O Kubernetes é uma plataforma de orquestração de containers que automatiza a implantação, escalabilidade e gerenciamento de aplicações. Ele garante alta disponibilidade, balanceamento de carga e recuperação automática de falhas. Integrado ao Docker, permite rodar containers em larga escala, otimizando a eficiência operacional em nuvem ou servidores locais.
O Kubernetes se tornou uma das tecnologias mais populares para a orquestração de containers, permitindo que aplicações escalem de forma eficiente e automatizada.
Nesse conteúdo, vamos explicar desde os conceitos básicos até a arquitetura e funcionamento do Kubernetes, abordando suas principais vantagens e os primeiros passos para utilizá-lo no deployment de aplicações web.
Se você deseja entender como essa ferramenta pode otimizar o gerenciamento de containers e facilitar a escalabilidade de aplicações, continue a leitura!
No entanto, é altamente recomendado que você tenha familiaridade prévia com Docker, pois o Kubernetes trabalha diretamente com essa tecnologia para a criação e gerenciamento dos containers.
Origem do Kubernets
O Kubernetes foi originalmente desenvolvido pelo Google e lançado como um projeto de código aberto em 2014.
Sua origem está no sistema interno de gerenciamento de containers do Google, chamado Borg, que era utilizado para orquestrar cargas de trabalho em larga escala dentro da infraestrutura da empresa.
Com base nas lições aprendidas com o Borg, o Google criou o Kubernetes para fornecer uma solução flexível e escalável de orquestração de containers para a comunidade de desenvolvedores.
O projeto foi posteriormente doado à Cloud Native Computing Foundation (CNCF), que hoje mantém e evolui a plataforma junto com a comunidade global de código aberto.
O que é e qual o objetivo do Kubernetes?
Como trazido anteriormente, o Kubernetes é um sistema de código aberto para orquestração de containers Docker. Em outras palavras, um sistema que faz o monitoramento de aplicações containerizadas.
Seu principal objetivo é facilitar o monitoramento, abstraindo a complexidade que seria necessária com a criação de scripts para iniciar containers, monitorar e controlar o retorno de erros em caso de quedas ou falhas no sistema.
Dessa forma, um programador focado na parte de desenvolvimento não necessita ter conhecimentos avançados em níveis de infraestrutura, basta estudar e entender como integrar o Kubernetes.
Importância da orquestração de containers
A orquestração de containers é essencial para gerenciar aplicações modernas em ambientes distribuídos, garantindo escalabilidade, automação e alta disponibilidade.
Com ferramentas como Kubernetes, é possível implementar, monitorar e manter aplicações baseadas em containers de forma eficiente, reduzindo a complexidade operacional e otimizando o uso de recursos.
Exemplos
Agora que você já sabe o que é Kubernetes, vamos ver alguns exemplos.
Empresas do setor financeiro, como Nubank e PayPal, utilizam Kubernetes para garantir a disponibilidade de seus serviços.
Caso um servidor falhe, a orquestração redistribui automaticamente as cargas de trabalho, evitando interrupções em pagamentos e transações.
Outro exemplo são lojas online, como Amazon e Magazine Luiza, que precisam lidar com altos volumes de acessos em eventos como Black Friday.
Com a orquestração, novos containers podem ser adicionados dinamicamente para suportar a carga extra, garantindo que o site continue operando sem quedas.
Arquitetura do Kubernetes
Agora, é chegado o momento de entender como funciona o Kubernetes, começando pela sua arquitetura. Podemos dizer que a arquitetura se divide nos seguintes componentes principais:
- Master: ponto de controle central que provê uma visão unificada do cluster. É a máquina mestre que recebe as configurações preestabelecidas através dos arquivos .yaml;
- Cluster: conjunto dos componentes (Master, nodes, pods, containers, etc). Obs.: A imagem acima representa o cluster onde trabalharemos;
- Node: Uma máquina ativa (gerenciada pelo master), também conhecida como Minion. Dentro dele ficam os serviços necessários para rodar os pods. Os serviços em um node incluem Docker, Kubelet e kube-proxy;
- Pods: menores unidades implantadas que podem ser criadas, escaladas e manuseadas. É uma coleção lógica de containers que pertencem a uma aplicação.
Vale destacar que um master pode gerenciar um ou mais nodes, um node pode conter um ou mais pods, e um pod pode conter um ou mais containers.
Essa última configuração não é recomendada, pois ao existir mais de um container em um único pod, ocorre um alto grau de acoplamento entre os containers, pois eles irão dividir recursos de memória e volume.
Continue lendo: Como usar Kubernetes na prática
Principais componentes do Kubernetes
O Kubernetes possui uma arquitetura distribuída baseada em um modelo cliente-servidor, onde diferentes componentes trabalham juntos para gerenciar e orquestrar containers. Abaixo, explicamos os principais componentes e suas funções.
API Server
O API Server é o coração do Kubernetes. Ele recebe solicitações dos usuários (via kubectl, painel de controle ou APIs externas) e coordena todas as operações do cluster. Ele expõe a API REST do Kubernetes, garantindo a comunicação entre os diferentes componentes.
Scheduler
O Scheduler é responsável por decidir em qual nó (node) cada novo Pod será executado, levando em consideração fatores como disponibilidade de recursos (CPU, memória), afinidade e restrições definidas pelos usuários.
Controller Manager
O Controller Manager gerencia diferentes controladores que monitoram continuamente o estado dos objetos do cluster e tomam ações para garantir que o estado real corresponda ao estado desejado. Alguns controladores importantes incluem:
- Replication Controller: mantém o número desejado de réplicas de um pod;
- Node Controller: monitora o status dos nós e reage a falhas;
- Job Controller: gerencia a execução de tarefas em lote.
Etcd
O etcd é um banco de dados chave-valor distribuído que armazena todas as informações sobre o estado do cluster. Ele é fundamental para garantir a consistência e a recuperação dos dados em caso de falhas.
Kubelet
O Kubelet é um agente que roda em cada nó do cluster. Ele recebe instruções do API Server, gerencia os containers nos nós e reporta o status das aplicações.
Kube Proxy
O Kube Proxy gerencia a rede dentro do cluster, garantindo a comunicação entre os serviços e balanceando o tráfego de rede entre os pods.
Esses componentes trabalham juntos para fornecer um sistema de orquestração eficiente, garantindo que as aplicações rodem de maneira confiável e escalável no Kubernetes.
Benefícios de usar o Kubernetes
O Kubernetes se tornou a principal solução para a orquestração de containers devido aos diversos benefícios que oferece para o gerenciamento de aplicações modernas. Saiba mais abaixo!
Escalabilidade e automação
O Kubernetes permite a escalabilidade automática das aplicações, ajustando a quantidade de Pods de acordo com a demanda.
Isso significa que em momentos de pico, novos containers são criados automaticamente e, quando a demanda diminui, os recursos são reduzidos, otimizando custos.
Além disso, sua capacidade de self-healing (autocorreção) garante que aplicativos sejam reiniciados ou realocados em caso de falha.
Gestão eficiente de containers
Com o Kubernetes, administrar aplicações baseadas em containers se torna mais simples e eficiente. Ele permite:
- Distribuir workloads de forma equilibrada entre os nós do cluster;
- Implementar atualizações contínuas (rolling updates) sem downtime;
- Reduzir o impacto de falhas, realocando automaticamente os containers em funcionamento.
Facilidade de integração com outras tecnologias
O Kubernetes é altamente flexível e compatível com várias tecnologias e ferramentas para desenvolvedores, como serviços de nuvem (AWS, Azure, Google Cloud), CI/CD (Jenkins, GitLab CI) e sistemas de monitoramento (Prometheus, Grafana).
Ele também suporta diferentes soluções de armazenamento e redes, garantindo que aplicações possam ser executadas em diversos ambientes.
Kubernetes vs Docker: qual a diferença?
Muitas vezes, surge a dúvida sobre a diferença entre Kubernetes e Docker, já que ambos são tecnologias voltadas para containers. No entanto, eles possuem propósitos distintos.
O Docker é uma plataforma para criar, empacotar e executar containers de maneira leve e portátil. Com ele, desenvolvedores podem encapsular suas aplicações e todas as dependências em um único container, garantindo que o software funcione da mesma forma em diferentes ambientes.
Saiba mais: Um relato sobre como usar Docker em produção
Kubernetes e Docker: juntos ou separados?
O Docker sozinho permite rodar containers de forma isolada, mas não possui funcionalidades avançadas de orquestração, como escalabilidade automática, balanceamento de carga e recuperação de falhas.
Por outro lado, um dos principais benefícios do Kubernetes é a capacidade de gerenciar e coordenar múltiplos containers em um ambiente distribuído.
Portanto, a ideia de Docker vs Kubernetes não existe. Na verdade, tratam-se de tecnologias complementares. Em muitos casos, o Docker é utilizado para criar e empacotar os containers, enquanto o Kubernetes faz a gestão e orquestração deles em produção.
Com o Kubernetes, empresas e pessoas desenvolvedoras podem gerenciar aplicações de forma escalável, segura e automatizada, garantindo alta disponibilidade e eficiência no uso de recursos.
Ao combinar o Kubernetes com o Docker, é possível potencializar ainda mais a orquestração de containers, facilitando a implantação e manutenção de sistemas modernos.
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