de los contenedores.

Otro elemento importante de Kubernetes es Kubelet. Se trata de un agente específico que funciona en el nodo trabajador y se encarga de gestionar los contenedores y pods del nodo. Kubelet interactúa con el nodo maestro para el reenvío del estado del nodo y la recepción de instrucciones.

etcd es un valor que almacena los datos de configuración de un clúster. Ayuda a la correcta sincronización y coordinación que se produce entre los nodos worker y master.

Estos son sólo algunos elementos que se encuentran en la arquitectura de Kubernetes. Sin embargo, es de crucial importancia conocerlos y entender cómo interactúan dentro del sistema. 

Despliegue de aplicaciones

En términos generales, el despliegue de la aplicación consiste en pasos como la especificación del estado necesario de la aplicación, tras lo cual Kubernetes intenta alcanzar dicho estado. El despliegue de la aplicación puede ser diferente dependiendo de las preferencias y requisitos de los usuarios.

El objeto de despliegue en Kubernetes especifica el estado necesario y todo funciona de forma que se alcance el estado deseado. De este modo, los usuarios no necesitan desplegar y actualizar manualmente las aplicaciones. Eso ahorrará mucho tiempo y puede excluir el error del factor humano.

Las estrategias básicas que están disponibles fuera de la caja son "rolling update" y "recrear". Si algo no le funciona con las opciones estándar, puede personalizarlo fácilmente con las siguientes estrategias de despliegue, como los despliegues canario, verde y azul.

Un ReplicaSet es un objeto que se encarga del funcionamiento de varias instancias de un pod y de garantizar que un número determinado de pods está funcionando en todo momento. Su propósito es garantizar que las aplicaciones que funcionan en los pods no tengan tiempos de inactividad y dispongan de todos los recursos necesarios. Es especialmente crucial en caso de que uno o varios pods fallen. En caso de fallo, ReplicaSet crea una nueva instancia del pod. El sistema comprueba periódicamente si el número de instancias en ejecución no coincide con un número determinado, por lo que crea inmediatamente otra instancia. En caso de que haya una de más, el sistema elimina esta innecesaria. Deployment es el estándar de alto nivel que gestiona los ReplicaSets y ayuda con las actualizaciones declarativas y muchas otras funciones. Todas las instrucciones recomiendan que los usuarios no trabajen directamente con ReplicaSets.

Otra gran opción es Helm. Este gestor de paquetes ayuda a definir la aplicación como un conjunto de gráficos o componentes versionados y reutilizables. Estos gráficos son extremadamente convenientes debido a la posibilidad de distribuir y empaquetar aplicaciones. En general, son fáciles de instalar y compartir en cualquier clúster.

Además, los usuarios disponen de variantes de uso de DaemonSets para ejecutar la copia de un pod, StatefulSets para el despliegue de stateful apps, y Jobs. Esta variabilidad de opciones flexibles puede adaptarse a los distintos requisitos de las aplicaciones.   

Gestión de aplicaciones

La principal ventaja de Kubernetes es la posibilidad de escalar las aplicaciones horizontalmente. Esto significa que los usuarios pueden eliminar y añadir réplicas de pods para correlacionarlas con las demandas existentes. Hay un par de mecanismos disponibles en Kubernetes para gestionar y escalar aplicaciones de la manera más eficaz.

Es posible ajustar todo manualmente modificando el recuento de réplicas. Por ejemplo, en caso de que un usuario tenga un despliegue con 4 réplicas y planee escalarlo a 6, puede hacerlo fácilmente cambiando el número de réplicas, y se crearán las réplicas adicionales.

Además, hay una gran opción de auto-escalado, que cambia automáticamente el número de réplicas en función de datos como la utilización de la CPU. Los usuarios pueden gestionar fácilmente el autoescalado especificando el número máximo o mínimo de réplicas y la utilización objetivo. De este modo, Kubernetes detectará los datos y escalará las aplicaciones en función de estas métricas.

A excepción de la opción de escalado, los usuarios pueden probar diferentes características y herramientas para la gestión del proceso. La forma más sencilla de gestionar es utilizando selectores y etiquetas para agrupar los recursos. Para la gestión de información sensible, se recomiendan los secretos y configMaps. 

Supervisión y resolución de problemas en Kubernetes

Esta plataforma de orquestación de contenedores da prioridad a la solución de problemas y la supervisión, ya que es muy importante para mejorar el rendimiento y la salud de las aplicaciones. Con Kubernetes, los usuarios pueden disfrutar del uso de varias herramientas que ayudan a depurar y supervisar eficazmente las aplicaciones.

Una de las principales herramientas es kubectl. Esta línea de comandos es útil para la detección de la visualización de los registros, la inspección del estado del clúster, y la realización de comandos dentro de los contenedores. Con esta herramienta, los usuarios pueden recopilar datos sobre la aplicación y, de este modo, diagnosticar los problemas.

Además, Kubernetes está integrado con varias soluciones de monitorización impresionantes como Elasticsearch y Prometheus. Estas herramientas son beneficiosas para el análisis avanzado, de modo que los usuarios pueden visualizar/recopilar datos, configurar las alertas y, por supuesto, solucionar los problemas de rendimiento.

En cuanto a los métodos de comprobación del estado de las aplicaciones, Kubernetes ofrece opciones como las sondas de disponibilidad y las sondas de actividad. Las sondas de disponibilidad se encargan de detectar si la aplicación está lista para la aceptación del tráfico, y las sondas de actividad detectan si la aplicación funciona correctamente. 

Resumen: Principales conclusiones

Uno de los softwares de orquestación de contenedores más potentes es Kubernetes. Este contenedor de aplicaciones proporciona gestión, despliegue y escalado. Con la variabilidad de funciones disponibles, esta solución de contenedores se convierte en una variante perfecta para las empresas que adoptan la computación nativa en la nube.

En el artículo, hemos analizado la solución de problemas de monitorización, la gestión y el despliegue de aplicaciones, la arquitectura de Kubernetes y algunas de sus principales ventajas. Además, hemos compartido algunos términos útiles para principiantes.   

Una vez que hayas comprendido los principales conceptos y principios de funcionamiento de Kubernetes, puedes profundizar en el tema y explorar información más específica. Experimentar con la impresionante plataforma desbloqueará mucho potencial tanto para principiantes como para usuarios experimentados.