O Kubernetes é uma plataforma de orquestração de contêineres de código aberto, originalmente desenvolvida pelo Google. Ele oferece uma estrutura para automatizar a implementação, o dimensionamento e o gerenciamento de aplicações conteinerizadas. O Kubernetes permite que os usuários gerenciem e coordenem contêineres em um cluster de máquinas, oferecendo uma infraestrutura altamente escalável e resiliente para executar aplicações distribuídas.
Criado por engenheiros do Google para uso interno, ele foi disponibilizado para outras empresas em 2014, como um sistema de código aberto. Desde então, a plataforma tem sido amplamente adotada, tornando-se um elemento essencial do ecossistema cloud-native. O Kubernetes e os contêineres são amplamente reconhecidos como os principais alicerces da infraestrutura e das aplicações de nuvem contemporâneas.
O Kubernetes funciona em diversas infraestruturas, incluindo ambientes de nuvem híbrida, nuvem pública, nuvens privadas, máquinas virtuais e servidores bare-metal, proporcionando a flexibilidade que as equipes de TI precisam.
Como o Kubernetes funciona?
A arquitetura do Kubernetes é composta por diversos componentes. Os principais são:
Clusters e nós
A base do Kubernetes, os clusters são compostos por máquinas de computação físicas ou virtuais chamadas nós. Um único nó mestre funciona como plano de controle do cluster e gerencia, por exemplo, que aplicações são executadas em um dado momento e que imagens de contêiner são utilizadas. Isso é possível por meio da execução de um serviço de planejamento que automatiza a implementação de contêineres baseado nos requisitos definidos pelo desenvolvedor e outros fatores.
Diversos nós de trabalho são responsáveis por executar, implementar e gerenciar workloads e aplicações conteinerizados. Os nós de trabalho incluem as ferramentas de gerenciamento de contêineres escolhidas pela empresa, como o Docker ou o Kubelet, que é um agente de software que recebe ordens do nó mestre e as executa.
Os clusters podem conter nós que abrangem toda a arquitetura de uma empresa, do local às nuvens públicas e privadas até ambientes de nuvem híbrida. Este é um dos motivos que tornam o Kubernetes um componente essencial das arquiteturas nativas da nuvem. O sistema é ideal para hospedar apps cloud-native que precisam ser dimensionados rapidamente.
Containers
Os contêineres são uma tecnologia de empacotamento de software leve e portátil, usada para implementar e executar aplicações de forma consistente em diferentes ambientes de computação. Um contêiner é uma unidade executável autônoma que encapsula uma aplicação junto com todas as suas dependências, incluindo bibliotecas, estruturas e ambientes de tempo de execução.
Os contêineres são uma forma de isolar as aplicações da infraestrutura subjacente, garantindo que sejam executadas de forma consistente, independentemente do sistema host. Esse isolamento é realizado por meio de tecnologias de conteinerização como o Docker, que usam virtualização no nível do sistema operacional para criar ambientes isolados chamados de contêineres.
Pods
Os pods são a menor unidade de escalabilidade no Kubernetes. São grupos de contêineres que compartilham a mesma rede e os mesmos recursos de computação. O agrupamento de contêineres é muito útil, pois, caso um contêiner específico esteja recebendo muito tráfego, o Kubernetes criará automaticamente uma réplica desse pod em outros nós do cluster para distribuir a carga.
Como tudo se encaixa
A plataforma Kubernetes é executada a partir do SO do sistema (geralmente Linux) e se comunica com os pods operando nos nós. Usando uma interface de linha de comando chamada kubectl, um administrador ou usuário DevOps insere o estado desejado de um cluster, que pode incluir detalhes como os apps que devem ser executados, com que imagens e recursos, entre outros.
O nó mestre do cluster recebe esses comandos e repassa para os nós de trabalho. A plataforma consegue determinar automaticamente qual nó do cluster é a melhor opção para executar o comando. Então, a plataforma indica os recursos e os pods específicos do nó que irão realizar a operação solicitada.
O Kubernetes não altera os processos básicos de gerenciamento de contêineres, ele apenas automatiza e assume parte do trabalho para que as equipes de admin e DevOps possam alcançar um alto nível de controle sem precisar gerenciar cada nó ou contêiner individualmente. As equipes precisam apenas configurar o sistema Kubernetes e definir seus elementos. O Kubernetes assume todo o trabalho de orquestração de contêineres.
Característica e recursos do Kubernetes
O Kubernetes conta com uma grande variedade de recursos e características que simplificam a orquestração de contêineres em vários nós, permitem a automação do gerenciamento do cluster e otimizam a utilização de recursos. Incluindo:
- Dimensionamento automático – dimensione contêineres e seus recursos conforme necessário, com base no uso
- Gerenciamento do ciclo de vida - permite que o administrador pare e retome as implementações, além de restaurar para versões anteriores
- Declaração de estado desejado – os administradores definem o que precisam e o Kubernetes faz acontecer
- Autocorreção e resiliência – inclui reinicializações automáticas, alocações, replicação e dimensionamento
- Armazenamento escalável – os administradores podem adicionar armazenamento dinamicamente conforme necessário
- Balanceamento de carga – o sistema utiliza uma série de ferramentas para balancear as cargas interna e externamente
- Suporte para DevSecOps – ajuda a simplificar a segurança das operações de contêiner em todo o ciclo de vida do contêiner e nas nuvens, além de permitir que as equipes acelerem a disponibilização de apps seguros para o mercado
Para que serve o Kubernetes?
O Kubernetes ajuda as empresas a gerenciar melhor suas aplicações mais complexas e aproveitar ao máximo os recursos disponíveis. Além disso, ajuda a garantir a disponibilidade da aplicação e reduz consideravelmente o tempo de inatividade. Através da orquestração de contêineres, a plataforma automatiza diversas tarefas, incluindo a implementação de aplicações, lançamentos, descoberta de serviços, provisionamento de armazenamento, balanceamento de carga, dimensionamento automático e autocorreção. Isso alivia as equipes de TI ou DevOps de grande parte da carga de gerenciamento.
Vamos dar um exemplo: digamos que um contêiner falhe. Para reduzir ao máximo o tempo de inatividade (ou eliminá-lo completamente), o Kubernetes detecta essa falha e executa uma mudança automaticamente, reiniciando, substituindo e/ou removendo os contêineres envolvidos. O sistema também monitora todos os clusters e determina o melhor lugar para executar os contêineres, dependendo de onde e como os recursos já estão sendo consumidos. Todo esse trabalho é realizado automaticamente em poucos milissegundos. Nenhuma equipe humana possui essa capacidade.
O que é o Kubernetes como serviço?
O Kubernetes como serviço (KaaS) é um produto baseado na nuvem que oferece clusters de Kubernetes gerenciados aos usuários. Ele permite que as empresas aproveitem todo o poder do Kubernetes sem precisar de muita configuração e manutenção da infraestrutura subjacente. Com o KaaS, os usuários podem focar na implementação e gestão de suas aplicações, em vez de lidar com as complexidades do gerenciamento de clusters do Kubernetes.
Os provedores de KaaS cuidam de tarefas como provisionamento de cluster, dimensionamento, upgrades e monitoramento, aliviando os usuários de grande parte da carga operacional. Eles oferecem APIs ou interfaces descomplicadas para interagir com os clusters do Kubernetes e, geralmente, fornecem recursos extras, como balanceamento de carga, dimensionamento automático, monitoramento e registro integrados.
Ao oferecer Kubernetes como serviço, os provedores de nuvem e de serviços gerenciados permitem a desenvolvedores e empresas implementar e gerenciar aplicações conteinerizadas em larga escala, de forma rápida e fácil, aproveitando os benefícios do Kubernetes sem precisar ter ampla experiência ou grandes habilidades no gerenciamento de infraestrutura.
O que é o Docker?
Assim como o Kubernetes, o Docker é uma solução de código aberto que permite automatizar a implementação de aplicações. No entanto, ao contrário do Kubernetes, é também um formato de arquivo de contêiner — que se tornou o formato de contêiner padrão para Linux. Através do Docker Engine, você pode criar e executar contêineres em um ambiente de desenvolvimento. Um registro de contêiner, como o Docker Hub, permite que você compartilhe e armazene imagens de contêineres. O conjunto de soluções Docker é excelente para ajudar a implementar e executar contêineres individualmente.
Kubernetes x Docker
Kubernetes e Docker são duas tecnologias distintas, mas complementares, geralmente utilizadas em conjunto nas implementações modernas de aplicações baseadas em contêineres. Aqui temos uma comparação entre Docker e Kubernetes:
Docker:
O Docker é uma plataforma e um conjunto de ferramentas para você construir e executar contêineres. Ele fornece recursos para o empacotamento de aplicações e de suas dependências em contêineres leves e isolados.
Com o Docker, os desenvolvedores podem criar imagens de contêineres com tudo que é necessário para executar uma aplicação, como códigos, bibliotecas e ambientes de tempo de execução.
O Docker permite a implementação consistente de aplicações em diferentes ambientes, garantindo que sejam executadas de forma segura, independentemente do sistema host.
A plataforma conta com uma interface de linha de comandos (CLI) fácil de usar e um conjunto robusto de ferramentas e serviços para gerenciamento de contêineres.
Kubernetes:
O Kubernetes, também chamado de K8s, é uma plataforma de orquestração de contêineres de código aberto, que automatiza a implementação, o dimensionamento e o gerenciamento de aplicações em contêineres.
O Kubernetes fornece uma estrutura para executar e coordenar contêineres em um cluster de máquinas.
Ele oferece recursos como dimensionamento automático, balanceamento de carga, descoberta de serviço e capacidade de autocorreção.
O Kubernetes permite configuração e dimensionamento declarativos, o que facilita a gestão de implementações de aplicações complexas.
Apresenta um alto nível de resiliência e tolerância a falhas, garantindo que as aplicações estejam sempre em execução e disponíveis, mesmo quando as falhas ocorrem.
Resumindo, o foco do Docker é a construção e empacotamento de contêineres, enquanto o Kubernetes se concentra na orquestração e no gerenciamento de contêineres em escala. O Docker fornece as ferramentas para criar e executar os contêineres, enquanto o Kubernetes fornece a infraestrutura para implementar e gerenciar as aplicações conteinerizadas em um ambiente distribuído. Geralmente, o Docker é usado para criar imagens de contêiner e, em seguida, o Kubernetes entra para gerenciar e orquestrar esses contêineres em um cluster de máquinas.
Vantagens do Kubernetes
O Kubernetes oferece diversos benefícios, principalmente para empresas com foco em aplicações nativas da nuvem. Os benefícios citados abaixo são apenas parte do sucesso do Kubernetes e ajudaram a torná-lo o sistema de gerenciamento de contêineres mais popular disponível atualmente:
- Mover workloads para onde funcionam melhor – a capacidade da plataforma de rodar no local e na nuvem facilita bastante o processo.
- Simplificar o monitoramento, o gerenciamento, a implementação e a configuração de aplicações em contêineres de qualquer tamanho ou escala.
- Integrar facilmente o Kubernetes à arquitetura existente com sua alta extensibilidade.
- Manter os gastos da TI sob controle por meio da otimização de recursos integrada do Kubernetes, sua capacidade de executar workloads em qualquer lugar e escalabilidade automática baseada em demanda.
- Liberar equipes de TI e DevOps para se concentrar em tarefas mais críticas, em vez de perder tempo gerenciando e orquestrando apps conteinerizadas.
- Otimizar o uso dos recursos de hardware, incluindo E/S de armazenamento, largura de banda de rede e memória, com a possibilidade de definir limites de uso.
- Aumentar a eficiência e o tempo de atividade das aplicações com os recursos de autocorreção do Kubernetes.
- Agendar atualizações de software sem causar inatividade.
- Não deixar que sua infraestrutura fique obsoleta, pois o Kubernetes é capaz de rodar em arquiteturas desacopladas e manejar um crescimento rápido e massivo.
Práticas recomendadas de segurança para Kubernetes
Atualmente, segurança é prioridade máxima para todas as empresas, não importa onde estejam executando seus workloads e aplicações. Apresentamos aqui algumas práticas recomendadas para ajudar a proteger seu sistema Kubernetes, as aplicações e os dados contidos nele:
Proteja o acesso ao cluster - limite o acesso à API do Kubernetes utilizando mecanismos robustos de autenticação e autorização, como RBAC (controle de acesso baseado em função). Use senhas fortes e exclusivas ou implemente métodos de autenticação mais seguros, como a autenticação baseada em certificado. Habilite a auditoria e monitore o acesso à API para quaisquer atividades não autorizadas ou suspeitas.
Atualize regularmente os componentes do Kubernetes - mantenha os componentes do Kubernetes (plano de controle, nós de trabalho, etcd) atualizados com as versões mais recentes para aproveitar as correções de segurança e de bugs.
Implemente políticas de rede - implemente políticas de rede para controlar o fluxo de tráfego dentro do cluster e limitar a comunicação entre pods. Use políticas de rede para implementar canais de comunicação seguros e restringir o acesso a serviços ou dados confidenciais.
Proteja as imagens de contêiner - use apenas imagens de contêiner confiáveis e de fontes seguras. Verifique regularmente as imagens de contêiner em busca de vulnerabilidades e garanta que foram corrigidas e atualizadas. Use assinatura e verificação de imagem para garantir sua integridade.
Implemente RBAC e menor privilégio - implemente o controle de acesso baseado em função (RBAC) para designar as permissões e funções a usuários e serviços adequadamente. Siga o princípio do menor privilégio, concedendo apenas as permissões necessárias para cada usuário ou serviço.
Habilite as políticas de segurança do pod - utilize as políticas de segurança do pod (PSPs) para reforçar restrições de segurança na criação do pod, como evitar contêineres privilegiados ou acesso ao host.
Monitore e registre as atividades - habilite o registro e o monitoramento para os clusters do Kubernetes, a fim de detectar e responder prontamente a incidentes de segurança. Monitore os logs do servidor API, logs de contêiner e eventos no nível do cluster, para identificar quaisquer atividades suspeitas ou tentativas de acesso não autorizadas.
Proteja o armazenamento de dados do etcd - proteja o armazenamento de dados do etcd ativando a criptografia em repouso e em trânsito. Limite o acesso ao etcd, garantindo que apenas entidades autorizadas possam acessar e modificar os dados de configuração do cluster.
Faça backups e teste a recuperação de desastres regularmente - faça backups regulares dos componentes, configurações e dados críticos do Kubernetes para facilitar a recuperação de desastres em caso de problemas ou ataques. Teste periodicamente o processo de recuperação de desastres para garantir seu funcionamento eficiente.
Mantenha-se informado e siga as práticas recomendadas - mantenha-se atualizado com as práticas recomendadas e orientações de segurança mais recentes da comunidade Kubernetes e de especialistas em segurança.
Casos de uso do Kubernetes
Hoje, o Kubernetes é utilizado por empresas para uma grande variedade de casos de uso. O que inclui:
- Implementação de aplicações em grande escala
- Gerenciamento de microsserviços
- Desenvolvimento de software de integração contínua/implementação contínua (CI/CD)
- Habilitação de computação sem servidores
- Implementações híbridas e multicloud
- Análise de Big Data
- Projetos computacionais grandes ou complexos
- Projetos de machine learning
- Migração de dados de servidores locais para a nuvem
Como o Kubernetes funciona com o desenvolvimento de aplicações?
O Kubernetes desempenha um papel importante no desenvolvimento de aplicações, oferecendo uma plataforma escalável e resiliente para implementação, gerenciamento e dimensionamento de aplicações conteinerizadas. Veja como o Kubernetes funciona com o desenvolvimento de aplicações:
Conteinerização - os desenvolvedores empacotam suas aplicações e dependências em imagens de contêiner usando tecnologias como o Docker. Os contêineres garantem que as aplicações sejam executadas de forma consistente em diferentes ambientes e possam ser implementadas com facilidade.
Configuração declarativa - os desenvolvedores definem o estado desejado de sua aplicação e seus componentes usando arquivos de configuração do Kubernetes, normalmente escritos nos formatos YAML ou JSON. Esses arquivos de configuração especificam como a aplicação deve ser implementada, além da quantidade de réplicas, os requisitos de rede, o limite de recursos, entre outros.
Implementação - os desenvolvedores utilizam o Kubernetes para implementar suas aplicações conteinerizadas. Eles criam objetos de implementação no Kubernetes, definindo o número de réplicas e imagens de contêiner. O Kubernetes cuida do agendamento dos contêineres em nós disponíveis no cluster.
Dimensionamento e balanceamento de carga - o Kubernetes oferece mecanismos integrados para dimensionamento de aplicações. Os desenvolvedores podem definir políticas com base na utilização da CPU ou outras métricas para dimensionar automaticamente, escalando ou reduzindo suas aplicações. O Kubernetes também realiza o balanceamento da carga, distribuindo o tráfego de entrada pelas réplicas de uma aplicação para garantir uma alta disponibilidade e a melhor utilização dos recursos.
Descoberta de serviço e redes - o Kubernetes oferece uma abstração de serviço, permitindo que as aplicações se descubram e se comuniquem dentro do cluster. Os desenvolvedores definem os serviços que expõem endpoints para suas aplicações e o Kubernetes designa automaticamente um nome de DNS e um endereço IP exclusivos para cada serviço. Isso permite uma comunicação perfeita entre diferentes partes da aplicação.
Atualizações e restaurações contínuas - o Kubernetes suporta atualizações contínuas, permitindo que os desenvolvedores atualizem suas aplicações sem qualquer inatividade. Eles podem especificar uma nova versão da imagem do contêiner e o Kubernetes substituirá gradualmente os contêineres existentes pelos novos, garantindo uma transição suave. Em caso de erro ou algum outro problema, o Kubernetes permite que você restaure para a versão de trabalho anterior.
Observabilidade e monitoramento - o Kubernetes oferece recursos para monitoramento e observabilidade. Os desenvolvedores podem integrar suas aplicações com sistemas de registro e monitoramento. Além disso, o Kubernetes oferece métricas, registros e eventos sobre a aplicação e seus componentes. Assim, os desenvolvedores podem dispor de mais informações sobre o desempenho da aplicação, solucionar os problemas e otimizar a utilização dos recursos.
O Kubernetes simplifica o desenvolvimento de aplicações, fornecendo uma plataforma para gerenciamento de ciclo de vida, escalabilidade e aspectos de rede de aplicações em contêineres. Assim, permite que os desenvolvedores se concentrem em escrever os códigos e definir o estado desejado de suas aplicações, enquanto o Kubernetes cuida da implementação, do dimensionamento e mantém a disponibilidade alta.
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O Kubernetes oferece inúmeras vantagens, desde simplificar e automatizar a orquestração e o gerenciamento de contêineres, até a escalabilidade flexível e uma comunidade engajada. Como desempenha um papel importante nas estratégias cloud-native e abrange modelos de computação híbrida e multicloud, o Kubernetes tornou-se uma opção estratégica para empresas que buscam acelerar seu desenvolvimento, implementar aplicações sem esforço e otimizar as operações de apps e serviços.
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Implementar e configurar clusters do Kubernetes prontos para a produção em minutos, em vez de dias ou semanas
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