Kubernetes: o que é e como funciona?

O Kubernetes dimensiona, gerencia e automatiza as implantações de aplicações em contêiner em ambientes distribuídos. Desde que surgiu em 2014, tornou-se uma solução popular.

Mas, embora simplifique o desenvolvimento de aplicações enquanto aumenta a utilização de recursos, é um sistema complexo que apresenta seus próprios desafios.

Em particular, alcançar a observabilidade em todos os contêineres controlados pelo Kubernetes pode ser trabalhoso até mesmo para as equipes de DevOps mais experientes.

Mas o que é exatamente o Kubernetes?

Kubernetes o que é?
Kubernetes o que é?

O que é Kubernetes?

Mais aplicações agora dependem de contêineres e microsserviços do que nunca. De acordo com pesquisa da Cloud Native Computing Foundation (CNCF), 92% das organizações estão usando contêineres em produção e 83% delas usam o Kubernetes como sua solução de gerenciamento de contêineres preferida.

Com sistemas cada vez maiores e mais complexos, as equipes de TI precisarão de ferramentas para ajudar a gerenciar essas implantações.

Desde que o Kubernetes, também chamados de K8s, surgiu em 2014, ele se tornou uma das melhores soluções para cuidar de contêineres em ambientes distribuídos. Como definição, é uma plataforma de código aberto usada para executar e gerenciar aplicações e serviços em contêineres em clusters de máquinas físicas ou virtuais em nuvens locais, públicas, privadas e híbridas.

Inicialmente desenvolvido pelo Google, hoje é disponibilizado por várias empresas e é amplamente suportado por todos os fornecedores de nuvem pública. O Amazon Elastic Kubernetes Service oferece seu próprio serviço gerenciado de Kubernetes.

Esse amplo suporte permite que as equipes de DevOps se concentrem em seu próprio produto, em vez de lutar com a infraestrutura.

Como funciona o Kubernetes

Pense no K8s como uma orquestra clássica. Substitua o compositor por um arquiteto de software, o maestro por uma plataforma de contêiner e a partitura por uma carga de trabalho. Os músicos são contêineres e os gestos do maestro as mensagens baseadas em API, desempenho com o estado atual do sistema e visão com o estado desejado do sistema.

Assim como uma orquestra integra e coordena os elementos de uma apresentação musical, o Kubernetes é uma estrutura para integrar e coordenar todos os elementos para executar aplicações baseadas em microsserviços. Sem orquestração, a execução dessas aplicações em produção seria impossível.

O Kubernetes é capaz de automatizar tarefas complexas durante o ciclo de vida do contêiner, como provisionamento, implantação, rede, dimensionamento, balanceamento de carga e muito mais. O que simplifica a orquestração em ambientes nativos da nuvem.

Sua verdadeira capacidade está na escalabilidade quase ilimitada, configurabilidade e um rico ecossistema de tecnologia, incluindo muitas estruturas de código aberto para monitoramento, gerenciamento e segurança.

Devido à natureza efêmera de sua carga de trabalho em contêiner, o Kubernetes fornece mecanismos de controle para reparar aplicações (ou até mesmo a própria plataforma) em caso de falhas.

Ele implementa várias malhas de controle, monitorando continuamente os componentes em execução na plataforma e agindo se algo estiver errado ou não corresponder ao estado desejado.

Se um contêiner falhar, o Kubernetes o reiniciará. Se um nó não estiver íntegro, o K8s reprogramará a carga de trabalho para ser executada em um nó “saudável”. Se este nó não estiver disponível, poderá ativar uma nova máquina virtual usando o dimensionamento automático de cluster Kubernetes.

Vantagens do Kubernetes

A principal vantagem de usar contêineres sobre máquinas virtuais (VMs) para arquitetura de microsserviços é seu pequeno tamanho e desempenho. Eles podem ser alterados muito mais rápido e têm acesso instantâneo aos recursos do sistema, o que libera poder de processamento.

Outras vantagens do Kubernetes incluem ciclos de CI/CD de software reduzidos, utilização eficiente de recursos, alta disponibilidade e desempenho contínuo, independentemente do ambiente de computação e autocorreção do sistema, reiniciando ou replicando contêineres automaticamente.

O K8s é útil se sua organização enfrentar algum dos seguintes pontos problemáticos:

  • Desenvolvimento lento e em silos dificultando os cronogramas de lançamento;
  • Incapacidade de alcançar a escalabilidade necessária para atender à crescente demanda do cliente;
  • Falta de talento interno especializado no gerenciamento de aplicativos em contêiner;
  • Altos custos ao otimizar os recursos de infraestrutura existentes.

O K8s ajuda a superar essas limitações de dimensionamento, deficiências de codificação e atrasos no desenvolvimento. Versátil, essa plataforma apresenta outras seis vantagens do Kubernetes:

  1. Declarativo: o Kubernetes gerencia seus recursos de forma declarativa, o que significa que você especifica o estado desejado e o K8s reconciliará continuamente o estado real com o estado desejado.
  2. Imutável: no contexto do Kubernetes, isso significa que, se você precisar fazer uma alteração em uma carga de trabalho de contêiner, crie uma nova versão (imagem) dela.
  3. Distribuído: a arquitetura do Kubernetes é distribuída, o que significa que cada componente da plataforma tem uma função bem definida e um mecanismo claro de comunicação (via API).
  4. Escalável: para se adaptar rapidamente a ambientes dinâmicos nativos da nuvem, o Kubernetes fornece dimensionamento automático de recursos para responder às mudanças na demanda. O Horizontal Pod Autoscaler (HPA) ajusta o número de instâncias ou réplicas com base nas métricas observadas.
  5. Adaptável: o Kubernetes pode ser executado em qualquer lugar: em nuvens públicas ou privadas, no local, em máquinas virtuais, servidores bare-metal ou mesmo em mainframes.
  6. Otimizável: Como o Kubernetes dissocia a carga de trabalho do aplicativo da infraestrutura, ele pode escolher o servidor mais apropriado para executar sua aplicação com base nos requisitos de recursos definidos. Sua infraestrutura imutável permite que o K8s mova-os livremente na infraestrutura da plataforma, garantindo que os recursos sejam utilizados da maneira o mais eficiente possível, obtendo resultados muito melhores do que com uma intervenção humana manual.

Kubernetes vs Docker

O pacote Docker e o Kubernetes são tecnologias com escopos diferentes. Você pode usar o Docker sem o Kubernetes e vice-versa, mas eles funcionam bem juntos. Na perspectiva de um ciclo de desenvolvimento de software, o território do Docker é o desenvolvimento.

Isso inclui configurar, criar e distribuir contêineres usando pipelines de CI/CD e o DockerHub como um registro de imagem. Por outro lado, o Kubernetes se destaca nas operações, permitindo que você use seus contêineres do Docker existentes enquanto lida com as complexidades de implantação, rede, dimensionamento e monitoramento.

Embora o Docker seja uma alternativa, o Kubernetes é a melhor escolha quando se trata de orquestrar grandes aplicações distribuídas com centenas de microsserviços conectados, incluindo bancos de dados.

Docker Swarm vs Kubernetes

Tanto o Docker Swarm quanto o Kubernetes são plataformas de orquestração de contêineres de nível de produção, embora tenham pontos fortes diferentes. O Docker Swarm é um orquestrador mais fácil de implantar e gerenciar. Pode ser uma boa opção para uma organização que começa a usar contêineres na produção.

O Swarm se integra perfeitamente ao restante do conjunto de ferramentas do Docker, como Docker Compose e Docker CLI, proporcionando uma experiência de usuário familiar com uma curva de aprendizado plana. Como seria de esperar de uma ferramenta do Docker, o Swarm é executado em qualquer lugar do Docker e é considerado seguro por padrão e mais fácil de solucionar do que o Kubernetes.

Embora o Docker Swarm e o Kubernetes abordem a orquestração de contêiner de maneira um pouco diferente, eles enfrentam os mesmos desafios. Uma aplicação moderna pode consistir em dezenas a centenas de microsserviços em contêineres que precisam funcionar juntos sem problemas. Eles são executados em várias máquinas host, chamadas de nós. Os nós conectados são conhecidos como clusters.

Entenda melhor Docker Swarm vs Kubernetes:

Kubernetes Docker Swarm
Instalação complexa Instalação mais fácil
Mais complexo com uma curva de aprendizado íngreme, mas mais poderoso Leve e fácil de aprender, mas com funcionalidade limitada
Suporta escalonamento automático Dimensionamento manual
Monitoramento integrado Precisa de ferramentas de terceiros para monitoramento
Configuração manual do balanceador de carga Balanceador de carga automático
Necessidade de ferramenta CLI separada Integrado com CLI do Docker

4 lembretes antes de usar o Kubernetes

Se você decidir usar o Kubernetes para suas soluções, há alguns detalhes que você precisa lembrar:

  1. Sua equipe precisa de habilidades e é uma tecnologia complexa. Há uma barreira de entrada para atravessar. Dê à sua equipe tempo e recursos para isso.
  2. Você precisará de algumas ferramentas adicionais e tomará decisões para selecionar ferramentas para implantações, observabilidade, gerenciamento e segurança.
  3. O Cloud Native Computing Foundation fornece muitas ferramentas excelentes. Eles vêm com um preço de você construir uma solução a partir deles. Se você optar por uma nuvem gerenciada, procure essas ferramentas integradas e fornecidas pelo seu fornecedor de nuvem.
  4. Para construir, executar e operar o Kubernetes por conta própria, você realmente precisa de um bom motivo. Certifique-se de ter um.

Como o Kubernetes ajuda as aplicações baseadas em nuvem

O Kubernetes surgiu como um componente crítico de desenvolvimento de sistemas modernos. Como a maioria das empresas foi transformada pela digitalização, elas exigem melhoria e expansão contínuas. Isso foi possível com o advento de tecnologias nativas na nuvem e Kubernetes, que fornecem a automação necessária para gerenciar todas as aplicações ao mesmo tempo e com a mesma eficiência.

A plataforma Kubernetes permitiu a adoção de inovações como machine learning, edge computing e IoT. Com o K8s em mente, cada vez mais tecnologias, ferramentas e interfaces nativas são criadas.

Se uma empresa precisa de sistemas para uma nuvem híbrida, o desenvolvimento de aplicações nativas em Kubernetes é uma das melhores opções.

O que são tecnologias nativas na nuvem?

Cloud-Native é uma nova abordagem para desenvolver e executar aplicações de software que fazem uso da flexibilidade, escalabilidade e elasticidade da computação em nuvem.

A nuvem incorpora várias ferramentas e tecnologias. E ser nativa é mais do que apenas se inscrever em serviços de nuvem e iniciar aplicações. Pode ter um impacto no design, implementação, implantação e funcionalidade dos sistemas.

A criação e implantação de alguns aplicativos exigem o uso de tecnologias baseadas em nuvem. GitOps, DevOps, abordagens ágeis, plataformas de nuvem, contêineres e plataformas de orquestração, como Kubernetes, e entrega contínua, são exemplos de aplicativos nativos de nuvem.

Além disso, em aplicativos nativos da nuvem, a arquitetura de microsserviços é amplamente empregada.

Qual a necessidade de aplicações na nuvem?

As aplicações nativas da nuvem são projetadas para aproveitar a velocidade e a eficiência da nuvem. E você pode aproveitá-las de várias maneiras, incluindo:

  • Agilidade e produtividade: suponha que sua empresa deseja testar e implantar um novo código rapidamente. Nesse caso, você pode usar Integração Contínua totalmente automatizada, Pipelines de Entrega Contínua e algumas práticas recomendadas de GitOps e DevOps;
  • Flexibilidade: as empresas de nuvem pública oferecem excelentes serviços a um baixo custo para as companhias. É possível projetar aplicações que funcionem em qualquer nuvem pública ou privada sem modificá-las se usarem uma plataforma que permita o desenvolvimento nativo da nuvem;
  • Capacidade de gerenciamento: as aplicações nativas da nuvem são usadas ​​para atualizar e implantar os aplicativos. Os desenvolvedores podem acompanhar os microsserviços e componentes atualizados;
  • Confiável e visível: como as aplicações baseadas em nuvem empregam contêineres, se um dos microsserviços falhar, não haverá impacto nos outros serviços. Também tornará mais fácil para as equipes de engenharia estudarem os sistemas e aprenderem sobre suas funções.

4 vantagens do Kubernetes no desenvolvimento em nuvem

O K8s pode ser executado em qualquer plataforma graças às tecnologias nativas da nuvem. Veja as vantagens do Kubernetes no desenvolvimentos de aplicações:

  1. Descoberta de serviço e balanceamento de carga: o Kubernetes pode examinar o que um contêiner utiliza com base em seu endereço IP e nome DNS;
  2. Entrega de aplicações em tempo real: as empresas podem usar contêineres com gerenciamento automatizado de contêineres, a abordagem mais simples para otimizar o desenvolvimento e as práticas de implantação de aplicativos baseados em nuvem. Comparados às máquinas virtuais, esses contêineres oferecem aos desenvolvedores um pacote de código conveniente com várias opções e benefícios. Além disso, os contêineres são menores, mais rápidos de serem iniciados e mais agradáveis ​​para os desenvolvedores no processo de desenvolvimento do que as máquinas virtuais;
  3. Tempo e esforço reduzidos: o Kubernetes pode minimizar o tempo e o esforço necessários para provisionar, configurar, gerenciar e desativar recursos de infraestrutura. A empresa pode obter integração contínua, testes de unidade automatizados e entrega zero de tempo de inatividade automatizando os envios de código;
  4. Inovação e crescimento: a arquitetura baseada em contêiner controlada pelo Kubernetes permite que a empresa se afaste de uma infraestrutura cara e se concentre na produção de um software inovador. O mesmo sistema é usado para monitorar o uso e a integridade dos recursos do contêiner e reiniciar e adicionar contêineres adicionais conforme necessário.

Em uma era tecnológica de ritmo acelerado, o conceito de cloud-native está em constante evolução à medida que novas ferramentas são desenvolvidas e novas práticas são implementadas.

Gostou do tema? Então não deixe de continuar lendo o blog da Claranet!