¿Qué es un clúster de Kubernetes?

Un clúster de Kubernetes es un grupo de recursos informáticos, como servidores o máquinas virtuales, gestionados por el sistema de orquestación de contenedores de Kubernetes. Kubernetes es una plataforma de contenedorización de código abierto que hace que la implementación y el escalado de contenedores de aplicaciones sean sencillos y fáciles. Proporciona una API fácil de usar para administrar contenedores en diferentes entornos e infraestructuras. Un entorno de Kubernetes bien orquestado necesita también una protección de datos fiable. Si ya está aprovechando Kubernetes o pensando en hacerlo en un futuro próximo, las soluciones de backup nativas de Veeam pueden ayudarle a mantener protegidos sus clústeres y cargas de trabajo críticas.

Componentes de un clúster de Kubernetes

Un clúster de Kubernetes consta de dos tipos de nodos: nodos maestros y nodos de trabajador. Los nodos maestros son los componentes del plano de control responsables de administrar el estado general del clúster, como mantener el estado deseado del clúster, programar e implementar aplicaciones y administrar las redes del clúster. En un clúster de Kubernetes de alta disponibilidad, puede haber varios nodos maestros para la tolerancia a fallos.

Los nodos de trabajador, por otro lado, son los recursos de computación en los que se ejecutan las aplicaciones en contenedores. Alojan pods, que contienen al menos un contenedor, y son las unidades más pequeñas que se pueden implementar en Kubernetes. Los nodos de trabajo se comunican con el nodo maestro para garantizar que todo funcione según lo previsto.

Kubernetes también tiene dos tipos de componentes: Componentes del plano de control y componentes del nodo. Los componentes del plano de control son los siguientes.

• Kube-apiserver: El servidor de API es el mecanismo de control principal del plano de control de Kubernetes. Proporciona acceso a la API de Kubernetes y procesa las solicitudes y operaciones para actualizar el estado del clúster.
• Kube-scheduler: Este componente es responsable de colocar los pods en los nodos en función de los requisitos de recursos, la calidad del servicio, los requisitos y otras restricciones. Tiene en cuenta la capacidad de los nodos, las reglas de afinidad/antiafinidad y otros factores para tomar decisiones de programación.
• Kube-controller-manager: Este componente ejecuta procesos de controlador, que administran el estado general del clúster. Algunos ejemplos de controladores incluyen el controlador de replicación, que garantiza que se ejecute el número deseado de réplicas para una aplicación especificada, y el controlador de servicio, que administra el equilibrio de carga de las aplicaciones.
• etcd: Se trata de un almacén clave-valor distribuido y coherente que usa Kubernetes para almacenar todos los datos necesarios para gestionar el clúster, incluidos los datos de configuración y el estado general del sistema.

Los nodos individuales, por otro lado, involucran los componentes que se enumeran a continuación.

• Kubelet: Este agente se ejecuta en cada nodo de trabajador, lo que garantiza que los contenedores se ejecuten en pods e informa al plano de control del estado del nodo y de sus pods en ejecución. Se comunica con el servidor de la API para garantizar que se mantenga el estado deseado de la aplicación.
• Kube-proxy: Este componente es un proxy de red que se ejecuta en cada nodo de trabajador y permite la abstracción del servicio manteniendo las reglas de red y garantizando que el tráfico se reenvía correctamente a los pods adecuados.
• Entorno de ejecución del contenedor: Este software es responsable de ejecutar contenedores, como Docker, Containerd o CRI-O. Kubernetes admite diferentes entornos de ejecución de contenedores a través de la interfaz de tiempo de ejecución de contenedores.

Ambas categorías, combinadas dentro de un clúster, funcionan juntas para proporcionar una plataforma coherente y confiable para implementar y administrar aplicaciones en contenedores. Más específicamente, los clústeres de Kubernetes proporcionan la abstracción y la automatización necesarias para administrar aplicaciones en contenedores a escala, lo que permite a los desarrolladores centrarse en el código y los equipos de operaciones para administrar la infraestructura de manera más eficiente.

¿Cómo se trabaja con un clúster de Kubernetes?

Kubernetes se instala, configura y mantiene casi en su totalidad con la API de Kubernetes. Esta API expone la funcionalidad del sistema y permite la administración de clústeres y nodos mediante programación. Hay varias formas de trabajar con las API de Kubernetes, entre las que se incluyen:

• kubectl: La manera principal de interactuar con la API de Kubernetes es mediante la herramienta de línea de comandos kubectl. Traduce los comandos en llamadas a la API y las envía al servidor de la API.
• Llamadas a la API RESTful: Puede realizar llamadas directamente al servidor de la API RESTful de Kubernetes mediante herramientas como curl, wget o cualquier lenguaje de programación que admita solicitudes HTTP. Para autenticar y autorizar las llamadas a la API, deberá usar las credenciales y los tokens adecuados.
• Bibliotecas de cliente: Kubernetes proporciona bibliotecas cliente para varios lenguajes de programación, como Go, Python, Java y JavaScript. Estas bibliotecas ofrecen una forma más cómoda e idiomática de interactuar con la API de Kubernetes en su idioma preferido.

En Kubernetes, el estado deseado es una representación declarativa del estado esperado de los recursos dentro del clúster. Al actualizar pods, implementaciones o dispositivos, el estado se define mediante un archivo de configuración YAML o JSON. Kubernetes trabaja entonces para conciliar el estado real de los recursos con el especificado en el archivo de configuración.

El estado deseado incluye información como la imagen del contenedor, el número de réplicas para una implementación y las variables de entorno para los pods. También incluye el tipo de balanceo de carga utilizado para un servicio. Los controladores de Kubernetes supervisan continuamente estos archivos para realizar ajustes que coincidan con el estado deseado del contenedor.

Este enfoque declarativo proporciona varias ventajas, incluida la capacidad de Kubernetes para autorrecuperarse cuando un pod se bloquea o un nodo se vuelve inalcanzable. Kubernetes toma automáticamente medidas correctivas para restaurar el estado deseado. También ayuda a mantener los recursos del clúster en línea con los flujos de trabajo de control de versiones conocidos, lo que hace que las reversiones sean muy sencillas.

Cómo configurar un clúster de Kubernetes

Aunque pueda parecer complicado al principio, Kubernetes proporciona potentes abstracciones y una API coherente que facilita mucho la vida cuando se trata de gestionar aplicaciones a escala. Dicho esto, configurar un clúster de Kubernetes es único en lo que respecta a la infraestructura, por lo que es útil obtener una visión general del proceso. Sin embargo, antes de sumergirse, es útil comprender los requisitos de implementación.

Kubernetes puede ejecutarse en una gran variedad de configuraciones de hardware y VM. Los requisitos exactos dependen de la escala y de la demanda de recursos de sus aplicaciones. Sin embargo, para un clúster mínimo, cada nodo debe tener al menos 2 núcleos de CPU y 2 GB de RAM, una conexión de red estable y de alto rendimiento y suficiente almacenamiento en forma de almacenamiento local, NAS o una opción de almacenamiento basada en la nube, como Amazon EBS, Google Persistent Disk y Azure Disk.

Configurar el clúster de Kubernetes

Los clústeres de Kubernetes pueden implementarse prácticamente en cualquier entorno, incluso en las instalaciones locales, en una nube pública o mediante un servicio de Kubernetes gestionado, como Google Kubernetes Engine, Amazon Elastic Kubernetes Service o Azure Kubernetes Service. Seguir la ruta administrada simplifica el proceso, aunque Kubernetes autogestionado ofrece más control sobre la infraestructura.

Es necesario instalar kubectl, que es la herramienta de línea de comandos que interactúa con la API de Kubernetes. Se conecta a través de HTTP, y se instala desde una máquina local y se configura para conectarse a un clúster.

Definir componentes de aplicación

Las aplicaciones en contenedores de Kubernetes se describen mediante archivos de configuración declarativos YAML o JSON, que definen el estado deseado de los componentes de la aplicación. Los componentes principales son:

• Pods: Las unidades desplegables más pequeñas que ejecutan uno o más contenedores
• Servicios: Defina cómo exponer la aplicación a la red u otras partes del clúster
• Implementaciones: Defina el estado deseado de la aplicación y administre las actualizaciones continuas
• ConfigMaps y secretos: Almacene los datos de configuración y la información confidencial por separado de la imagen del contenedor

Despliegue la aplicación

Los clústeres se implementan utilizando kubectl para aplicar los archivos de configuración, que indica a Kubernetes que cree los recursos necesarios para lograr el estado deseado de la aplicación. Por su parte, la configuración real requiere mucho ajuste.

• Configure el plano de control: Establezca los nodos maestros con los componentes necesarios, incluidos kube-apiserver, etcd, kube-scheduler, kube-controller-manager. En una configuración de alta disponibilidad, necesitará varios nodos maestros detrás de un equilibrador de carga.
• Configurar nodos de trabajo: Configure los nodos de trabajo con los componentes necesarios, incluidos kubelet, kube-proxy y el entorno de ejecución del contenedor. Es posible que tenga que configurar el entorno de ejecución del contenedor, como Docker o containerd, según sus preferencias.
• Configurar redes: Kubernetes admite varias soluciones de red, como Calico, Flannel o Weave. Elija el que mejor se adapte a sus necesidades y siga la documentación del proveedor para la configuración.
• Configurar el almacenamiento: Configure las clases de almacenamiento y el aprovisionamiento según la solución de almacenamiento elegida. Esto incluye la configuración de volúmenes locales, almacenamiento conectado a la red o servicios de almacenamiento basados en la nube. También querrá implementar una solución de backup confiable.
• Configure el control de acceso basado en roles: Defina roles y permisos para que los usuarios y las aplicaciones accedan a la API y a los recursos de Kubernetes de forma segura.
• Configurar la monitorización y el registro: Configure herramientas de monitorización, como Prometheus y Grafana, para recopilar métricas y registros.
• Configure la seguridad: Implemente las mejores prácticas de seguridad, como proteger el servidor de la API de Kubernetes, cifrar los secretos y habilitar políticas de red para aislar los espacios de nombre.

Tenga en cuenta que estos son pasos de alto nivel para implementar y configurar un clúster de Kubernetes. El proceso exacto variará en función de la opción de implementación elegida, la infraestructura y los requisitos específicos.

Aunque Kubernetes tiene una curva de aprendizaje, sus potentes abstracciones y herramientas facilitan la gestión de aplicaciones en contenedores a escala. Con la práctica y la experiencia, descubrirá que trabajar con Kubernetes se vuelve más intuitivo con el tiempo. También hay muchos recursos disponibles en línea para ayudarlo a aprender y dominar esta poderosa tecnología de contenedorización.

Gestión de clústeres de Kubernetes

Para la monitorización, Kubernetes proporciona herramientas integradas que le ayudan a mantener la salud y el rendimiento del clúster. Mientras tanto, también existen herramientas y plataformas externas y de terceros que ofrecen monitorización, registro y alertas avanzados.

Kubernetes permite escalar fácilmente hacia arriba o hacia abajo las aplicaciones en función de la demanda, ya sea de forma manual o automática, mediante el escalador automático de pods horizontales, también conocido como HPA. Puede garantizar la longevidad del rendimiento de su aplicación manteniéndola segura y actualizada. Puede realizar actualizaciones continuas de la aplicación sin tiempo de inactividad actualizando la configuración de la implementación.

Cómo empezar con Veeam

Embarcarse en su viaje hacia Kubernetes puede parecer desalentador, pero con el enfoque y los recursos adecuados, puede convertirse rápidamente en un experto. Empiece por explorar las soluciones comunes y las mejores prácticas dentro del ecosistema de Kubernetes. Considere las necesidades específicas de su organización y cómo Kubernetes, junto con la solución de backup nativa de Veeam, puede ayudar a abordarlas.

Cuando esté listo para empezar, eche un vistazo a Veeam Kasten de Veeam, una solución de backup nativa de última generación diseñada específicamente para Kubernetes. Registre la versión comunitaria gratis y empiece a crear una estrategia de backup hoy mismo. Recuerde que un entorno de Kubernetes bien orquestado no está completo sin una protección de datos confiable. Haga de Veeam su compañero de confianza en su aventura de contenerización con Kubernetes.