Kubernetes | Guía Completa y Fácil de Entender

Kubernetes es una herramienta poderosa y compleja que se ha convertido en el estándar para la orquestación de contenedores en entornos modernos. Si estás buscando entender qué es, cómo funciona y cómo puede ayudarte como desarrollador o administrador, esta guía está diseñada para explicarlo de manera clara y detallada.

1. ¿Qué es Kubernetes?

Kubernetes (a menudo abreviado como K8s) es una plataforma de código abierto que automatiza el despliegue, la escalabilidad y la gestión de aplicaciones en contenedores. Fue desarrollado originalmente por Google y ahora es mantenido por la Cloud Native Computing Foundation (CNCF).

¿Por qué es importante?

• Escalabilidad automática: Ajusta automáticamente los recursos según la carga.
• Resiliencia: Garantiza que las aplicaciones siempre estén disponibles, incluso si un nodo falla.
• Portabilidad: Funciona en cualquier entorno: en la nube, en servidores locales o híbridos.

2. ¿Cómo funciona Kubernetes?

Kubernetes organiza contenedores en clusters (agrupaciones de máquinas) y asegura que funcionen de manera coordinada. Aquí están los componentes clave:

2.1 Cluster

Un cluster de Kubernetes es un conjunto de máquinas (servidores o nodos) que ejecutan contenedores. Está compuesto por:

• Master Node (nodo maestro): Administra el cluster y toma decisiones como la asignación de recursos y la recuperación de fallos.
• Worker Nodes (nodos trabajadores): Ejecutan las aplicaciones en contenedores.

2.2 Componentes del Nodo Maestro

1. API Server: El punto de entrada para interactuar con Kubernetes.
2. Scheduler: Asigna aplicaciones (contenedores) a los nodos disponibles.
3. Controller Manager: Asegura que el estado del cluster coincida con el deseado.
4. etcd: Almacena los datos del cluster de forma distribuida y consistente.

2.3 Componentes del Nodo Trabajador

1. Kubelet: Administra los contenedores en el nodo.
2. Kube-proxy: Gestiona la red para la comunicación dentro y fuera del cluster.
3. Container Runtime: Ejecuta los contenedores (como Docker o containerd).

3. Conceptos Básicos de Kubernetes

3.1 Pod

El pod es la unidad más pequeña de Kubernetes. Es un contenedor (o grupo de contenedores) que comparte red y almacenamiento. Los pods son efímeros, es decir, si fallan, Kubernetes los reemplaza automáticamente.

3.2 ReplicaSet

Garantiza que siempre haya una cantidad específica de pods ejecutándose. Si un pod falla, el ReplicaSet lo reemplaza.

3.3 Deployment

Un deployment gestiona ReplicaSets y permite actualizaciones controladas de aplicaciones. Es la forma más común de desplegar aplicaciones en Kubernetes.

3.4 Service

Un service es un punto de acceso estable para un conjunto de pods. Kubernetes asigna un servicio a una dirección IP virtual, permitiendo la comunicación entre aplicaciones.

3.5 Namespace

Los namespaces son divisiones lógicas dentro de un cluster que separan recursos. Son útiles para gestionar proyectos, equipos o entornos (desarrollo, pruebas, producción).

3.6 ConfigMap y Secret

• ConfigMap: Almacena configuraciones no sensibles (como variables de entorno).
• Secret: Maneja información sensible como contraseñas y claves API.

4. Instalación de Kubernetes

4.1 Herramientas para Instalar Kubernetes

• Minikube: Ideal para probar Kubernetes en tu máquina local.
• Kind: Ejecuta Kubernetes en contenedores Docker para desarrollo.
• kubeadm: Configura clusters en servidores.

4.2 Instalación con Minikube

1. Instala Minikube: curl -LO https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64 sudo install minikube-linux-amd64 /usr/local/bin/minikube
2. Inicia un cluster: minikube start
3. Verifica la instalación: kubectl get nodes

5. Comandos Básicos de Kubernetes

Listar nodos:

kubectl get nodes

Crear un pod desde un archivo YAML:

kubectl apply -f pod.yaml

Ver pods en ejecución:

kubectl get pods

Eliminar un pod:

kubectl delete pod <nombre_pod>

Ver registros de un pod:

kubectl logs <nombre_pod>

6. Configuración con YAML

La configuración de Kubernetes se realiza mediante archivos YAML. Aquí tienes un ejemplo para crear un deployment:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: mi-aplicacion
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: mi-aplicacion
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mi-aplicacion
    spec:
      containers:
      - name: app
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80

Partes del archivo:

1. apiVersion: Versión de la API de Kubernetes.
2. kind: Tipo de recurso (Deployment, Pod, Service, etc.).
3. metadata: Información sobre el recurso (nombre, etiquetas).
4. spec: Especifica cómo se comportará el recurso.

7. Redes en Kubernetes

7.1 ClusterIP

Exposición interna para comunicación dentro del cluster.

7.2 NodePort

Abre un puerto en cada nodo para acceder desde fuera del cluster.

7.3 LoadBalancer

Crea un balanceador de carga externo (usualmente en la nube).

Ejemplo de configuración de un Service:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: mi-servicio
spec:
  selector:
    app: mi-aplicacion
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 80
  type: LoadBalancer

8. Escalabilidad Automática

Kubernetes permite escalar aplicaciones automáticamente en función de la demanda.

Configurar un escalado automático:

kubectl autoscale deployment mi-aplicacion --cpu-percent=50 --min=1 --max=5

9. Monitorización y Logs

Para supervisar un cluster de Kubernetes, puedes usar herramientas como:

• Prometheus: Para recopilar métricas.
• Grafana: Para crear dashboards visuales.
• kubectl logs: Para ver los logs de los pods.

10. Integración con CI/CD

Kubernetes se integra fácilmente con pipelines CI/CD. Herramientas populares incluyen:

• Jenkins: Automatización de despliegues.
• GitLab CI/CD: Despliegues nativos en Kubernetes.
• ArgoCD: Para GitOps (despliegue basado en repositorios Git).

11. Mejores Prácticas

1. Usa namespaces: Organiza recursos y evita conflictos.
2. Etiqueta tus recursos: Facilita la búsqueda y filtrado.
3. Configura límites de recursos: Evita que los pods consuman demasiada memoria o CPU.
4. Automatiza todo: Usa Helm o scripts para gestionar configuraciones complejas.

12. Herramientas Relacionadas con Kubernetes

• Helm: Gestor de paquetes para Kubernetes.
• Kubectl: Herramienta de línea de comandos para interactuar con Kubernetes.
• K9s: Interfaz para gestionar clusters desde la terminal.

13. Conclusión

Kubernetes es una plataforma poderosa para gestionar aplicaciones en contenedores. Aunque puede parecer complejo al principio, su flexibilidad y capacidad para automatizar tareas hacen que valga la pena el esfuerzo. Aprende paso a paso, comienza con un cluster local y experimenta con configuraciones básicas. ¡En poco tiempo dominarás Kubernetes y llevarás tus aplicaciones al siguiente nivel!