Kubernetes: saiba o que é, como usar – Guia completo 2022

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Saiba mais sobre o Kubernetes, uma tecnologia utilizada para automatizar implantações de aplicações, facilitando a vida do time de tecnologia!

O kubernetes (K8s) é uma das principais tecnologias do momento e a adoção dessa metodologia tem se espalhado por empresas de todos os tamanhos!

Ter conhecimento sobre o K8s desbloqueia diversas oportunidades para profissionais de TI, que podem acompanhar o fluxo de crescimento dessa tecnologia.

Pensando em um exemplo prático para clarear sobre essa história de K8s, vamos pensar na situação em que é necessário implementar e colocar no ar uma nova versão de uma aplicação.

Quem é da área sabe como esse é um processo bastante complexo e arriscado, pois conta com uma série de passos manuais ou semi-automatizados.

Se algo der errado no meio desse processo, fazer o rollback para a versão anterior é super complicado e pode colocar complicado na história se a sua aplicação é composta por dezenas de microsserviços.

Isso realmente é tirar o sono de qualquer equipe de tecnologia e desenvolvimento.

Contudo, para a felicidade dessas almas guerreiras, a tecnologia K8s elimina muitos processos manuais que uma aplicação em containers exige, oferecendo mais agilidade a projetos de microsserviços.

Ficou curioso(a) para entender melhor sobre o K8s? Então continue a leitura desse artigo que é um guia completo e atualizado sobre essa tecnologia.

O que é um Docker?

Você chegou aqui para entender sobre o que é Kubernetes, mas se depara com um título “O que é um Docker?”. 

Calma, você não está perdido na leitura e nem mesmo nos confundimos. É que para entender K8s, é necessário conhecer o que é um Docker.

O Docker se trata de uma ferramenta padrão para implementar uma aplicação usando containers. 

Essa ferramenta é um container engine bastante utilizado e se baseia no formato mais popular para empacotar uma aplicação.

Trabalhar com códigos em contêiner traz como vantagem o encapsulamento de todas as dependências necessárias para rodar a aplicação, como bibliotecas, o runtime e o código da aplicação. 

Esse combo inserido em um único pacote pode ser denominado imagem e essa imagem pode ser versionada, sendo fácil de distribuir.

Apesar de ter revolucionado a forma de distribuir e rodar aplicações, existem alguns problemas intrínsecos no uso do Docker.

Se, por exemplo, o container falha na execução, como garantir que ele pode voltar ao ar novamente de maneira automática para se manter disponível?

Essa preocupação é ainda maior quando pensamos em uma arquitetura baseada em Microservices. 

Pensando nisso, será que não existe uma forma de manter a alta disponibilidade?

É por isso que existe o K8s, um projeto open-source, bem popular que também funciona nos grandes provedores de nuvem.

imagem de uma tela de computador com códigos escritos

O que é Kubernetes?

Agora sim, chegamos na nossa solução: O Kubernetes!

O Kubernetes também conhecido como K8s é um projeto criado pelo Google com grandes contribuições da Red Hat, sendo um dos projetos open source mais populares no Github. 

Em síntese, o K8s chegou no mercado com uma grande experiência da Google, que só tende a crescer nos quesitos funcionalidades e usuários.

Esse projeto foi desenvolvido por engenheiros do Google e, inclusive, a própria empresa já anunciou publicamente que tudo no Google é executado em containers.

Atualmente, o Google gera mais de 2 bilhões de implantações de contêineres por semana graças à plataforma Borg, um antecessor do K8s. 

A tecnologia Kubernetes foca no objetivo de orquestrar containers e automatizar a implantação de aplicações. Hoje, o K8s é um projeto mantido pela Cloud Native Computing Foundation, gerenciando os clusters que contêm os hosts que executam as aplicações Linux.

O K8s é especialmente ideal para hospedar aplicações cloud-native que exigem escalabilidade rápida, tendo em vista a presença de clusters que podem incluir hosts na nuvem.

Além disso, essa tecnologia conta com a transmissão de dados em tempo real por meio do Apache Kafka.

Então, sempre que você precisar agrupar em clusters os hosts executados nos containers Linux, o K8s será a sua mão auxiliadora, que tem o papel de gerenciar esses clusters.

O interessante é que os clusters podem incluir hosts em nuvem pública, nuvem privada ou nuvem híbrida. 

Como funciona o Kubernetes: Containers

Assim como agrupamos envios de um local para outro através de contêineres o K8s utiliza essa lógica para agrupar códigos em um contêiner para ser executado em diversos locais. 

Utilizando essa lógica, os programadores podem trabalhar com componentes menores e mais organizados, utilizando a arquitetura de microsserviços, um modelo de programação que está fazendo sucesso atualmente.

A junção de microservices e containers tem simplificado (e muito) a vida dos programadores, que não precisam mais sofrer com códigos monstruosos e para lá de confusos.

Para as empresas, uma das principais vantagens em utilizar o K8s reside justamente na ação de optimização e desenvolvimento de aplicações para a cloud.

Com o K8s as organizações têm uma plataforma para programar e executar containers em clusters de máquinas físicas ou virtuais. 

Possibilidades com o Kubernetes

O K8s é de fácil implantação, abrindo diversas possibilidades para as empresas, graças a infraestrutura baseada em containers para os ambientes de produção. 

Além disso, um dos propósitos do K8s é automatizar completamente as tarefas operacionais, permitindo que os containers realizem tarefas de gerenciamento de outros sistemas ou de plataformas de aplicações.

Vejamos aqui outras possibilidades que o K8s pode oferecer para os times de tecnologia:

  • Orquestramento de containers em vários hosts;
  • Escalabilidade rápida de aplicações em containers e recursos relacionados;
  • Gerenciamento de serviços de forma declarativa;
  • Auto Recuperação das aplicações com posicionamento, reinício, replicação e escalonamento automáticos;
  • Melhor aproveitamento do hardware para maximizar os recursos;
  • Automatização das implantações e atualizações de aplicações.

Para ter acesso a todos esses recursos é necessário que o K8s trabalhe em conjunto com outros projetos.

Em outras palavras, com a inclusão de outros projetos open source, é possível atingir a capacidade total do Kubernetes. 

Dentre esses projetos necessários, podemos citar aqueles relacionados a atividades de registro, rede, telemetria, segurança, automação e um catálogo variado de serviços previamente criados de padrões de aplicações populares.

imagem de um laptop de fundo e no primeiro plano imagens de arquivos em nuvens

Como funciona o Kubernetes: Aplicações cloud-native

Você já ouviu falar sobre o cloud-native?

Esse modelo de desenvolvimento é bastante dinâmico e tem como objetivo otimizar a computação na nuvem.

Ele é centrado na experimentação e tem como foco a automação de tarefas e microsserviços.

Além disso, incorporam diversas práticas que são capazes de automatizar o ciclo de vida da aplicação como um todo.

As aplicações projetadas nesse modelo conseguem tirar o máximo de proveito em ambientes em nuvem, seja ela privada ou pública.

No modelo cloud-native existem aplicações em que todas as partes da aplicação coexistem juntas, gerando um forte acoplamento e essas aplicações são conhecidas como monolíticas.

Na arquitetura de microsserviços as aplicações são compostas por partes menores e independentes que são denominados serviços e resultam em um fraco acoplamento.

Nesse modelo de microsserviços cada serviço é especializado de forma que ofereçam uma API capaz de se comunicar com outros serviços.

Devido a essa característica, diferentes equipes podem assumir diferentes partes de uma mesma aplicação. Além disso, , é possível que um mesmo serviço seja utilizado por múltiplas aplicações sem a necessidade de esforço extra.

Características das aplicações cloud-native

O cloud-native tem como característica principal utilizar contêineres para o encapsulamento dos microsserviços.

Dentro desses contêineres contém os serviços e suas dependências.

Utilizando essa infraestrutura, os contêineres se tornam independentes da infraestrutura, com isso, eles podem ser migrados com facilidade de uma nuvem para outra, por exemplo.

Além disso, o uso de contêineres são essencialmente funcionais quando pensamos na necessidade de escalabilidade da estrutura ou o deploy de novas versões.

Então, por exemplo, se uma aplicação conta com 2 contêineres de interface web e mesmo assim não é o suficiente, o developer pode facilmente iniciar mais um contêiner para dar conta do serviço.

Ou então, se surgir uma versão nova da aplicação, para atualizar basta substituir os contêineres anteriores por uma nova versão.

Caso a nova versão conte com um bug muito crítico, não é preciso desespero! Basta substituir de novo pelo contêiner da versão anterior.

Mais fácil, não é mesmo?

Flexibilizar dessa forma apresenta diversas vantagens, porém, nem tudo são flores.

Também existem desafios quando se pensa em uma aplicação composta por muitas partes pequenas, tendo em vista que realizar o gerenciamento disso manualmente é bastante complexo.

Funcionalidades do Kubernetes

O K8s oferece diversas funcionalidades que serão abordadas ao longo desse texto, porém, antes de iniciarmos, precisamos conhecer o conceito de estado da aplicação.

O K8s conta com dois tipos de gestão, o atual e o desejado.

No estado atual a aplicação descreve a realidade. Então, por exemplo, nesse estado é apresentado quantas réplicas de um determinado serviço está em execução.

Ou então, qual a versão em produção de cada serviço dentro daquela aplicação.

Por outro lado, o estado desejado descreve o que a pessoa responsável pela aplicação deseja no momento.

Com o K8s, o responsável ou o time tem um melhor acompanhamento dos estados, tendo em vista que essa implementação realiza uma série de loops que ficam constantemente verificando se o estado atual é igual ao estado desejado. 

Quem desempenha esse papel são os controllers e quando eles identificam que o estado atual é diferente do estado desejado, então é acionado outros componentes do sistema.

Esses componentes fazem com que o estado atual se iguale ao estado desejado.

Para que esse processo de monitoramento e gestão ocorra de uma maneira ideal é necessário uma série de componentes trabalhando em conjunto.

Por isso que a arquitetura de um ambiente Kubernetes é baseada em um cluster de máquinas.

A arquitetura Kubernetes: Como funciona?

Como citamos anteriormente, o K8s funciona com uma série de componentes que tem o seu próprio propósito. 

Então, para garantir que cada componente desempenhe a sua função de maneira correta de forma que funcione de forma resiliente, o K8s utiliza um cluster de máquinas para ser executado.

Vamos conhecer agora os 3 tipos de máquinas de um cluster:

Node

O Node é uma máquina cuja função é executar os contêineres que encapsulam as aplicações gerenciadas pelo K8s.

Então, por exemplo, quando você fizer o deploy de uma aplicação em um cluster K8s, a aplicação será executada em um dos Nodes do cluster. 

Um conjunto de Nodes é chamado de Workers. 

etcd

A máquina tem como função armazenar tudo o que está acontecendo dentro do cluster, incluindo o estado da aplicação.

Para que o cluster esteja sempre disponível é fundamental que esses nós estejam bem gerenciados, em especial, nos ambientes de produção que necessitam de alta disponibilidade.

Master

O Master é o nó em que os principais componentes do K8s são executados.

Então, por exemplo, o Scheduler que tem a responsabilidade de controlar a alocação de recursos no cluster é executado no Master.

Control Plane

O Control Plane é o conjunto de nós Master e podem ser considerados como o cérebro de um cluster K8s.

Esse conjunto é responsável por gerenciar os principais componentes do sistema e garantir o funcionamento de acordo com o estado desejado da aplicação.

Aprendendo kubernetes: como criar aplicações?

As mudanças de estado de um cluster K8s podem ocorrer de duas formas e essas mudanças se referem às mudanças de configurações.

Configuração Imperativa

A primeira forma é a abordagem tradicional, conhecida como configuração imperativa.

Nesse formato o developer aponta como cada mudança deve ocorrer.

Então, vamos imaginar que você queira mudar o número de réplicas de uma determinada Pod de 3 para 4.

No modelo imperativo você precisará enviar comandos diretamente para a API do K8s informado que deseja alterar o número de réplicas de 3 para 4. 

Configuração declarativa

Agora imagine fazer essa ação em uma aplicação que conta com muitos microsserviços inclusos?

Em uma situação como essa, vamos imaginar que enquanto você estava alterando cada um deles, algo aconteceu e você só teve tempo de aplicar as mudanças em metade das Pods.

Se algo começar a dar errado as outras pessoas do seu time não vão saber o que já foi alterado e o que ainda não foi e nessa cama de gato a sua aplicação pode acabar ficando fora do ar.

Para não cair nesse tipo de problema, o K8s suporta a Configuração Declarativa.

Nessa abordagem declarativa é possível informar como uma mudança deve ser feita e  qual mudança deve ser feita.

Dessa forma, o Control Plane do K8s poderá decidir qual é a melhor forma de aplicar aquela mudança.

Com isso, é possível tornar o estado atual da aplicação igual ao estado desejado.

Utilizando o exemplo anterior, na configuração declarativa, para alterar o número de réplicas de uma Pod de 3 para 4 bastaria alterar o valor do campo “réplicas” e esse arquivo YAML para a API do K8s.

Entendendo a API do Kubernetes

A API do K8s permite a interação entre os componentes de um cluster tanto pela linha de comando quanto pela interface web.

Não somente, o API do K8s é responsável por definir os Objects que fazem parte do ecossistema do K8s.

Por isso, podemos dizer que ele é um dos principais elementos do Control Plane.

Para entender melhor sobre a API do Kubernetes, vamos a uma situação do dia a dia.

Então, por exemplo, quando uma alteração de estado é enviada, seja ela de forma imperativa ou declarativa, a API cria um registro de intenção, o Record of Intent.

Nessa situação, a depender do Object que está sendo alterado nesse Record of Intent, um Controller específico poderá detectar que o estado desejado foi alterado e poderá reagir para aplicar as mudanças necessárias.

Em um primeiro momento, a API do Kubernetes pode parecer complexo porque existem muitos tipos de Objects, porém essa é apenas uma primeira impressão.

As coisas são facilitadas porque os Objects são agrupados em diferentes categorias, como Core, Apps e Storage.

A organização desses grupos é composta por desenvolvedores da comunidade K8s, sendo eles os responsáveis pela evolução de cada categoria.

Diante dessa realidade, podemos identificar a forte natureza open source do projeto e a influência direta dos usuários na sua evolução.

Dessa forma, a gestão e evolução da API é menos complicada do que imaginamos.

Um resumo das vantagens do kubernetes

Apesar de parecer complexa em um primeiro momento e de difícil execução, visto que existem muitos conceitos e componentes que são envolvidos no funcionamento de um cluster K8s.

Todavia, essa é uma ferramenta bastante poderosa e apresenta diversas vantagens quando está devidamente orquestrada quando é utilizada no momento certo. 

Para dar uma dimensão melhor, vamos resumir alguns pontos que apresentam vantagens ao utilizar o K8s:

  • O Kubernetes oferece uma plataforma completa para aplicações muito utilizadas atualmente, como o cloud-native;
  • O kubernetes utiliza um conjunto de nós Master conhecidos como Control Plane para controlar tudo o que acontece dentro do cluster e monitorar o estado da aplicação;
  • Para representar os aspectos do estado de uma aplicação o K8s utiliza abstrações como o Pods e o Deployments;
  • Para arquivos no formato YAML que são enviados para a API a forma declarativa que existe no K8s é a mais ideal.
  • A API do Kubernetes é a porta de entrada de um cluster, sendo utilizada tanto pela linha de comando quanto pela interface web.
pessoa olhando para tela do computador com linhas de códigos escritos

O que é um cluster Kubernetes e como construir um?

Achou interessante o modelo cluster Kubernetes? Que tal aprender a fazer o seu próprio?

Nós trouxemos um exemplo simples de como fazer o seu primeiro cluster K8s, afinal, a melhor forma de aprender algo é criando o seu próprio, não é mesmo?

Bem, para criar um cluster K8s existem três principais formas:

Play With Kubernetes

A primeira via para criar o seu próprio cluster K8s é utilizando o Play With Kubernetes.

O Play with Kubernetes é um site de laboratórios fornecido pela própria desenvolvedora do Kubernetes, o Docker, criado pelo Tutorius. 

Esse site é como um playground que permite aos usuários executar clusters K8s em questão de segundos. 

No Play with K8s você pode acessar um cluster através do seu browser e ter acesso a um ambiente de laboratório para brincar por até 4 horas. 

Depois desse tempo o ambiente é destruído, porém, você sempre poderá criar um novo.

Docker

A segunda opção para criar um cluster K8s é através do Docker.

O Docker é a principal plataforma para contêineres no momento, sendo o maior popularizador dessa tecnologia nos últimos tempos.

O Docker tem gerado uma série de novas tecnologias e práticas no mundo do desenvolvimento, como a tão popular aplicação  cloud-native.

Através do Docker você pode criar um cluster K8s na sua máquina e ela não precisa ser uma monstrona!

Neste caso, é necessário somente que você instale o Docker seguindo as instruções para o seu sistema operacional.

Com o programa aberto, basta clicar com o botão direito no ícone do Docker e selecionar Preferências. Nas preferências você encontrará a opção chamada K8s.

Provedor de nuvem pública

Por fim, você pode criar o seu próprio cluster K8s através dos serviços oferecidos pelos provedores de nuvem pública.

Os principais provedores que oferecem a possibilidade de criar clusters da K8s  são Amazon EKS da AWS, Kubernetes Engine do Google Cloud Platform e AKS da Azure (Microsoft).

Essas três opções são as mais conhecidas e consolidadas do mercado, oferecendo um cluster gerenciado e de grande capacidade.

Então, você não precisará se preocupar com a quantidade de nós etcd e Master, por exemplo.

Conclusão

O projeto K8s é algo que está em constante expansão, graças a sua característica open source que permite a interação de usuários na evolução das aplicações.

Além disso, atualmente, grandes provedores de nuvem como Azure, AWS, IBM, Red Hat ou Google já dão suporte ao Kubernetes. 

Dessa forma, existe uma maior seguridade para o gerenciamento dos clusters K8s.

O interessante é que as configurações locais que definem o estado da aplicação também rodam no K8s na nuvem. 

Dessa forma, você pode testar o orquestrador local usando Minikube e depois publicar o sistema no AWS ou Azure de uma maneira facilitada!

Bem, esperamos que esse artigo tenha funcionado como um Guia atualizado e tenha te ajudado a compreender melhor sobre a utilização do K8s.

O mercado voltado para o K8s está a todo vapor e quem se empenhar em aprender sobre o K8s estará abrindo portas para novas oportunidades!

E aí, esse artigo foi útil para você? Tem muito mais conteúdo esperando por você aqui no nosso blog. Explore e fique por dentro dos principais assuntos sobre tecnologia e desenvolvimento. Até a próxima!

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Sobre a autora: Tárin Reis, Jornalista e Redatora especialista em conteúdo web sobre tecnologia, carreiras e capacitação profissional.

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