Almacenamiento persistente para contenedores en Kubernetes: estrategias para cargas stateful en entornos cloud-native 

El almacenamiento persistente para contenedores es la capa de almacenamiento que conserva los datos de las aplicaciones más allá del ciclo de vida de un pod en Kubernetes, permitiendo ejecutar cargas stateful como bases de datos, sistemas de mensajería o motores de analítica y ayudando a reducir el riesgo de pérdida de información. A medida que las empresas trasladan aplicaciones críticas a entornos cloud-native, contar con una arquitectura de almacenamiento persistente y robusta deja de ser opcional para convertirse en un requisito estratégico. El contexto refuerza esta urgencia: según las previsiones de IDC, el volumen global de datos superará los 200 zettabytes en 2026, con tasas de crecimiento anual cercanas al 20%. El incremento de los datos supone más cargas que dependen de la persistencia y, por tanto, más presión sobre las arquitecturas que deben soportarlas. Por tanto, la conclusión es clara, a más datos mayor necesidad de contar con arquitecturas de almacenamiento persistentes y robustas, basadas en Kubernetes y capaces de soportar cargas stateful sin pérdida de información.

¿Por qué Kubernetes y qué es el almacenamiento persistente para contenedores?

Kubernetes es un estándar de código abierto para la orquestación de contenedores desarrollado originalmente por Google. Es decir, ayuda a las empresas a desplegar sus aplicaciones de forma más rápida, flexible y eficiente, independientemente de si se ejecutan en centros de datos, la nube pública o entornos de nube híbrida. Esta tecnología facilita el escalado automático, la recuperación ante desastres, la actualización de servicios o la organización del almacenamiento.

El problema es que su adopción estuvo inicialmente muy ligada a aplicaciones denominadas stateless, es decir aquellas en las que los datos no necesitaban guardarse de forma persistente más allá del ciclo de vida del contenedor. Hoy, sin embargo, la situación ha cambiado y las empresas necesitan ejecutar numerosas aplicaciones críticas (por ejemplo, sistemas de mensajería, cachés o analítica avanzada) que sí dependen de la persistencia de los datos. A este tipo de aplicaciones se las denomina stateful porque dependen de datos persistentes que necesitan mantenerse de forma consistente, incluso si un contenedor o nodo falla.  

Aplicaciones stateful: cuando los datos importan

Las empresas trabajan con multitud de aplicaciones, cada una con sus funcionalidades y requisitos técnicos. Algunas de ellas pueden reiniciarse fácilmente, pero otras, (las conocidas como críticas) necesitan conservar siempre la información y se las conoce como stateful (con estado). La clave de este tipo de aplicaciones y modelos es, por tanto, el almacenamiento persistente, ya que, si no fuera así, cualquier reinicio o movimiento de un contenedor implicaría perder datos. Y esto haría significativamente más difícil ejecutar aplicaciones críticas en Kubernetes.

Por este motivo, para dar soporte a este tipo de cargas de trabajo y aplicaciones, Kubernetes dispone de un recurso específico llamado StatefulSets. Estas herramientas, a diferencia de los Deployments que están orientados a aplicaciones sin estado, permiten mantener una identidad única y estable para cada pod (o grupo de contenedores que comparten la misma red y los mismos recursos informáticos), ayudan a garantizar un despliegue ordenado y escalado y ayudan a asociar cada componente con su propio almacenamiento. De hecho, los StatefulSets son claves para ejecutar cargas de trabajo críticas como PostgreSQL, MySQL, MongoDB, Kafka, Redis o Elasticsearch, lo que ayuda a las empresas a simplificar la gestión de bases de datos en Kubernetes manteniendo el rendimiento y la disponibilidad.

¿Cuáles son los componentes clave del almacenamiento persistente en Kubernetes (K8s)?

Kubernetes, que admite tanto el aprovisionamiento estático como el dinámico, integra varios componentes clave para gestionar este tipo de almacenamiento. Por un lado, ofrece el PersistentVolume (PV), es decir un recurso de almacenamiento que existe de manera independiente a los pods, y el PersistentVolumeClaim (PVC), que es la solicitud que realiza una aplicación para consumir ese almacenamiento.

Por otro lado, Kubernetes trabaja con las StorageClass, que reducen la complejidad operativa, permiten definir diferentes clases de almacenamiento con parámetros específicos y habilitan el aprovisionamiento dinámico. Además, el estándar CSI (Container Storage Interface), impulsado por la CNCF, proporciona una interfaz común para los drivers de almacenamiento. Por último, Kubernetes ofrece también diferentes modos de acceso, como los de ReadWriteOnce (RWO), de lectura y escritura por un único nodo; ReadOnlyMany (ROX), que habilita múltiples nodos en modo solo lectura; y ReadWriteMany (RWX), que permite un acceso concurrente de lectura y escritura desde varios nodos.

¿Qué beneficios y qué retos tiene esta tecnología para las empresas?

La capacidad para ejecutar aplicaciones stateful en Kubernetes supone grandes ventajas para empresas e instituciones. Por ejemplo, gracias a esta tecnología, pueden apostar por la digitalización, trasladando sus bases de datos y sistemas tradicionales a entornos cloud-native sin tener que rediseñarlos completamente. Además, disponer de un almacenamiento persistente ayuda a garantizar que los datos no se pierdan si ocurre un desastre, mejorando la resiliencia y continuidad del negocio.

Al mismo tiempo, Kubernetes permite escalar aplicaciones complejas de forma ordenada y, gracias a trabajar con estándares abiertos, las aplicaciones pueden moverse entre diferentes nubes y entornos con una dependencia reducida de una infraestructura específica. Todo ello hace que los profesionales de TI puedan automatizar muchas tareas, lo que ayuda a reducir su carga de trabajo y centrarse en aspectos más estratégicos para el negocio.

Pese a todos estos beneficios, trabajar con aplicaciones stateful en Kubernetes también implica ciertos retos que hay que considerar. Uno de ellos es la complejidad, ya que gestionar el almacenamiento, rendimiento y disponibilidad añade una capa adicional frente a aplicaciones más simples. Otros desafíos importantes son el rendimiento, ya que las aplicaciones intensivas en datos requieren infraestructuras capaces de ofrecer respuestas rápidas y consistentes; la integración con sistemas existentes e infraestructuras heredadas, lo que puede dificultar la transición; o la seguridad, ya que la protección de los datos y el cumplimiento normativo es más exigente en los entornos distribuidos.

En cuanto a los casos de uso, actualmente, las empresas están utilizando Kubernetes para una amplia gama de operaciones, desde la implementación de aplicaciones a gran escala, a la gestión de microservicios, la habilitación de informática sin servidor, el análisis de Big Data, los proyectos de aprendizaje automático o las implementaciones híbridas y multicloud, entre otros.

Mejores prácticas para el almacenamiento persistente en Kubernetes

Implementar almacenamiento persistente en Kubernetes con éxito requiere algo más que aprovisionar volúmenes. Las siguientes prácticas ayudan a garantizar rendimiento, disponibilidad y seguridad en entornos de producción:

• Definir StorageClasses por perfil de carga: crea clases diferenciadas según rendimiento, política de backup y cifrado, de modo que cada aplicación consuma el tipo de almacenamiento adecuado sin sobre aprovisionar recursos.
• Usar WaitForFirstConsumer en entornos multi-zona: este modo de vinculación retrasa la creación del volumen hasta que se programa el pod, evitando incompatibilidades de zona en clusters distribuidos.
• Monitorizar el estado de los PVCs: un PVC en estado Pending suele ser la primera señal de un problema de aprovisionamiento, capacidad o configuración de StorageClass.
• Implementar snapshots y políticas de retención claras: define cuándo aplicar Retain frente a Delete para los volúmenes y automatiza las copias mediante VolumeSnapshots.
• Automatizar los backups de StatefulSets: herramientas como Velero u Operators específicos facilitan la protección continua de cargas críticas sin intervención manual.
• Aplicar RBAC sobre PVCs y StatefulSets: limita quién puede crear, modificar o eliminar recursos de almacenamiento para reducir el riesgo operativo y de seguridad.
• Cifrar los datos en reposo: configura parámetros de cifrado en la StorageClass para proteger los datos persistentes desde la capa de almacenamiento.

La propuesta de Nutanix para el almacenamiento persistente en Kubernetes

Kubernetes (y los contenedores) son sin duda uno de los componentes fundamentales de la infraestructura y las aplicaciones en la nube de las empresas. De hecho, nuestro último estudio Nutanix Enterprise Cloud Index (ECI) señala que el 87% de las organizaciones prevé que el uso de contenedores para aplicaciones aumentará en los próximos tres años, mientras que el 83% afirma que ya está desarrollando nuevas aplicaciones en contenedores.

Esta tecnología juega un papel crucial en las estrategias nativas de la nube y se adapta perfectamente a los modelos de computación híbridos y multicloud, que son claves para la transformación digital de las empresas y la apuesta por la innovación. Aportan flexibilidad, escalabilidad y seguridad y permiten mantener un mayor control de los datos, optimizar costes y avanzar hacia modelos de servicio más ágiles.

Por este motivo, Nutanix ofrece una plataforma integrada diseñada para entornos cloud-native y cargas stateful que permite a las organizaciones gestionar infraestructura, almacenamiento y operaciones desde una única capa, reduciendo la complejidad habitual de los entornos distribuidos. Además, su portabilidad entre entornos on-premises, híbridos y multicloud permite a las organizaciones mantener el control sobre la ubicación y la soberanía de los datos, un factor cada vez más relevante para empresas españolas en sectores regulados y para la administración pública:

• Integración nativa con Kubernetes mediante interfaces estándar como CSI (Container Storage Interface), lo que permite aprovisionar almacenamiento persistente de forma automática y transparente.
• Soluciones como Nutanix Unified Storage (NUS), que unifica en una sola plataforma el almacenamiento de archivos, bloques y objetos, y permite a las organizaciones adaptar el tipo de almacenamiento a las necesidades específicas de cada aplicación, incluidas las cargas de alto rendimiento como bases de datos transaccionales y analítica avanzada.
• Plataformas como Nutanix Kubernetes Platform (NKP), parte de la plataforma cloud-native de Nutanix, facilitan el despliegue y la gestión de clústeres Kubernetes, reduciendo la complejidad operativa desde el inicio y garantizando uniformidad en todos los entornos.
• Nutanix Data Services for Kubernetes (NDK), que simplifica y unifica el aprovisionamiento y el funcionamiento de aplicaciones nativas de la nube mediante la ampliación de los servicios de datos empresariales a las aplicaciones en contenedores. Además, como elemento diferencial con otras tecnologías del mercado, NDK permite la replicación y gestión de los volúmenes persistentes entre clústeres, sin necesidad de licenciamiento adicional por máquina virtual ni capas de software de terceros que añadan complejidad operativa. 

Conclusión

En conclusión, el desarrollo de Kubernetes y su evolución desde una plataforma pensada para aplicaciones efímeras hasta otra capaz de soportar aplicaciones stateful, marca un punto de inflexión en la adopción del cloud-native. Y el almacenamiento persistente es la pieza que ha hecho posible esta transformación.

Eso sí, la complejidad asociada a la gestión de datos en Kubernetes hace imprescindible contar con soluciones que simplifiquen su operación y propuestas como la de Nutanix permiten a las empresas acelerar la adopción de estas tecnologías, reduciendo riesgos y facilitando la transición hacia arquitecturas más modernas e innovadoras.

¿Estás listo para llevar tus cargas stateful al siguiente nivel? Descubre la solución de almacenamiento Kubernetes de Nutanix y comprueba cómo simplificar la persistencia de datos en entornos cloud-native.