¿Qué es Kubernetes?

¿Qué es Kubernetes?

Kubernetes, también conocido como k8s, es una plataforma de orquestación de contenedores de código abierto desarrollada originalmente por Google. Proporciona un marco para automatizar la implementación, el escalado y la gestión de aplicaciones en contenedores. Kubernetes permite a los usuarios gestionar y coordinar contenedores en un conjunto de equipos, proporcionando una infraestructura sumamente escalable y resistente para ejecutar aplicaciones distribuidas.

Fue desarrollada por los ingenieros de Google para su uso interno y se ofreció fuera de la empresa como sistema de código abierto en 2014. Desde entonces, se ha generalizado su adopción y se ha convertido en una parte esencial del ecosistema nativo de la nube. Kubernetes, junto con los contenedores, es ampliamente reconocido como el componente fundamental de la infraestructura y las aplicaciones de nube contemporáneas.

Kubernetes se ejecuta en cinco tipos de entornos de infraestructura: de nube híbrida, nube pública, nubes privadas, máquinas virtuales y servidores físicos, lo cual ofrece a los equipos de TI una flexibilidad excelente.

¿Cómo funciona Kubernetes?

Kubernetes funciona automatizando la implementación, el escalado y la gestión de aplicaciones en contenedores mediante una arquitectura formada por tres componentes principales: clústeres, contenedores y pods.

¿Qué es un kubernetes cluster?

Un clúster de Kubernetes es el componente básico de la plataforma y está formado por equipos informáticos físicos o virtuales, denominados nodos. Un solo nodo maestro funciona como plano de control del clúster y gestiona, por ejemplo, qué aplicaciones se ejecutan en un momento dado y qué imágenes de contenedor se utilizan. Esto se hace mediante la ejecución de un servicio de planificación, que automatiza la implementación de contenedores en función de los requisitos definidos por el desarrollador, entre otros factores.

Múltiples nodos de trabajo son responsables de ejecutar, implementar y gestionar las cargas de trabajo y las aplicaciones contenerizadas. Los nodos de trabajo incluyen las herramientas de gestión de contenedores que la empresa ha elegido, como Docker, o también Kubelet, que es un agente de software que recibe órdenes del nodo maestro y las ejecuta.

Los clústeres pueden incluir nodos que abarcan toda la arquitectura de una empresa, desde on-premise a nubes públicas y privadas o hasta entornos de nube híbrida. Esta es una de las razones por las que Kubernetes puede ser un componente tan integral de las arquitecturas nativas de la nube. El sistema es ideal para alojar aplicaciones nativas de la nube que necesiten escalar rápidamente.

¿Qué son los contenedores Kubernetes?

Los contenedores son una tecnología de empaquetado de software ligera y portátil que se utiliza para implementar y ejecutar aplicaciones de forma consistente en diferentes entornos informáticos. Un contenedor es una unidad ejecutable independiente que encapsula una aplicación junto con todas sus dependencias, incluidas bibliotecas, marcos y entornos de ejecución.

Los contenedores proporcionan una forma de aislar las aplicaciones de la infraestructura subyacente, asegurando que se ejecuten de manera consistente, independientemente del sistema host. Este aislamiento se logra mediante tecnologías de contenerización como Docker, que utilizan virtualización a nivel de sistema operativo para crear entornos aislados, denominados contenedores.

¿Qué es un Pod Kubernetes?

Los pods son la unidad más pequeña de escalabilidad de Kubernetes. Son grupos de contenedores que comparten la misma red y los mismos recursos informáticos. Agrupar contenedores es beneficioso porque si un contenedor específico recibe demasiado tráfico, Kubernetes crea automáticamente una réplica de ese pod en otros nodos del clúster para distribuir la carga de trabajo.

Visión de conjunto

La plataforma Kubernetes se ejecuta sobre el sistema operativo del entorno (generalmente Linux) y se comunica con los pods que operan en los nodos. Usando una interfaz de línea de comandos llamada kubectl, un administrador o un usuario de DevOps introduce el estado deseado de un clúster, que puede incluir qué aplicaciones deben ejecutarse, con qué imágenes y recursos, y otros detalles.

El nodo maestro del clúster recibe estos comandos y los transmite a los nodos de trabajo. La plataforma es capaz de determinar automáticamente qué nodo del clúster es la mejor opción para ejecutar el comando. Entonces la plataforma asigna los recursos y los pods específicos en el nodo que completarán la operación solicitada.

Kubernetes no modifica los procesos básicos de gestión de contenedores, solo los automatiza y se hace cargo de parte del trabajo para que los equipos de gestión y DevOps puedan obtener un nivel elevado de control sin tener que gestionar cada nodo o contenedor por separado. Los equipos humanos se limitan a configurar el sistema Kubernetes y definir los elementos que contienen. Kubernetes asume todo el trabajo real de orquestación de contenedores.

Características y capacidades de Kubernetes

Kubernetes cuenta con una amplia variedad de características y capacidades que simplifican la orquestación de contenedores en múltiples nodos, permiten la automatización de la gestión de clústeres y optimizan la utilización de recursos. Kubernetes incluye siete características y capacidades principales:

• Escalado automático: escalar o desescalar los contenedores y sus recursos según sea necesario en función del uso.
• Gestión del ciclo de vida: permite al administrador pausar y continuar con las implementaciones, así como volver a versiones anteriores.
• Declaración de estado deseado: los administradores definen lo que necesitan y Kubernetes lo hace posible.
• Reparación autónoma y resiliencia: incluye reinicios automáticos, ubicaciones, replicación y escalado.
• Almacenamiento escalable: los administradores pueden añadir almacenamiento nativo de la nube de forma dinámica según sea necesario.
• Balanceo de carga: el sistema utiliza una serie de herramientas para distribuir las cargas interna y externamente.
• Soporte para DevSecOps: ayuda a simplificar la seguridad de las operaciones aplicando buenas prácticas de seguridad en Kubernetes en todo el ciclo de vida de los contenedores y las nubes y permite a los equipos comercializar aplicaciones seguras con mayor rapidez.

¿Para qué se utiliza Kubernetes?

Kubernetes sirve para automatizar la implementación, el escalado, la disponibilidad y la recuperación de aplicaciones en contenedores, lo que ayuda a las empresas a gestionar sus aplicaciones más complejas y a aprovechar al máximo los recursos existentes. Además, ayuda a garantizar la disponibilidad de las aplicaciones y reduce en gran medida el tiempo de inactividad. Mediante la orquestación de contenedores, la plataforma automatiza muchas tareas, como la implementación de aplicaciones, los lanzamientos, el descubrimiento de servicios, el aprovisionamiento de almacenamiento, el balanceo de carga, el escalado automático y la reparación autónoma. Esto aligera gran parte de la carga de gestión de los equipos de TI o DevOps.

Un ejemplo: supongamos que falla un contenedor. Para reducir al mínimo el tiempo de inactividad (o eliminarlo por completo), Kubernetes puede detectar el fallo del contenedor y ejecutar automáticamente un cambio reiniciando, reemplazando o eliminando los contenedores fallidos. El sistema también supervisa todos los clústeres y determina dónde ejecutar mejor los contenedores según dónde y cómo se estén consumiendo los recursos. Todo este trabajo se lleva a cabo automáticamente y en cuestión de milisegundos; no hay equipo humano que pueda igualarlo.

Desafíos de Kubernetes

Aunque Kubernetes es una plataforma de orquestación potente y versátil, su implementación también presenta desafíos que las organizaciones deben abordar para aprovechar al máximo sus beneficios. Los desafíos comunes de Kubernetes son seis:

• Complejidad de configuración. La configuración inicial de Kubernetes puede ser compleja y requerir un conocimiento profundo de sus componentes. La creación de clústeres, la definición de pods y la gestión de recursos pueden ser desafiantes para quienes se están familiarizando con la plataforma
• Monitorización y diagnóstico. La supervisión efectiva y el diagnóstico de problemas en un entorno de Kubernetes distribuido pueden ser complicados. Identificar cuellos de botella, errores o problemas de rendimiento requiere herramientas específicas y una comprensión detallada de la arquitectura del clúster.
• Seguridad. La seguridad en Kubernetes es un aspecto crítico y configurar políticas de acceso, cifrado y autenticación correctamente puede ser un desafío. Además, la gestión de secretos y la protección contra amenazas de seguridad son aspectos que deben abordarse cuidadosamente.
• Escalabilidad eficiente. A medida que las aplicaciones crecen, escalar eficientemente en Kubernetes puede volverse complejo. La gestión de recursos y la planificación de escalabilidad son desafíos continuos para garantizar un rendimiento óptimo y evitar costes innecesarios.
• Actualizaciones sin interrupciones. La realización de actualizaciones sin interrupciones para las aplicaciones desplegadas en un clúster de Kubernetes puede ser un desafío. La implementación de estrategias de actualización gradual y el manejo de versiones son aspectos clave para minimizar el impacto en la disponibilidad.
• Curva de aprendizaje continua. Dada la naturaleza dinámica y en constante evolución de Kubernetes, mantenerse al día con las mejores prácticas y las nuevas características puede requerir un esfuerzo continuo de aprendizaje. La curva de aprendizaje puede ser pronunciada para los equipos que recién adoptan la tecnología.

¿Qué es Kubernetes como servicio (KaaS)?

Kubernetes como servicio (KaaS) es un producto basado en la nube que proporciona clústeres de Kubernetes gestionados a los usuarios. Permite a las empresas aprovechar el poder de Kubernetes sin la necesidad de una configuración ni un mantenimiento exhaustivos de la infraestructura subyacente. Con KaaS, los usuarios pueden concentrarse más en implementar y gestionar sus aplicaciones en lugar de lidiar con las complejidades de la gestión de clústeres de Kubernetes.

Los proveedores de KaaS llevan a cabo tareas como el aprovisionamiento, el escalado, las actualizaciones y la supervisión de clústeres, lo cual permite a los usuarios librarse de la carga operativa. Ofrecen interfaces o API fáciles de usar para interactuar con los clústeres de Kubernetes, y a menudo ofrecen funcionalidades adicionales como el balanceo de carga, el escalado automático y el registro y supervisión integrados.

Al ofrecer Kubernetes como servicio, los proveedores de nube y los proveedores de servicios gestionados permiten a los desarrolladores y empresas implementar y gestionar rápida y fácilmente aplicaciones en contenedores a escala, aprovechando los beneficios de Kubernetes sin la necesidad de tener una amplia experiencia en esta plataforma o habilidades de gestión de infraestructura.

¿Qué es Docker?

Al igual que Kubernetes, Docker es una solución de código abierto que permite a los usuarios automatizar la implementación de aplicaciones. A diferencia de Kubernetes, también es un formato de archivo de contenedor y se ha convertido en el formato de archivo de facto para los contenedores de Linux. Utilizando Docker Engine, puede crear y ejecutar contenedores en un entorno de desarrollo. Un registro de contenedores como Docker Hub le permite compartir y almacenar imágenes de contenedores. El conjunto de aplicaciones Docker es magnífico para ayudarle a implementar y ejecutar contenedores individuales.

Kubernetes y Docker

Kubernetes y Docker son dos tecnologías distintas pero complementarias, que a menudo se utilizan juntas en implementaciones modernas de aplicaciones basadas en contenedores. La diferencia principal es que Docker crea y ejecuta contenedores individuales, mientras que Kubernetes orquesta y gestiona muchos contenedores a escala en un conjunto de nodos.

Docker:

• Docker es una plataforma y un conjunto de herramientas para crear y ejecutar contenedores. Proporciona la capacidad de empaquetar aplicaciones y sus dependencias en contenedores ligeros aislados.

• Con Docker, los desarrolladores pueden crear imágenes de contenedores que incluyen todo lo necesario para ejecutar una aplicación, como código, bibliotecas y entornos de ejecución.

• Docker permite la implementación uniforme de aplicaciones en diferentes entornos, lo cual garantiza que las aplicaciones se ejecuten de manera fiable independientemente del sistema host.

• Docker proporciona una interfaz de línea de comandos (CLI) fácil de usar y un ecosistema sólido de herramientas y servicios para gestionar contenedores.

Kubernetes:

• Kubernetes, conocido también como K8s, es una plataforma de código abierto de orquestación de contenedores que automatiza la implementación, el escalado y la gestión de aplicaciones en contenedores.

• Kubernetes proporciona un marco para ejecutar y coordinar contenedores en un conjunto de equipos.

• Ofrece funciones como escalado automático, balanceo de la carga, descubrimiento de servicios y capacidades de reparación autónoma.

• Kubernetes permite la configuración y el escalado declarativos, lo cual facilita la gestión de implementaciones de aplicaciones complejas.

• Proporciona un alto nivel de tolerancia a errores y resiliencia al garantizar que las aplicaciones estén siempre ejecutándose y disponibles, incluso en caso de errores.

Beneficios de Kubernetes

Kubernetes ofrece un amplio abanico de beneficios, especialmente para las empresas que se están enfocando en aplicaciones nativas de la nube. Los beneficios siguientes constituyen algunos de los motivos por los cuales Kubernetes es de lejos el sistema de gestión de contenedores más popular disponible en la actualidad: 

• Mover las cargas de trabajo allá donde funcionen mejor: la capacidad de la plataforma para ejecutarse on-premise y en la nube hacen que sea más sencillo.
• Simplificar la supervisión, la gestión, la implementación y la configuración de aplicaciones en contenedores de cualquier tamaño o escala.
• Integrar Kubernetes fácilmente en la arquitectura existente con su alta extensibilidad.
• Mantener bajo control el gasto en TI a través de la optimización de recursos integrada de Kubernetes, la capacidad de ejecutar cargas de trabajo en cualquier lugar y la escalabilidad automática a partir de la demanda.
• Liberar a los equipos de TI y DevOps para que se concentren en tareas más críticas en lugar de gestionar y orquestar aplicaciones en contenedores.
• Optimizar el uso de recursos de hardware, incluido ancho de banda de la red, memoria y E/S de almacenamiento, con la capacidad de definir límites de uso.
• Aumentar la eficiencia de las aplicaciones y el tiempo de actividad con las funciones de reparación autónoma de Kubernetes.
• Planificar actualizaciones de software sin causar tiempo de inactividad.
• Preparar la infraestructura para el futuro con la capacidad de Kubernetes para ejecutarse en arquitecturas desacopladas y poder gestionar un crecimiento rápido y masivo. 

Seguridad en Kubernetes

Actualmente, la seguridad es una prioridad principal para todas las empresas, independientemente de dónde ejecuten sus cargas de trabajo y aplicaciones. Estas son nueve buenas prácticas recomendadas para proteger su sistema Kubernetes y las aplicaciones y los datos que contiene. En entornos de alta seguridad o aislados, también puede proteger Kubernetes mediante air gapping.

• Acceso seguro al clúster: limitar el acceso a la API de Kubernetes mediante el uso de mecanismos sólidos de autenticación y autorización como RBAC (control de acceso basado en roles). Utilizar contraseñas seguras y únicas o implementar métodos de autenticación más seguros, como la basada en certificados. Habilitar la auditoría y supervisar el acceso a la API en busca de actividades no autorizadas o sospechosas.
• Actualizar regularmente los componentes de Kubernetes: mantener actualizados los componentes de Kubernetes (plano de control, nodos de trabajo, etc.) con las últimas versiones estables para beneficiarse de los parches de seguridad y las correcciones de errores.
• Aplicar políticas de red: implementar políticas de red para controlar el flujo de tráfico dentro del clúster y limitar la comunicación entre los pods. Utilizar políticas de red para aplicar canales de comunicación seguros y restringir el acceso a servicios o datos confidenciales.
• Imágenes de contenedores seguras: utilizar únicamente imágenes de contenedores fiables de fuentes de confianza. Escanear regularmente las imágenes de los contenedores en busca de vulnerabilidades y asegurarse de que estén actualizadas y con parches aplicados. Utilizar la firma y verificación de imágenes para garantizar la integridad de la imagen.
• Utilizar RBAC y privilegios mínimos: implementar el control de acceso basado en roles (RBAC) para asignar los permisos y roles apropiados a los usuarios y servicios. Seguir el principio de privilegios mínimos, otorgando únicamente los permisos necesarios requeridos para cada usuario o servicio.
• Habilitar las políticas de seguridad de los pods: utilizar las políticas de seguridad de los pods (PSP) para cumplir las restricciones de seguridad en la creación de pods, así como evitar contenedores privilegiados o el acceso al host.
• Supervisar y registrar actividades: habilitar la supervisión y el registro de los clústeres de Kubernetes para detectar y responder rápidamente a los incidentes de seguridad. Supervisar los registros del servidor API, los registros del contenedor y los eventos a nivel de clúster para identificar cualquier actividad sospechosa o intentos de acceso no autorizado.
• Proteger el almacenamiento de datos etcd: proteger el almacenamiento de datos etcd habilitando el cifrado en reposo y en tránsito. Limitar el acceso a etcd, asegurando que solo las entidades autorizadas puedan acceder y modificar los datos de configuración del clúster.
• Realizar copias de seguridad y probar periódicamente la recuperación ante desastres: realizar copias de seguridad periódicas de los componentes, la configuración y los datos críticos de Kubernetes para facilitar la recuperación ante desastres en caso de problemas o ataques. Probar periódicamente el proceso de recuperación ante desastres para estar seguro de que funciona de manera efectiva.
• Mantenerse informado y seguir las buenas prácticas: mantenerse actualizado sobre las buenas prácticas y recomendaciones de seguridad más recientes de la comunidad de Kubernetes y los expertos en seguridad.

Casos de uso de Kubernetes

Actualmente, las empresas están utilizando Kubernetes para una gama extremadamente amplia de casos de uso. Estos son los nueve casos de uso principales de Kubernetes:

• Implementación de aplicaciones a gran escala
• Gestión de microservicios
• Desarrollo de software de integración continua/implementación continua (CI/CD)
• Habilitación de informática sin servidor
• Implementaciones híbridas y multicloud
• Análisis de Big Data
• Proyectos de procesamiento grandes o complejos
• Proyectos de aprendizaje automático
• Migración de datos de servidores locales a la nube

¿Cómo funciona Kubernetes con el desarrollo de aplicaciones?

Kubernetes juega un papel importante en el desarrollo de aplicaciones, al proporcionar una plataforma escalable y resistente para implementar, gestionar y escalar aplicaciones en contenedores. Kubernetes interviene en el desarrollo de aplicaciones a través de siete pasos principales:

1. Contenerización: los desarrolladores empaquetan sus aplicaciones y dependencias en imágenes de contenedor utilizando tecnologías como Docker. Los contenedores garantizan que las aplicaciones se ejecuten de forma consistente en diferentes entornos y se puedan implementar fácilmente.

2. Configuración declarativa: los desarrolladores definen el estado deseado de su aplicación y sus componentes mediante archivos de configuración de Kubernetes, generalmente escritos en formato YAML o JSON. Estos archivos de configuración especifican cómo hay que implementar la aplicación, incluida la cantidad de réplicas, los requisitos de red, los límites de recursos y otros detalles.

3. Implementación: los desarrolladores utilizan Kubernetes para implementar sus aplicaciones en contenedores. Crean objetos de implementación en Kubernetes, especificando la cantidad deseada de réplicas e imágenes de contenedor. Kubernetes se encarga de distribuir los contenedores en los nodos disponibles en el clúster.

4. Escalado y balanceo de carga: Kubernetes proporciona mecanismos integrados para escalar aplicaciones. Los desarrolladores pueden definir políticas de escalado automático basadas en el uso de la CPU u otras métricas para escalar o desescalar automáticamente la aplicación. Kubernetes también maneja el balanceo de carga, distribuyendo el tráfico entrante entre las réplicas de una aplicación para garantizar una alta disponibilidad y un uso óptimo de los recursos.

5. Descubrimiento de servicios y redes: Kubernetes ofrece una abstracción de servicios que permite que las aplicaciones se descubran y se comuniquen entre ellas dentro del clúster. Los desarrolladores definen servicios que exponen endpoints para sus aplicaciones, y Kubernetes asigna automáticamente un nombre de DNS y una dirección IP únicos a cada servicio. Esto permite una comunicación fluida entre las diferentes partes de la aplicación.

6. Actualizaciones progresivas y reversiones: Kubernetes admite actualizaciones progresivas, lo cual permite a los desarrolladores actualizar sus aplicaciones sin tiempo de inactividad. Pueden especificar una nueva versión de la imagen del contenedor y Kubernetes reemplaza gradualmente los contenedores existentes por los nuevos para garantizar una transición sin problemas. En caso de problemas o errores, Kubernetes admite reversiones a la versión de trabajo anterior.

7. Observabilidad y supervisión: Kubernetes proporciona funciones para la observabilidad y la supervisión. Los desarrolladores pueden integrar sus aplicaciones con sistemas de registro y supervisión, y Kubernetes ofrece métricas, registros y eventos sobre la aplicación y sus componentes. Esto permite a los desarrolladores obtener información sobre el rendimiento de la aplicación, solucionar problemas y optimizar el uso de los recursos.

Kubernetes simplifica el desarrollo de aplicaciones proporcionando una plataforma para gestionar el ciclo de vida, la escalabilidad y los aspectos de red de las aplicaciones en contenedores. Permite a los desarrolladores centrarse en escribir código y definir el estado deseado de sus aplicaciones, mientras que Kubernetes se encarga de implementar, escalar y mantener la alta disponibilidad.

Gestionar Kubernetes con Nutanix

Kubernetes presenta numerosas ventajas, desde la optimización y automatización de la orquestación y gestión de contenedores hasta su comunidad activa de código abierto y escalabilidad flexible. Desempeña un papel crucial en las estrategias nativas de la nube y se adapta a los modelos de computación híbridos y multicloud, lo cual la convierte en una opción estratégica para las empresas que buscan acelerar el desarrollo, implementar aplicaciones sin esfuerzo y optimizar las operaciones de aplicaciones y servicios.

Nutanix ayuda a simplificar todavía más las operaciones y la gestión de Kubernetes con Nutanix Kubernetes Platform. Con NKP, puede:

• Implementar y configurar clústeres de Kubernetes listos para la producción en cuestión de minutos, en lugar de días o semanas.

• Integrar fácilmente el almacenamiento, la supervisión, el registro y las alertas de Kubernetes para obtener un stack completo nativo de la nube.

• Ofrecer una experiencia de usuario nativa de Kubernetes con API abiertas.