Kubernetes: qué es, para qué sirve y cómo funciona

Kubernetes o k8s es sin duda alguna la plataforma de orquestación de contenedores más popular del sector cloud. De hecho, según la última encuesta anual del CNCF (Cloud Native Computing Foundation) el 66 % de las empresas que usan contenedores utilizan Kubernetes como plataforma de orquestación. Además, el 18 % están evaluando utilizarla y solo el 15 % de los encuestados no utilizan ni piensan utilizarla.

Los datos lo dejan clarísimo: Kubernetes se ha convertido en el estándar de facto para la orquestación de contenedores en entornos cloud. Si quieres saber más sobre esta tecnología, en este artículo te explicamos qué es Kubernetes, para qué sirve y cómo funciona esta plataforma que está revolucionando el desarrollo y despliegue de aplicaciones en la nube.

¿Qué es Kubernetes?

Kubernetes, abreviado como k8s, es una plataforma de orquestación de contenedores de código libre que permite automatizar el despliegue, escalado y gestión de aplicaciones contenerizadas. Permite administrar cientos o miles de contenedores de manera sencilla y en un solo lugar, facilitando enormemente las tareas de administración y mantenimiento de infraestructuras complejas.

Desarrollada originalmente por Google y ahora mantenida por la Cloud Native Computing Foundation, Kubernetes se ha convertido en una herramienta fundamental para la gestión de cargas de trabajo en contenedores a gran escala. Su nombre proviene del griego κυβερνήτης (kubernetes), que significa «piloto» o «timonel», reflejando su papel como sistema que gobierna y dirige contenedores.

¿Cuál es la diferencia entre Kubernetes y Docker?

Docker es un runtime y plataforma de contenedores que permite empaquetar aplicaciones y sus dependencias en unidades estandarizadas llamadas contenedores. 

Mientras que Docker se centra en la creación y ejecución de contenedores individuales, Kubernetes es una plataforma de orquestación que gestiona múltiples contenedores Docker (u otros tipos) a gran escala, automatizando su despliegue, escalado y operaciones.

¿Qué es un clúster de Kubernetes?

Un clúster de Kubernetes es un conjunto de máquinas (nodos) que trabajan juntas como un sistema único para ejecutar aplicaciones contenerizadas. Se compone de al menos un nodo maestro que controla el clúster y varios nodos trabajadores donde se ejecutan las aplicaciones. Esta arquitectura distribuida permite alta disponibilidad, escalabilidad y tolerancia a fallos, ya que las cargas de trabajo pueden redistribuirse automáticamente entre los nodos disponibles.

¿Para qué sirve Kubernetes?

Imagina que una empresa de desarrollo de software tiene varias aplicaciones basadas en microservicios alojada en la nube de AWS. Estas, a su vez, constan de numerosos servicios independientes que se encapsulan en contenedores Docker que se comunican entre sí. 

Sin Kubernetes, manejar manualmente todos estos contenedores sería una tarea compleja y propensa a errores. Kubernetes simplifica su gestión automatizando tareas críticas como el despliegue de nuevas versiones, el balanceo de carga entre contenedores, el escalado automático según la demanda y la recuperación ante fallos. ´

Además, proporciona herramientas para monitorizar la salud de las aplicaciones y garantizar que todos los servicios funcionan correctamente.

Así, la misión principal de Kubernetes es que las aplicaciones estén siempre disponibles, sean escalables y fáciles de manejar, independientemente de la complejidad del sistema subyacente. Esto permite a los equipos de desarrollo centrarse en la lógica de negocio en lugar de en la infraestructura. Esto se puede aplicar en distintos casos de uso:

• Desarrollo y despliegue de aplicaciones
• Aplicaciones native cloud
• Aplicaciones basadas en microservicios
• CI/CD
• Aplicaciones Serverless
• Infraestructuras híbridas y multicloud
• Infraestructuras como código
• Edge computing y procesamiento distribuido

¿Cómo funciona Kubernetes?

Kubernetes funciona gracias a su lógica de clúster maestro-nodo, donde un nodo maestro (control plane) controla y coordina múltiples nodos trabajadores. El nodo maestro mantiene el estado deseado del clúster y toma decisiones sobre dónde y cómo ejecutar las cargas de trabajo, mientras que los nodos trabajadores son las máquinas que ejecutan las aplicaciones y cargas de trabajo en contenedores. Se distinguen diferentes componentes:

• Control Plane (Nodo Maestro): es el cerebro de Kubernetes que gestiona el estado del clúster. Incluye componentes como el API Server, etcd, Scheduler y Controller Manager.
• Nodos trabajadores: son las máquinas que ejecutan las aplicaciones. Contienen el kubelet, kube-proxy y el runtime de contenedores.
• Pods: la unidad más pequeña y básica en Kubernetes, que encapsula uno o más contenedores que comparten recursos.

De esta forma, el equipo de DevOps o SRE puede definir las configuraciones y políticas necesarias en Kubernetes para gestionar el despliegue y la operación de las aplicaciones de manera eficiente. Mediante archivos YAML declarativos, se especifica el estado deseado del sistema, incluyendo aspectos como el número de réplicas, los recursos asignados y las políticas de escalado.

Kubernetes se encarga entonces de mantener este estado de forma automática, reduciendo significativamente la carga operativa del equipo.

Ejemplo de cómo funciona Kubernetes

Imagina que tienes un restaurante muy popular que necesita servir exquisitos platos a cientos de clientes al día. Para que todo funcione bien, necesitas un sistema que gestione las mesas, los pedidos, la cocina y los camareros de manera eficiente. Kubernetes sería ese sistema y distribuiría así el trabajo:

1. Kubernetes es el gerente que se encarga de gestionar el restaurante: supervisa que todo funcione correctamente, asigna los recursos de manera eficiente y se asegura de que los clientes (aplicaciones) reciban el mejor servicio posible. Si algo falla, toma decisiones inmediatas para resolverlo y mantener el restaurante funcionando sin problemas.
2. El restaurante es el clúster de Kubernetes: es el espacio donde ocurre todas las operaciones. Contiene todas las áreas necesarias para servir a los clientes, desde la cocina hasta el comedor, al igual que un clúster de Kubernetes engloba todos los recursos y componentes necesarios para ejecutar las aplicaciones.
3. Los clientes son los usuarios finales o aplicaciones que necesitan ser atendidos: al igual que los clientes del restaurante tienen diferentes necesidades y preferencias, las aplicaciones tienen diferentes requisitos de recursos y configuraciones que Kubernetes debe gestionar.
4. Las mesas son los nodos: cada mesa tiene capacidad para un cierto número de clientes (recursos, como CPU y memoria). El gerente (Kubernetes) se asegura de que las mesas estén ocupadas de manera equilibrada y que ningún cliente se quede sin lugar.
5. Los platos son los pods: los platos que se sirven a los clientes representan los pods. Cada pod contiene algo que se necesita, como un plato de comida (un contenedor con una aplicación). En Kubernetes, un pod puede contener uno o varios contenedores que trabajan juntos para cumplir una tarea específica.
6. La Cocina es el runtime de los contenedores: la cocina es el lugar donde se preparan los platos, similar al runtime de contenedores (como Docker), que es el encargado de ejecutar los contenedores dentro de los pods. La cocina sigue recetas (las imágenes del contenedor) para asegurarse de que los platos estén preparados correctamente.
7. El menú es la configuración: el menú del restaurante describe lo que puedes ofrecer (por ejemplo, pizza, pasta, ensaladas). En Kubernetes, esto sería equivalente a los archivos de configuración en YAML o JSON, que especifican qué aplicaciones ejecutar, cuántas copias necesitas y cómo deben comportarse.
8. Los camareros son Kubelets: los camareros son como los kubelets en Kubernetes. Su trabajo es asegurarse de que cada mesa reciba los platos correctos y que todo esté en orden. Si un cliente necesita algo más, el camarero se encarga de gestionarlo (como reiniciar un contenedor si falla).
9. El gerente es el Plano de Control: el gerente del restaurante es el plano de control de Kubernetes. Se asegura de que:
   1. Las mesas estén ocupadas la mayoría del tiempo (scheduler de recursos disponibles)
   2. Los pedidos se procesan correctamente (API Server).
   3. Se supervisa todo el funcionamiento del restaurante y se tomen medidas si algo no va bien (Controller Manager).
10. El Personal de limpieza es la autocuración: si algo sale mal, como un cliente derrama su bebida, el personal de limpieza entra en acción de inmediato para solucionarlo. En Kubernetes, esto es como la autocuración, que reinicia contenedores fallidos o los mueve a otro nodo si es necesario.
11. El anuncio es el servicio: para que los clientes sepan que el restaurante está abierto y puedan entrar, necesitas un cartel que diga «Abierto». En Kubernetes, esto es como un Servicio (Service), que expone tus aplicaciones al mundo exterior y dirige a los clientes al lugar correcto (los pods que están funcionando).

¿Por qué Kubernetes?

En un entorno donde las aplicaciones modernas son cada vez más complejas y descentralizadas, Kubernetes se ha convertido en una herramienta esencial para gestionar estas infraestructuras de manera eficiente. Así, y según la encuesta de la CNCF, la mayoría de las empresas adoptan Kubernetes por los siguientes motivos:

1. Por su portabilidad y flexibilidad: el 65% de los encuestados utiliza Kubernetes en múltiples infraestructuras. Las empresas lo adoptan principalmente por su portabilidad y flexibilidad, características que lo hacen ideal para implementarse en diversos entornos: locales, nubes privadas, nubes públicas o configuraciones híbridas. Esta versatilidad permite mover cargas de trabajo ágilmente entre diferentes infraestructuras.
2. Automatización: la automatización de tareas repetitivas y procesos de gestión es otra razón clave por la que las empresas adoptan Kubernetes. La plataforma automatiza el despliegue, escalado y gestión de aplicaciones contenerizadas, reduciendo notablemente el trabajo manual y los errores humanos. Esto permite a los equipos de TI centrarse en tareas de mayor valor añadido en lugar de en operaciones rutinarias.
3. Interoperabilidad: los equipos DevOps valoran especialmente la capacidad de Kubernetes para trabajar con diferentes tecnologías y herramientas. Su arquitectura basada en estándares abiertos facilita la integración con diversas soluciones de monitorización, registro, seguridad y CI/CD, permitiendo a las organizaciones utilizar sus herramientas preferidas mientras adoptan la plataforma.
4. Escalabilidad: Kubernetes proporciona capacidades de escalado automático que permiten a las aplicaciones adaptarse dinámicamente a la demanda. Esto asegura un uso eficiente de los recursos y una experiencia de usuario consistente, incluso durante picos de tráfico.
5. Abstracción de la infraestructura: Kubernetes abstrae la complejidad de la infraestructura subyacente, permitiendo a los desarrolladores centrarse en el código de la aplicación sin preocuparse por los detalles específicos del hardware o el sistema operativo. Esta capa de abstracción facilita la gestión uniforme de recursos en diferentes entornos y proveedores cloud, simplificando así las operaciones de TI
6. Monitorización: Kubernetes permita la fácil monitorización y observabilidad de las aplicaciones. La plataforma proporciona métricas detalladas sobre el rendimiento, el uso de recursos y el estado de los contenedores, permitiendo a los equipos detectar y resolver problemas rápidamente. Esta capacidad de monitorización en tiempo real es clave a la hora de mantener la fiabilidad y el rendimiento óptimo de las aplicaciones en producción.

Si trabajas con Kubernetes y quieres optimizar tus clústeres, es importante seguir las mejores prácticas de la industria y utilizar herramientas especializadas para la gestión y monitorización. En Ausum Cloud ofrecemos servicios especializados de consultoría y soporte para ayudarte a implementar y gestionar tus clústeres de Kubernetes de manera óptima. Nuestro equipo de expertos puede ayudarte a optimizar tu infraestructura y asegurar que sigues las mejores prácticas del sector.