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Introducción a Kubernetes

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Introducción a Kubernetes

Resumen de una línea

Qué es Kubernetes, por qué surge, cómo se diferencia de otras soluciones, y su arquitectura fundamental de nodos master/worker.

Información

El Problema: Escalabilidad en Producción

Aplicaciones Tradicionales vs Internet-Scale

Aplicaciones internas (tradicionales):

  • Usuarios conocidos (empleados)
  • Demanda predecible
  • Actualizaciones programadas
  • Cambios poco frecuentes
  • ✅ Fácil de gestionar

Aplicaciones en Internet:

  • Miles de millones de usuarios potenciales
  • Demanda variable (1 a millones de usuarios)
  • Debe estar siempre disponible (24/7/365)
  • Actualizaciones frecuentes y continuas
  • ❌ Imposible gestionar manualmente

Arquitectura de Servicios Web Escalables

Evolución de 11 pasos (simplificado):

  1. Paso 1-3: Separar componentes (web, aplicación, DB)
  2. Paso 4-5: Añadir cachés (SQL, HTTP)
  3. Paso 6-7: Escalado horizontal + balanceadores + HA
  4. Paso 8-11: Microservicios en contenedores distribuidos

Conclusión: Gestionar esto manualmente es imposible. Necesitamos orquestación.

¿Qué es Kubernetes?

Definición

Kubernetes (k8s) es un orquestador de contenedores desarrollado por Google que automatiza:

  • 🚀 Despliegue: Rápido y automático
  • 📈 Escalabilidad: Ajusta recursos al vuelo
  • 🔄 Actualizaciones: Sin interrupciones
  • ⚙️ Gestión de recursos: Limita y asigna CPU/RAM
  • 🔌 Ciclo de vida completo: Monitoreo, recuperación, self-healing

Características Principales

  • Centrado en producción: Para administradores de sistemas (ops)
  • Infraestructura en nube: Diseñado para cloud (pública/privada/híbrida)
  • Extensible: Miles de plugins y módulos
  • Código abierto: Apache License v2.0
  • Gobernanza abierta: Dirigido por CNCF (Cloud Native Computing Foundation), no por Google

Historia del Proyecto Kubernetes

Origen

  • 2014: Google publica Kubernetes (v0.2)
  • Basado en experiencia interna con Borg (gestor de clústers de Google)
  • Heredero de 20+ años de experiencia en orquestación

Evolución de Gobernanza

2014: Google inicia proyecto
  ↓
2015: Google cede control a CNCF
  ↓
Hoy: Proyecto de fundación con contribuciones abiertas
     Miembros: Decenas de grandes empresas (no solo Google)

Desarrollo Actual

Aspecto Detalle

Repositorio GitHub (kubernetes/kubernetes) Contribuciones 100,000+ commits, miles de participantes Versión actual 1.23+ (2 o 3 releases anuales) Estabilidad Muy estable, retrocompatibilidad mantenida

Orquestadores: Alternativas

Docker Swarm

Ventajas:
- Simple, integrado en Docker Engine
- Bajo overhead

Desventajas:
- Funcionalidad limitada
- No competir con k8s en grandes entornos
- En declive

Apache Mesos

Ventajas:
- Potente, flexible
- Usado en plataformas como DC/OS

Desventajas:
- Curva de aprendizaje pronunciada
- Menos adopción que k8s

Hashicorp Nomad

Ventajas:
- Simple, flexible
- Agnóstico de workloads

Desventajas:
- Requiere software adicional
- Menos integrado que k8s

Kubernetes (k8s)

Ventajas:
- Estándar de facto en producción
- Completo: gestión, networking, storage, config
- Enorme ecosistema (CNCF landscape)
- Gobernanza abierta

Desventajas:
- Curva de aprendizaje pronunciada
- Complejo para casos simples

Arquitectura Fundamental

Concepto: Clúster

Un clúster k8s es un conjunto de nodos coordinados (máquinas físicas, VMs, o instancias cloud) que trabajan juntos para ejecutar aplicaciones.

┌─────────────────────────────────────────────┐
│           Kubernetes Cluster                 │
├─────────────────────────────────────────────┤
│  Master Nodes (Control Plane)                │
│  ├─ kube-apiserver (API)                     │
│  ├─ etcd (almacén de config)                 │
│  ├─ kube-scheduler (asigna pods)             │
│  └─ kube-controller-manager (controla)       │
├─────────────────────────────────────────────┤
│  Worker Nodes                                │
│  ├─ Node 1: kubelet + containers             │
│  ├─ Node 2: kubelet + containers             │
│  └─ Node 3: kubelet + containers             │
└─────────────────────────────────────────────┘

Tipos de Nodos

Master (Control Plane)

  • Ejecuta servicios principales de k8s
  • Gestiona el estado del clúster
  • Ordena a workers qué contenedores ejecutar
  • Típicamente 3, 5, o 7 en HA (número impar)

Worker

  • Ejecutan los contenedores de aplicaciones
  • Reciben órdenes del master
  • Número variable según demanda

Componentes del Master (Control Plane)

kube-apiserver

Interfaz central de Kubernetes. Todos los comandos pasan por aquí.

etcd

Base de datos clave-valor que almacena toda la configuración del clúster.

kube-scheduler

Selecciona qué nodo worker ejecutará cada contenedor basándose en:

  • Disponibilidad de recursos
  • Restricciones (affinity, taints)
  • Políticas de distribución

kube-controller-manager

Ejecuta controladores que garantizan el estado deseado:

  • ReplicationController
  • Node controller
  • Endpoint controller

cloud-controller-manager

Interactúa con proveedores cloud:

  • Gestión de nodos
  • Balanceadores de carga
  • Volúmenes en cloud

Componentes del Worker

kubelet

Agente que controla los pods en el nodo:

  • Asegura que los contenedores estén corriendo
  • Monitorea salud
  • Reporta estado al master

kube-proxy

Implementa networking:

  • Permite comunicación entre pods y servicios
  • Gestiona reglas de firewall

Container Runtime

Docker, containerd, CRI-O, etc.

supervisord

Monitoriza y controla kubelet y el runtime

Complementos (Add-ons)

Funcionalidad adicional que corre en el propio k8s:

Add-on Función

Cluster DNS Registros DNS para servicios (CoreDNS) Web UI Dashboard visual Monitoring Métricas (Prometheus, Sysdig) Logging Centralización de logs

Conceptos Clave

  1. Cluster: Conjunto coordinado de nodos
  2. Node: Máquina que ejecuta contenedores
  3. Master/Control Plane: Nodos que gestionan el clúster
  4. Worker: Nodos que ejecutan aplicaciones
  5. Pod: Unidad más pequeña en k8s (veremos después)
  6. Scheduler: Decide dónde ejecutar los pods
  7. etcd: Corazón de la configuración del clúster

Relaciones

Conecta con

Primer paso en

  • Orquestación de contenedores escalable
  • Arquitectura cloud-native

Flujo de Aprendizaje

Módulo 1 (aquí): ¿Por qué k8s? Arquitectura básica
   ↓
Módulo 2: Instalar k8s (minikube + kubectl)
   ↓
Módulo 3: Pods (unidad básica)
   ↓
Módulo 4: ReplicaSets (escalabilidad)
   ↓
Módulo 5: Deployments (ciclo de vida)
   ↓
Módulo 6: Services (acceso a apps)
   ↓
Módulo 7: ConfigMaps/Secrets (config)
   ↓
Módulo 8: Storage (persistencia)
   ↓
Módulo 9: Otros workloads (StatefulSets, Jobs)
   ↓
Módulo 10: Helm (empaquetado)

Fuentes

Vista Gráfica

Retroenlaces