O é Kubernetes?

O que é Kubernetes?

"Kubernetes é um sistema de código aberto para automatizar a implantação, escalabilidade e gerenciamento de aplicações containerizadas".

Kubernetes vem da palavra grega κυβερνήτης, que significa timoneiro ou piloto de navio. Com essa analogia em mente, podemos pensar no Kubernetes como o piloto de um navio de containers.

Kubernetes também é referido como k8s, pois há 8 caracteres entre o k e o s.

Kubernetes é altamente inspirado pelo sistema Google Borg, um orquestrador de containers e cargas de trabalho para suas operações globais, que o Google tem usado por mais de uma década. É um projeto de código aberto escrito na linguagem Go e licenciado sob a Licença Apache, Versão 2.0.

Kubernetes foi iniciado pelo Google e, com seu lançamento v1.0 em julho de 2015, o Google o doou para a Cloud Native Computing Foundation (CNCF), uma das maiores sub-fundações da Linux Foundation.

Novas versões do Kubernetes são lançadas em ciclos de 4 meses.

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Do Borg ao Kubernetes

De acordo com o resumo do artigo sobre o Borg do Google, publicado em 2015,

"O sistema Borg do Google é um gerenciador de clusters que executa centenas de milhares de tarefas, de milhares de diferentes aplicações, em vários clusters, cada um com até dezenas de milhares de máquinas".

Por mais de uma década, o Borg tem sido o segredo do Google, executando suas cargas de trabalho containerizadas em produção em todo o mundo. Serviços que usamos do Google, como Gmail, Drive, Maps, Docs, etc., são todos atendidos usando o Borg.

Entre os autores iniciais do Kubernetes estavam funcionários do Google que usaram e desenvolveram o Borg no passado. Eles aplicaram seu valioso conhecimento e experiência ao projetar o Kubernetes. Várias características/objetos do Kubernetes que podem ser rastreados até o Borg, ou a lições aprendidas com ele, são:

• API servers
• Pods
• IP-per-Pod
• Services
• Labels

Funcionalidades do Kubernetes

Kubernetes oferece um conjunto muito rico de funcionalidades para orquestração de containers. Algumas de suas funcionalidades totalmente suportadas são:

Empacotamento automático

Kubernetes agenda automaticamente containers com base nas necessidades de recursos e restrições, para maximizar a utilização sem sacrificar a disponibilidade.

Projetado para extensibilidade

Um cluster Kubernetes pode ser estendido com novos recursos personalizados sem modificar o código-fonte original.

Auto-recuperação

Kubernetes substitui e reprograma automaticamente containers de nós que falharam. Ele termina e reinicia containers que se tornam não responsivos a verificações de saúde, com base em regras/políticas existentes. Também impede que o tráfego seja roteado para containers não responsivos.

Escalabilidade horizontal

Kubernetes escala aplicações manualmente ou automaticamente com base na utilização de CPU ou métricas personalizadas.

Descoberta de serviços e balanceamento de carga

Containers recebem endereços IP do Kubernetes, enquanto ele atribui um único nome de Sistema de Nomes de Domínio (DNS) a um conjunto de containers para ajudar no balanceamento de carga das solicitações entre os containers do conjunto.

Funcionalidades adicionais:

Rollouts e rollbacks automatizados

Kubernetes implementa e reverte atualizações de aplicações e mudanças de configuração de forma contínua, monitorando constantemente a saúde da aplicação para evitar qualquer tempo de inatividade.

Gerenciamento de segredos e configurações

Kubernetes gerencia dados sensíveis e detalhes de configuração de uma aplicação separadamente da imagem do container, para evitar a reconstrução da imagem respectiva. Segredos consistem em informações sensíveis/confidenciais passadas para a aplicação sem revelar o conteúdo sensível para a configuração da pilha, como no GitHub.

Orquestração de armazenamento

Kubernetes monta automaticamente soluções de armazenamento definido por software (SDS) em containers a partir de armazenamento local, provedores de nuvem externos, armazenamento distribuído ou sistemas de armazenamento em rede.

Execução em lote

Kubernetes suporta execução em lote, trabalhos de longa duração e substitui containers que falharam.

Suporte Dual-Stack IPv4/IPv6

Kubernetes suporta endereços IPv4 e IPv6.

Kubernetes suporta funcionalidades comuns específicas de Plataforma como Serviço, como implantação de aplicações, escalabilidade e balanceamento de carga, mas permite que os usuários integrem suas soluções desejadas de monitoramento, registro e alerta através de plugins opcionais.

Por que usar Kubernetes?

Uma das grandes forças do Kubernetes é sua portabilidade. Ele pode ser implantado em muitos ambientes, como máquinas virtuais locais ou remotas, bare metal, ou em configurações de nuvem pública/privada/híbrida/multi-nuvem.

A extensibilidade do Kubernetes permite que ele suporte e seja suportado por muitas ferramentas de código aberto de terceiros que aprimoram suas capacidades e proporcionam uma experiência rica em recursos para seus usuários. Sua arquitetura é modular e plugável. Ele não apenas orquestra aplicações do tipo microsserviços modulares e desacoplados, mas também sua arquitetura segue padrões de microsserviços desacoplados. A funcionalidade do Kubernetes pode ser estendida escrevendo recursos personalizados, operadores, APIs personalizadas, regras de agendamento ou plugins.

Para um projeto de código aberto bem-sucedido, a comunidade é tão importante quanto ter um ótimo código. O Kubernetes é suportado por uma comunidade próspera em todo o mundo. Ele tem mais de 3.500 colaboradores, que, ao longo do tempo, realizaram mais de 120.000 commits. Existem grupos de encontro em diferentes cidades e países que se reúnem regularmente para discutir o Kubernetes e seu ecossistema. A comunidade é dividida em Grupos de Interesse Especial (SIGs), grupos que se concentram em tópicos especiais, como escalabilidade, bare metal, redes, armazenamento, etc.

Usuários do Kubernetes

Em menos de uma década desde sua estreia, o Kubernetes se tornou a plataforma de escolha para muitas empresas de diversos tamanhos para executar suas cargas de trabalho. É uma solução para gerenciamento de cargas de trabalho em setores como bancos, educação, finanças e investimentos, jogos, tecnologia da informação, mídia e streaming, varejo online, compartilhamento de viagens, telecomunicações, pesquisa nuclear e muitas outras indústrias. Existem inúmeros estudos de caso e histórias de sucesso no site do Kubernetes:

• BlackRock
• Booking.com
• Box
• CapitalOne
• Huawei
• IBM
• ING
• Nokia
• OpenAI
• Pearson
• Spotify
• Wikimedia
• E muitos mais.

Esses exemplos demonstram a versatilidade e a eficácia do Kubernetes em diferentes setores, destacando sua capacidade de gerenciar cargas de trabalho complexas e variadas de maneira eficiente e escalável.

Cloud Native Computing Foundation (CNCF)

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A Cloud Native Computing Foundation (CNCF) é um dos maiores subprojetos hospedados pela Linux Foundation. A CNCF tem como objetivo acelerar a adoção de containers, microsserviços e aplicações nativas da nuvem.

A CNCF hospeda uma infinidade de projetos, com mais a serem adicionados no futuro. A CNCF fornece recursos para cada um dos projetos, mas, ao mesmo tempo, cada projeto continua a operar de forma independente sob sua estrutura de governança pré-existente e com seus mantenedores existentes. Os projetos dentro da CNCF são categorizados com base em seus níveis de maturidade: Sandbox, Incubating e Graduated. No momento da escrita deste texto, mais de uma dúzia de projetos haviam alcançado o status Graduated, com muitos outros em Incubating e no Sandbox.

Projetos Graduados Populares (a partir de março de 2024):

• Kubernetes: Orquestrador de containers.
• Argo: Motor de workflow para Kubernetes.
• etcd: Armazenamento de chave-valor distribuído.
• CoreDNS: Servidor DNS.
• containerd: Runtime de container.
• CRI-O: Runtime de container.
• Envoy: Proxy nativo da nuvem.
• Fluentd: Para logging unificado.
• Flux: Entrega contínua para Kubernetes.
• Harbor: Registro de containers.
• Helm: Gerenciamento de pacotes para Kubernetes.
• Linkerd: Malha de serviços para Kubernetes.
• Open Policy Agent: Motor de políticas.
• Prometheus: Sistema de monitoramento e banco de dados de séries temporais.
• Rook: Orquestrador de armazenamento nativo da nuvem para Kubernetes.

Principais Projetos em Incubação:

• Buildpacks.io: Constrói imagens de aplicação.
• Contour: Controlador de ingress para Kubernetes.
• gRPC: Para chamada de procedimento remoto (RPC).
• CNI: Para rede de containers Linux.
• Knative: Containers serverless em Kubernetes.
• KubeVirt: Gerenciador de Máquinas Virtuais baseado em Kubernetes.
• Notary: Para segurança de dados.
• E muitos mais.

Existem muitos projetos dinâmicos no Sandbox da CNCF voltados para métricas, monitoramento, identidade, scripting, serverless, nodeless, edge, esperando alcançar o status de Incubating e possivelmente Graduated. Enquanto muitos projetos ativos estão se preparando para decolar, outros estão sendo arquivados uma vez que se tornam menos ativos e não mais demandados. Os primeiros projetos a serem arquivados são o runtime de container rkt, o OpenTracing distribuído, a ferramenta de automação orientada a eventos Brigade e a Interface de Malha de Serviços.

Os projetos sob a CNCF cobrem todo o ciclo de vida de uma aplicação nativa da nuvem, desde sua execução usando runtimes de containers, até seu monitoramento e logging. Isso é muito importante para atender aos objetivos da CNCF.