O Kubernetes é um software open-source que automatiza a implementação, a gestão e o dimensionamento de aplicações contentorizadas. Orquestra clusters de máquinas virtuais, agenda contentores e proporciona autorrecuperação, balanceamento de carga e portabilidade entre ambientes.
O Kubernetes é um software open-source que o DevOps utiliza para implementar, gerir e dimensionar contentores num cluster. O Docker, outra tecnologia open-source, é o formato de ficheiro de contentor predefinido normalmente utilizado em conjunto com o Kubernetes.
Os contentores agrupam uma aplicação com as respetivas dependências e configuração para que possa ser executada de forma consistente em diferentes ambientes. À medida que uma aplicação evolui, poderá executar muitos contentores em vários servidores, e a coordenação manual de todos esses elementos torna-se complexa. O Kubernetes resolve essa complexidade através de uma API open-source e de um sistema de controlo que decide o que deve ser executado e onde, além de manter tudo em funcionamento.
O Kubernetes orquestra clusters de máquinas virtuais e agenda a execução de contentores com base nos recursos de computação disponíveis e nas necessidades de recursos de cada contentor.
O Kubernetes gere a deteção de serviços e o balanceamento de carga para encaminhar o tráfego para os Pods certos, mesmo quando os Pods mudam ao longo do tempo.
O Kubernetes dimensiona as cargas de trabalho com base na utilização dos recursos de computação e no estado pretendido que definir.
O Kubernetes verifica o estado de funcionamento dos recursos e pode reiniciar ou replicar contentores quando ocorrem problemas. Reinicia ou substitui contentores com falhas e retém o tráfego até as cargas de trabalho estarem prontas.
O Kubernetes suporta padrões de implementação para aplicações em execução, entre os quais implementações e reversões automatizadas com base no estado pretendido que descrever.
O Kubernetes proporciona a gestão de segredos e da configuração para informações confidenciais, como palavras-passe ou tokens.
O Kubernetes pode montar os sistemas de armazenamento que escolher (por exemplo, armazenamento local ou opções de cloud pública), com base no modelo de orquestração de armazenamento do Kubernetes.
O Kubernetes baseia-se em objetos de API, ou seja, recursos que declara e gere. Seguem-se alguns exemplos:
Pod: a unidade básica que executa um ou mais contentores.
Serviço: uma forma estável de expor uma aplicação e encaminhar o tráfego para Pods que mudam ao longo do tempo.
Implementação: uma forma de descrever o estado pretendido de uma aplicação e atualizá-lo ao longo do tempo (frequentemente associada a implementações e reversões).
Nó: um computador do cluster onde os Pods são executados.
Plano de controlo: componentes que gerem o estado do cluster e as decisões de agendamento.
Declare o estado pretendido da sua aplicação (o que deve ser executado, quantas cópias e quais as necessidades de recursos).
O plano de controlo regista esse pedido e atua sobre o mesmo através da API do Kubernetes e do armazenamento subjacente.
O componente de agendamento coloca os Pods em nós com recursos suficientes.
Os componentes dos nós executam a carga de trabalho.
Os controladores efetuam continuamente os ajustes necessários para que o estado real corresponda ao estado pretendido, através do dimensionamento, da substituição e da atualização das cargas de trabalho conforme necessário.
Um cluster do Kubernetes é normalmente descrito em duas partes: um plano de controlo que gere o cluster e nós de trabalho que executam as suas cargas de trabalho.
Estes componentes gerem o estado geral do cluster:
kube-apiserver: expõe a API HTTP do Kubernetes (a porta de entrada dos pedidos).
etcd: um arquivo de chave-valor consistente e de elevada disponibilidade para os dados do cluster.
kube-scheduler: localiza os Pods que precisam de ser colocados e atribui-os a um nó.
kube-controller-manager: executa controladores que alinham o estado real com o estado pretendido.
cloud-controller-manager (opcional): liga o Kubernetes à lógica de controlo específica do fornecedor de cloud.
Cada nó de trabalho executa software que mantém os Pods e as regras de rede:
kubelet: garante que os Pods e os respetivos contentores estão em execução no nó.
kube-proxy (opcional): mantém regras de rede para suportar serviços.
runtime de contentores: executa contentores no nó.
O Kubernetes não agenda diretamente contentores individuais em termos abstratos. Agrupa um ou mais contentores num Pod, que se torna a unidade operacional básica. Em seguida, os Pods são aumentados ou reduzidos verticalmente até atingirem o estado pretendido que definir.
Na prática, significa o seguinte:
Descreva a aplicação que pretende manter em execução.
O Kubernetes agenda os Pods em computadores com recursos de computação disponíveis.
Os controladores mantêm o cluster a avançar para o estado que pediu.
Os Pods podem surgir e desaparecer, pelo que o Kubernetes disponibiliza primitivas, ou seja, blocos modulares básicos que pode combinar para descrever e executar aplicações num cluster e que proporcionam formas estáveis de aceder às cargas de trabalho.
Cada Pod recebe o seu próprio endereço IP válido em todo o cluster e os Pods podem comunicar entre nós sem tradução de endereços de rede (NAT) no modelo de rede do Kubernetes.
A API de Serviço fornece um endereço IP estável ou nome do anfitrião para um conjunto de Pods de back-end, mesmo à medida que cada Pod muda ao longo do tempo.
O Kubernetes mantém objetos EndpointSlice para monitorizar os Pods que suportam atualmente um serviço.
Para expor serviços a clientes fora do cluster, o Kubernetes suporta a API de Gateway (e o Ingress como respetivo antecessor).
Alguns ambientes podem expor externamente um serviço através do tipo de serviço LoadBalancer.
Os clusters do Kubernetes incluem frequentemente suplementos que expandem a funcionalidade para além dos componentes principais. Os exemplos incluem:
DNS para resolução de nomes em todo o cluster.
IU Web (dashboard) para gestão de clusters.
Monitorização de recursos de contentores para recolha de métricas.
Registo ao nível do cluster para recolher registos centralmente.
O Kubernetes executa aplicações contentorizadas num cluster de computadores e mantém-nas no estado que descrever. Para tal, coloca o trabalho nos computadores certos, encaminha o tráfego para os locais certos e monitoriza falhas e alterações.
A maioria das cargas de trabalho do Kubernetes começa com um "estado pretendido" declarado (o que deve estar em execução, quantas cópias e de que forma devem ser expostas). O Kubernetes baseia-se em configuração declarativa e automatização.
O Kubernetes agenda contentores em computadores do cluster com base nos recursos de computação disponíveis e nas necessidades de cada contentor. Os contentores são executados dentro de Pods, a unidade que o Kubernetes coloca num computador.
Os controladores monitorizam o cluster, trabalham para aproximar o estado atual do estado pretendido e utilizam o servidor de API para efetuar alterações.
O agendamento responde à pergunta "onde deve ser executada a carga de trabalho?" decisão.
O Kubernetes agrupa contentores em Pods e, em seguida, coloca esses Pods em computadores.
O kube-scheduler procura Pods que ainda não estejam atribuídos e seleciona um nó para os mesmos.
Em cada nó, o kubelet garante que os Pods estão em execução (bem como os respetivos contentores).
Os contentores e os Pods podem ser criados, movidos ou substituídos, pelo que as aplicações precisam de formas estáveis de se encontrarem entre si.
O Kubernetes gere a deteção de serviços e utiliza o balanceamento de carga para encaminhar o tráfego, mesmo quando os Pods mudam ao longo do tempo.
A API de Serviço proporciona um endereço IP ou nome do anfitrião estável para um serviço suportado por um ou mais Pods, e o Kubernetes monitoriza os Pods subjacentes através de objetos EndpointSlice.
Quando os Pods subjacentes a um serviço mudam, o encaminhamento do serviço adapta-se para que o tráfego continue a chegar aos back-ends atuais.
O Kubernetes pode dimensionar as cargas de trabalho até ao estado que definir e efetuar esse dimensionamento com base na utilização dos recursos de computação.
Os conceitos comuns de dimensionamento incluem:
Mais réplicas (mais Pods) para processar uma procura mais elevada.
Menos réplicas quando a procura diminui.
Monitorização de recursos para que as decisões de colocação reflitam as necessidades de CPU e memória.
Esta abordagem remete para o modelo de "estado pretendido": especifique o objetivo e os controladores continuarão a trabalhar para o atingir.
O Kubernetes inclui comportamentos de autorrecuperação destinados a manter o estado de funcionamento e a disponibilidade das cargas de trabalho. Estes incluem:
Reinício de contentores com falhas (reinícios ao nível do contentor).
Substituição de Pods com falhas para manter o número de réplicas pedido (substituição de réplicas).
Reagendamento de cargas de trabalho quando os nós ficam indisponíveis.
Remoção de Pods com falhas dos pontos finais de serviço para que o tráfego seja encaminhado apenas para Pods em bom estado de funcionamento (balanceamento de carga para serviços).
A autorrecuperação verifica o estado de funcionamento dos contentores e reinicia-os ou replica-os quando ocorrem problemas.
Os indicadores chave de desempenho (KPIs ou métricas) são utilizados para compreender o estado de funcionamento do cluster e o comportamento das cargas de trabalho.
Os componentes do sistema Kubernetes emitem métricas (formato Prometheus) úteis para dashboards e alertas.
As métricas estão normalmente disponíveis no ponto final HTTP /metrics de cada componente, como kube-apiserver, kube-scheduler, kubelet, kube-proxy e kube-controller-manager.
Indicadores do estado de funcionamento do cluster (métricas ao nível dos componentes e padrões de erro)
Estabilidade das cargas de trabalho (por exemplo, reinícios ou substituições frequentes)
Pressão sobre a capacidade (alocação de recursos face à procura, associada a decisões de dimensionamento)
A monitorização proporciona às equipas uma visão mais completa dos recursos do cluster, da API do Kubernetes, dos contentores e dos registos, o que reduz o ciclo de feedback entre os problemas e as correções.
O Kubernetes é frequentemente escolhido quando as equipas precisam de uma forma consistente de executar muitos contentores em vários computadores, com o encaminhamento do tráfego, o dimensionamento e a recuperação processados pela plataforma.
O Kubernetes pode dimensionar as cargas de trabalho, ou seja, aumentá-las ou reduzi-las à medida que a procura muda, até atingirem um estado de destino, e pode efetuar esse dimensionamento com base na utilização dos recursos de computação.
Aplicações Web com tráfego variável (campanhas, picos sazonais): ajuste as réplicas à medida que a carga muda.
Processamento em lote ou orientado por eventos: adicione capacidade para picos e, em seguida, reduza-a novamente.
Microsserviços: dimensione serviços específicos sem dimensionar toda a aplicação.
O Kubernetes suporta o acondicionamento automático, que consiste em colocar contentores em nós com base nas necessidades de CPU e memória para uma melhor utilização dos recursos disponíveis. Também monitoriza a alocação de recursos ao gerir as cargas de trabalho.
Clusters partilhados por várias equipas: reduza a capacidade desperdiçada ao colocar as cargas de trabalho onde existam recursos disponíveis.
Clusters com cargas de trabalho mistas (serviços e tarefas): mantenha os nós ocupados sem colocação manual.
O Kubernetes pode expor cargas de trabalho através de DNS ou de um endereço IP e distribuir o tráfego de rede para manter as implementações estáveis. Também gere a deteção de serviços e incorpora o balanceamento de carga à medida que as cargas de trabalho mudam.
Comunicação entre microsserviços: os serviços encontram-se entre si através de nomes estáveis enquanto os Pods mudam.
APIs internas subjacentes a um ponto final estável: encaminhe o tráfego apenas para os back-ends atuais.
O Kubernetes foi concebido para substituir contentores com falhas, reagendar cargas de trabalho quando os nós ficam indisponíveis e manter o estado pretendido. Os exemplos incluem reinícios de contentores, substituição de réplicas e remoção de Pods em mau estado de funcionamento dos pontos finais de serviço, para que o tráfego seja encaminhado apenas para Pods em bom estado de funcionamento.
Serviços sempre ativos: reinicie ou substitua instâncias com falhas sem intervenção manual.
Clusters com substituições frequentes de nós: reagende as cargas de trabalho quando um nó fica indisponível.
Serviços subjacentes a um serviço: deixe de encaminhar tráfego para Pods em mau estado de funcionamento.
O Kubernetes suporta implementações e reversões automatizadas. Descreva o estado pretendido e o Kubernetes aproxima gradualmente o estado real do mesmo a um ritmo controlado.
Atualizações frequentes de aplicações: implemente as alterações gradualmente e reverta-as, se necessário.
Equipas que disponibilizam vários serviços: mantenha mecanismos de versão consistentes entre aplicações.
As aplicações contentorizadas estão separadas da infraestrutura, e o Kubernetes ajuda a transferi-las de computadores locais para produção em ambientes no local, sem servidor, de cloud híbrida e multicloud, bem como a manter a consistência entre ambientes.
Paridade entre dev/test/prod: mantenha o mesmo modelo de empacotamento e agendamento em todos os ambientes.
Implementações híbridas: execute partes de um sistema no local e outras partes na cloud, com a mesma abordagem de orquestração.
O Kubernetes proporciona uma forma comum de executar cargas de trabalho contentorizadas com configuração declarativa e automatização de aprendizagem automática, sustentada por um conjunto amplo e crescente de ferramentas e pelo suporte da comunidade.
À medida que as equipas criam sistemas compostos por muitos serviços, cargas de trabalho de curta duração e atualizações frequentes, o Kubernetes continua a ser uma base prática por se concentrar em operações repetíveis:
Operações consistentes entre ambientes (contentores agrupados com dependências e executados da mesma forma em todos os ambientes).
Um ecossistema amplo e ativo, com serviços, suporte e ferramentas amplamente disponíveis.
Extensibilidade através de suplementos e plug-ins criados pela comunidade e de um programa de conformidade que mantém as APIs principais consistentes entre versões.
Se estiver a criar ou a executar cargas de trabalho, o Azure Kubernetes Service (AKS) ajuda a implementar e gerir aplicações contentorizadas, enquanto o Azure gere o plano de controlo.
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