Kubernetes, ou para abreviar, k8s, é um orquestrador de contêineres. Nesse texto eu vou te explicar o que isso significa e em que cenários ele é útil. Esse post não é um tutorial de como usar o Kubernetes, mas sim uma explicação de conceitos.

O que é k8s

Como eu já disse, Kubernetes é um orquestrador de contêineres. Mas o que isso significa? Vamos por partes.

O que são contêineres

O kubernetes vai te ajudar a organizar uma aplicação executada em um ambiente de contêineres (containers), geralmente utilizando Docker. Um container é uma forma de empacotar uma aplicação com todas as suas dependências, de forma que ela possa ser executada em qualquer ambiente que tenha o Docker instalado. Isso é muito útil para garantir que a aplicação vai funcionar da mesma forma em qualquer lugar.

De forma super simplificada, um container é como se fosse uma máquina virtual muito mais leve, pois pode compartilhar recursos do sistema operacional onde ele está sendo executado.

Docker compose

Uma aplicação geralmente possui mais de um container. Nós temos, por exemplo, um container para a aplicação em si, um para um servidor web, outro para um sistema de mensageria, e assim por diante. O Docker Compose é uma ferramenta que nos ajuda a definir e executar aplicações com múltiplos containers.

Mas para execução de uma aplicação como essa em ambiente de produção, o Docker Compose apresenta limitações. Se um container falhar, ele não será reiniciado automaticamente. Se você quiser escalar a aplicação, você terá que fazer isso manualmente. E se você quiser atualizar a aplicação, você terá que fazer isso manualmente também. Para automatizar essas tarefas, precisamos de um orquestrador de containers mais robusto.

Orquestração

A orquestração de containers é o processo de gerenciar a execução de múltiplos containers em um ambiente de produção. Isso inclui tarefas como:

• Monitorar os recursos utilizados por cada container;
• Escalar automaticamente o número de containers caso necessário;
• Reiniciar um container em caso de falhar;
• Permitir a atualização de uma aplicação sem downtime;
• Expor uma forma de acessar os containers sem precisar saber em qual máquina eles estão rodando.

Existem alguns orquestradores de containers no mercado, como o Docker Swarm, o Apache Mesos e o Kubernetes. O Kubernetes é o mais popular deles, sendo sobre ele que vamos falar aqui.

Conceitos de kubernetes

Cluster

Um cluster Kubernetes nada mais é do que um ambiente onde você vai executar suas aplicações. Esse ambiente precisa estar configurado para que o Kubernetes consiga ter acesso para gerenciar os diversos recursos que sua aplicação vai precisar.

Para executar os recursos necessários para sua aplicação, obviamente você vai precisar de máquinas. Essas máquinas podem ser disponibilizadas de diversas formas diferentes. Cada ambiente pode disponibilizar um cluster de forma diferente, ou você mesmo pode configurar um cluster de forma que acesse os recursos dessas máquinas de formas diferentes.

Ambientes em nuvem, como AWS, Azure, Google Cloud Platform, Digital Ocean e vários outros, disponibilizam clusters gerenciados de kubernetes para facilitar a configuração. Caso prefira, você também pode configurar manualmente um cluster de kubernetes. Inclusive, para executar um cluster localmente, normalmente nós configuramos um cluster de forma simplificada utilizando ferramentas como Minikube ou Kind.

Um cluster Kubernetes é composto por Nodes, que basicamente são as máquinas que executaram a sua aplicação. Existem os master nodes e worker nodes. Os master nodes são responsáveis por gerenciar o cluster, realizando as ações de criar, reiniciar e remover recursos, enquanto os worker nodes são responsáveis por efetivamente executar os recursos que rodarão a aplicação.

Vamos entender um pouco melhor sobre o que são esses "recursos".

Pod

Um Pod é a menor unidade de execução no Kubernetes. Ele é composto por um ou mais containers que compartilham recursos, como rede e armazenamento. Normalmente, um Pod contém apenas um container, mas é possível ter mais de um container em um Pod.

Para resumir, um Pod é uma casca que envolve um container da sua aplicação e permite que o Kubernetes faça a gestão.

Service

Quando trabalhamos com containers localmente, podemos acessá-los diretamente de nossa máquina a partir de portas mapeadas. Quando trabalhamos em um cluster Kubernetes, nós precisamos expor o acesso aos Pods de uma forma mais organizada. Para isso utilizamos Services.

Um service pode expor um Pod somente para outros Pods dentro do mesmo cluster ou para fora, permitindo acesso externo (via internet). Ele é uma forma de abstrair o acesso a um Pod, permitindo que ele seja acessado de forma mais organizada.

Deployment

Algo que foi citado anteriormente é que o Kubernetes permite que você atualize sua aplicação sem downtime. Para isso, você pode utilizar um Deployment. Um deployment garante que um número específico de Pods esteja sempre rodando. Se você atualizar a imagem de um container em um Deployment, o Kubernetes vai criar novos Pods com a nova imagem e remover os antigos, garantindo que a aplicação esteja sempre disponível.

Existem diversas estratégias para que um deployment seja feito, mas o padrão já permite que você faça isso sem downtime.

Autoscaling

O Kubernetes permite que você configure regras para que o número de Pods seja aumentado ou diminuído automaticamente. Isso é muito útil para aplicações que possuem picos de acesso em determinados momentos do dia, por exemplo, ou para garantir que sua aplicação esteja pronta para receber um número inesperado de acessos.

Isso pode ser feito através de um recurso chamado Horizontal Pod Autoscaler (HPA).

Outra possibilidade de escalabilidade é a vertical, que é aumentar a capacidade de uma máquina. O Kubernetes também permite que você configure regras para que o tamanho de um Pod seja aumentado ou diminuído automaticamente. Isso é feito através de um recurso chamado Vertical Pod Autoscaler (VPA). Embora seja menos comum, não deixa de ser uma alternativa.

Como k8s é utilizado

Em uma aplicação executada via kubernetes, normalmente você vai ter um cluster configurado localmente com ferramentas que simplificam esse trabalho, como Minikube ou Kind. Além disso, o ambiente de produção precisa também de um cluster configurado, mas de forma muito mais robusta. Como já foi dito, ambientes em nuvem disponibilizam clusters gerenciados de kubernetes para facilitar essa configuração, mas nada te impede de realizar toda a configuração de um cluster manualmente.

Acesso às funcionalidades

Para acessar as funcionalidades que um cluster kubernetes expõe, como por exemplo, criar pods, services e deployments, você pode utilizar a linha de comando, através do kubectl, que é a ferramenta oficial de linha de comando do Kubernetes.

Com essa ferramenta você pode tanto realizar alterações em seu cluster local como realizar deploys automatizados no ambiente de produção.

Arquivos de configuração

Para facilitar a criação de recursos no Kubernetes, é possível criar arquivos de configuração que descrevem o que você quer que seja criado. Esses arquivos são escritos em YAML e são passados para o kubectl para que ele possa criar os recursos no cluster.

Um exemplo bem básico de uma aplicação Kubernetes que garante deploy sem downtime e assegura que sempre hajam 3 réplicas da mesma sendo executadas além de ser exposta para internet pode ser visto no arquivo abaixo:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
    name: deployment-da-aplicacao
spec:
    replicas: 3
    selector:
        matchLabels:
            app: minha-aplicacao
    template:
        metadata:
            labels:
                app: minha-aplicacao
        spec:
            containers:
                - name: container-minha-aplicacao
                  image: imagem-docker-minha-aplicacao:latest
                  ports:
                      - containerPort: 8080
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
    name: svc-minha-aplicacao
spec:
    selector:
        app: minha-aplicacao
    ports:
        - protocol: TCP
          port: 80
          targetPort: 8080
    type: LoadBalancer

Com um simples comando kubectl apply -f arquivo.yaml, desde que o kubectl esteja corretamente configurado para acessar o cluster, todas as configurações descritas no arquivo serão aplicadas no cluster.

Conclusão

Obviamente isso não é tudo que se há para saber sobre Kubernetes. Mesmo conceitos básicos como ConfigMap e Secrets foram deixados de fora para manter o texto breve. Mas a ideia por trás da ferramenta é essa: permitir que você gerencie sua aplicação de forma mais organizada, escalável e resiliente.

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