Kubernetes se ha convertido en el estándar de facto para la orquestación de contenedores, permitiendo a las empresas desplegar, escalar y gestionar aplicaciones en contenedores de manera eficiente. Sin embargo, para sacar el máximo provecho de esta poderosa herramienta, es esencial comprender su arquitectura y los componentes que la conforman. En esta entrada, exploraremos la arquitectura de Kubernetes, desglosando los elementos clave que permiten su funcionamiento.
1. Plano de Control (Control Plane)
El plano de control es el núcleo de Kubernetes, responsable de gestionar el estado del clúster y tomar decisiones sobre la distribución de las cargas de trabajo. Los componentes principales del plano de control incluyen:
API Server
El API Server actúa como el punto de entrada central para todas las interacciones con el clúster. Utiliza una API RESTful que permite a los usuarios y a los componentes del sistema comunicarse. Este servidor valida y procesa las solicitudes, asegurando que las acciones se registren en etcd, la base de datos que almacena el estado del clúster.
Scheduler
El Scheduler es responsable de decidir en qué nodo se ejecutará un pod. Para ello, evalúa factores como la disponibilidad de recursos, las políticas de afinidad y las restricciones definidas por el usuario. Su objetivo es maximizar la eficiencia en el uso de los recursos del clúster.
Controller Manager
El Controller Manager ejecuta varios controladores que garantizan que el clúster esté en el estado deseado. Algunos de los controladores más importantes incluyen el Replication Controller, que asegura que el número deseado de réplicas de un pod esté en ejecución, y el Job Controller, que gestiona tareas de corta duración.
etcd
etcd es una base de datos distribuida y altamente disponible que almacena toda la configuración y el estado del clúster. Su capacidad para realizar copias de seguridad y su consistencia son fundamentales para garantizar la resiliencia y la confiabilidad del sistema.
2. Nodos de Trabajo (Worker Nodes)
Los nodos de trabajo son los encargados de ejecutar las aplicaciones en contenedores. Cada nodo contiene varios componentes clave:
Kubelet
El Kubelet es un agente que se ejecuta en cada nodo y se comunica con el API Server. Es responsable de supervisar y gestionar los pods en su nodo, asegurándose de que estén en el estado deseado y de que los contenedores se ejecuten correctamente.
Kube Proxy
El Kube Proxy gestiona las reglas de red en el nodo, permitiendo la comunicación entre los pods y los servicios. Configura las reglas de enrutamiento y asegura que el tráfico se dirija correctamente dentro del clúster.
Container Runtime
El Container Runtime es el software responsable de ejecutar y gestionar el ciclo de vida de los contenedores. Kubernetes admite múltiples runtimes a través de la Container Runtime Interface (CRI), un estándar que garantiza compatibilidad. Si bien Docker fue históricamente el más conocido, a partir de Kubernetes 1.24 (2022) ya no es soportado directamente debido a que no implementa el CRI de forma nativa. Para usar Docker, se requiere una capa intermedia como cri-dockerd, aunque no se recomienda en producción.
Los runtimes oficialmente compatibles incluyen:
- containerd: Ligero, eficiente y actualmente el predeterminado en muchas distribuciones de Kubernetes (ej: EKS, GKE). Surgió como parte de Docker, pero ahora es independiente.
- CRI-O: Diseñado específicamente para Kubernetes, con un enfoque en seguridad y minimalismo.
- Otros: Cualquier runtime que cumpla con el CRI, como Kata Containers (para cargas de trabajo confidenciales) o Mirantis Container Runtime.
Nota clave: Docker sigue siendo útil en entornos de desarrollo local (ej: con Minikube o Kind), pero bajo el capó, estas herramientas suelen usar containerd. En producción, se priorizan runtimes nativos del CRI como containerd o CRI-O.
3. Otros Componentes
Add-ons
Kubernetes permite la extensión de su funcionalidad a través de add-ons, que pueden incluir dashboards, Ingress Controllers y plugins de almacenamiento. Estos complementos son esenciales para gestionar y monitorear el clúster de manera efectiva.
kubectl
kubectl es la herramienta de línea de comandos utilizada para interactuar con el clúster. Con comandos como kubectl create, kubectl get y kubectl apply, los usuarios pueden gestionar recursos y obtener información sobre el estado del clúster. Es una herramienta indispensable para administradores y desarrolladores.
Conclusión
La arquitectura de Kubernetes es una combinación sofisticada de componentes que trabajan en conjunto para facilitar la orquestación de contenedores. Desde el plano de control, que gestiona el estado y las decisiones del clúster, hasta los nodos de trabajo, donde se ejecutan las aplicaciones, cada parte juega un rol crucial en el funcionamiento eficiente del sistema. Comprender estos elementos no solo te ayudará a navegar el entorno de Kubernetes, sino que también te permitirá aprovechar al máximo sus capacidades para la gestión de aplicaciones en contenedores. Con esta base, estarás mejor preparado para abordar los desafíos que presenta la orquestación de contenedores en entornos de producción.
Nota: Entrada creada con mis apuntes para entender mejor este tema que día a día da vueltas en mis labores diarias.
Nota de IA: escribí el texto y luego lo pasé por una IA para mejorar ortografia y redaccion. Interesante