O que é Kubernetes e por que você precisa aprender a usar

O objetivo principal da plataforma Kubernetes é automatizar a implantação, o dimensionamento, o gerenciamento e a operação de aplicativos em contêineres. Veja o que isso significa para evoluir sua carreira.

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O que é e para que serve Kubernetes?

Kubernetes é uma plataforma de código aberto desenvolvida originalmente pelo Google e mantida pela Cloud Native Computing Foundation (CNCF). Seu objetivo principal é automatizar a implantação, o dimensionamento, o gerenciamento e a operação de aplicativos em contêineres. Com o Kubernetes, os desenvolvedores e equipes de operações podem construir, implantar e manter aplicativos de maneira eficiente e escalável.

Uma das principais funções do Kubernetes é a orquestração de contêineres, onde os contêineres relacionados são agrupados em unidades lógicas chamadas "pods" e são implantados em clusters de máquinas de forma inteligente para garantir a disponibilidade e o desempenho dos aplicativos. Além disso, a plataforma oferece escalonamento automático, ajustando automaticamente o número de réplicas de um aplicativo com base na carga de trabalho, assegurando recursos adequados conforme a demanda.

A descoberta de serviços e o balanceamento de carga também são recursos-chave do Kubernetes. Ele permite a exposição de serviços para a rede e a distribuição de tráfego entre instâncias de pods, garantindo alta disponibilidade e resiliência. A plataforma facilita atualizações contínuas de aplicativos, suportando a implantação de novas versões sem interrupção do serviço, além de oferecer gerenciamento de configuração e armazenamento por meio de manifestos declarativos.

Em termos de resiliência, o Kubernetes é capaz de lidar com recuperação de falhas e autorrecuperação. Se ocorrer uma falha em um pod ou máquina, o Kubernetes pode automaticamente reiniciar ou substituir os pods afetados, mantendo a estabilidade do aplicativo. Ele também fornece recursos para gerenciar informações sensíveis de forma segura, como senhas e chaves de API, por meio de Secrets, e separar configurações de aplicativos do código por meio de ConfigMaps. No geral, o Kubernetes desempenha um papel fundamental na moderna computação em nuvem, permitindo a adoção de arquiteturas de desenvolvimento de software mais flexíveis e confiáveis.

Como funciona o Kubernetes?

O Kubernetes funciona como uma plataforma de gerenciamento e orquestração de contêineres, permitindo que você automatize todo o ciclo de vida de implantação e operação de aplicativos em ambientes contêinerizados. Aqui está uma visão geral de como o Kubernetes funciona:

Cluster e Nós:

O Kubernetes opera em um conjunto de máquinas chamado de "cluster". Esse cluster é composto por nós (também chamados de "minions" ou "worker nodes"), que são as máquinas onde os contêineres serão executados.
Cada nó possui um agente do Kubernetes chamado "kubelet" que gerencia os contêineres e os mantém em conformidade com as especificações definidas.

Mestre (Master Node):

O Kubernetes possui um nó mestre (master node) que atua como o cérebro do cluster, coordenando as operações entre os nós.
O nó mestre inclui vários componentes principais, como o "API Server" (que fornece a interface de gerenciamento), o "Controller Manager" (que trata de tarefas de controle e escalonamento), o "Scheduler" (que decide onde os pods devem ser implantados) e o "etcd" (um armazenamento de chave-valor para configuração).

Pods:

A menor unidade no Kubernetes é o "pod". Um pod é uma abstração que engloba um ou mais contêineres, compartilhando o mesmo espaço de rede e armazenamento.
Os pods podem ser replicados e escalados conforme necessário. Eles são a unidade de implantação e dimensionamento no Kubernetes.

Controladores:

Os controladores são componentes do Kubernetes que ajudam a manter o estado desejado do sistema.
Um exemplo é o "ReplicaSet", que garante que um número específico de réplicas de um pod esteja sempre em execução. Outro exemplo é o "Deployment", que gerencia implantações e atualizações de aplicativos.

Serviços e Balanceamento de Carga:

Os serviços abstraem a rede e permitem que os pods se comuniquem uns com os outros de maneira confiável, independentemente de sua localização física.
Os serviços podem expor os pods internos para o mundo externo e fornecer balanceamento de carga entre várias instâncias de um aplicativo.

Volumes e Armazenamento Persistente:

O Kubernetes fornece volumes que permitem que os pods armazenem e acessem dados. Os volumes podem ser locais ou de armazenamento em nuvem.
O armazenamento persistente é mantido mesmo quando um pod é reiniciado ou reimplantado.

Manifestos e Configuração:

Os aplicativos e recursos do Kubernetes são definidos em arquivos YAML ou JSON chamados de "manifestos".
Esses manifestos descrevem como os pods, serviços, controladores e outros recursos devem ser configurados.

API do Kubernetes:

O Kubernetes oferece uma API RESTful que permite a interação programática com o sistema, facilitando a automação e a integração com ferramentas externas.

Em resumo, o Kubernetes gerencia a implantação, escalonamento, monitoramento, atualização e operação de aplicativos contêinerizados em um ambiente altamente automatizado e resiliente. Ele permite que os desenvolvedores se concentrem no desenvolvimento de aplicativos, enquanto a plataforma lida com os aspectos complexos da implantação e gerenciamento de contêineres.

Por que usar o Kubernetes?

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Usar o Kubernetes oferece uma série de vantagens que atraem muitas organizações para adotar essa plataforma em seus ambientes de desenvolvimento e produção. Um dos principais benefícios é a orquestração avançada que simplifica a implantação e o gerenciamento de aplicativos contêinerizados. O Kubernetes automatiza tarefas complexas, como balanceamento de carga, escalonamento automático, recuperação de falhas e atualizações contínuas, tornando todo o processo mais eficiente e confiável.

Além disso, a escalabilidade e resiliência oferecidas pelo Kubernetes são notáveis. A plataforma possibilita a escalabilidade automática dos aplicativos de acordo com a demanda, garantindo que a carga de trabalho seja distribuída entre os nós do cluster para manter alta disponibilidade e resiliência, mesmo em cenários de falhas de hardware ou software.

A flexibilidade do Kubernetes também é um grande atrativo. Ele é independente da infraestrutura, o que significa que pode ser executado em diversos ambientes, desde data centers locais até nuvens públicas como AWS, Azure e Google Cloud, bem como em ambientes híbridos que combinam várias dessas opções.

A velocidade e agilidade no desenvolvimento e implantação são outros fatores que tornam o Kubernetes uma escolha popular. A plataforma agiliza a implementação de novas versões de aplicativos e atualizações sem interromper serviços em execução, encurtando o ciclo de desenvolvimento e permitindo respostas mais rápidas às demandas do mercado.

A abordagem declarativa e automatizada do Kubernetes é um ponto forte. Ao trabalhar com configurações declarativas, você define o estado desejado dos recursos, e o sistema se encarrega de alinhar o ambiente com essa descrição. Isso reduz erros humanos e aumenta a automação, contribuindo para a eficiência operacional.

Além disso, o Kubernetes faz parte de um ecossistema ativo e conta com uma comunidade engajada de desenvolvedores, contribuidores e empresas que fornecem suporte. Isso oferece acesso a uma ampla variedade de recursos, ferramentas e plugins que podem ser usados para estender as capacidades da plataforma.

Por fim, o Kubernetes possibilita economia de tempo e recursos ao automatizar o gerenciamento de aplicativos contêinerizados. Essa automação reduz a carga operacional, permitindo que as equipes se concentrem em aprimorar o aplicativo e impulsionar a inovação de maneira mais eficaz. Em resumo, o Kubernetes fornece uma solução robusta para gerenciar aplicativos em contêineres, melhorando a eficiência, a escalabilidade e a agilidade dos processos de desenvolvimento e operações.

Qual a diferença entre Kubernetes e Docker?

O Kubernetes e o Docker são duas tecnologias frequentemente mencionadas no contexto de contêineres e orquestração, mas desempenham papéis diferentes dentro desse ecossistema.

Docker:

O Docker é uma plataforma de virtualização por contêineres que permite empacotar, distribuir e executar aplicativos e suas dependências em um ambiente isolado chamado de contêiner.
Ele fornece uma maneira de empacotar e distribuir aplicativos e todas as suas dependências (bibliotecas, arquivos, configurações) em um único contêiner, garantindo que o aplicativo funcione de maneira consistente em diferentes ambientes, desde o desenvolvimento até a produção.
O Docker também oferece ferramentas para criar, gerenciar e executar contêineres, tornando mais fácil o processo de desenvolvimento, implantação e execução de aplicativos em contêineres.

Kubernetes:

O Kubernetes é uma plataforma de orquestração de contêineres que automatiza a implantação, o gerenciamento e a escalabilidade de aplicativos em contêineres.
Ele gerencia clusters de máquinas (nós) e coordena a implantação de contêineres em diferentes nós, garantindo a disponibilidade, o balanceamento de carga, a recuperação de falhas e a escalabilidade dos aplicativos.
O Kubernetes permite que você defina a configuração do aplicativo usando manifestos declarativos (como arquivos YAML) e, em seguida, o sistema se encarrega de manter o estado desejado, criando e ajustando automaticamente os recursos conforme necessário.
Ele oferece recursos avançados, como escalonamento automático com base na carga de trabalho, gerenciamento de atualizações, balanceamento de carga, descoberta de serviços e muito mais.

Resumindo, o Docker é uma tecnologia de virtualização por contêineres que se concentra no empacotamento e distribuição de aplicativos, enquanto o Kubernetes é uma plataforma de orquestração que automatiza o gerenciamento de contêineres em clusters, facilitando a implantação e a operação de aplicativos contêinerizados em larga escala. Eles frequentemente são usados em conjunto, com o Docker sendo usado para criar contêineres e o Kubernetes para gerenciá-los em um ambiente de produção.

O que é um cluster de Kubernetes?

Um cluster de Kubernetes é um conjunto de máquinas físicas ou virtuais, chamadas de "nós" (nodes), que são usadas para executar e gerenciar contêineres usando a plataforma Kubernetes. Um cluster é a infraestrutura subjacente que permite que o Kubernetes orquestre a implantação, o dimensionamento e o gerenciamento de aplicativos contêinerizados de maneira eficiente e escalável.

Um cluster de Kubernetes é composto por três componentes principais:

Nós (Nodes)

Os nós são as máquinas onde os contêineres são realmente executados. Existem dois tipos principais de nós em um cluster de Kubernetes:

Nó Mestre (Master Node)

O nó mestre é o cérebro do cluster. Ele controla e gerencia as operações gerais do cluster, como programar contêineres em nós individuais, monitorar o estado dos contêineres e coordenar tarefas entre os nós. O nó mestre contém componentes como o API Server, Controller Manager, Scheduler e etcd.

Nós de Trabalho (Worker Nodes)

Os nós de trabalho são onde os contêineres são executados. Eles hospedam os pods (agrupamentos de contêineres) e executam as tarefas reais do aplicativo. Cada nó de trabalho possui um agente chamado Kubelet que gerencia os contêineres e garante que eles estejam funcionando conforme especificado.

Rede do Cluster

A rede do cluster é responsável pela comunicação entre os nós, permitindo que os contêineres em diferentes nós se comuniquem e sejam acessíveis por meio de serviços e balanceamento de carga.

Armazenamento Compartilhado

Geralmente, os clusters de Kubernetes precisam de armazenamento compartilhado para persistir dados, como configurações, metadados e volumes de contêineres.

Ao criar e configurar um cluster de Kubernetes, você permite que o sistema distribua, balanceie e gerencie a execução de contêineres em diversos nós. O cluster é projetado para oferecer alta disponibilidade, escalabilidade e resiliência, garantindo que os aplicativos sejam implantados e operados de maneira confiável e eficiente, independentemente da carga de trabalho e das condições do ambiente.

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Quem usa o Kubernetes?

O Kubernetes é usado por diversos profissionais de diferentes áreas, principalmente aquelas relacionadas ao desenvolvimento de software, operações de TI (Tecnologia da Informação) e DevOps (Desenvolvimento e Operações). Aqui estão alguns dos profissionais que frequentemente utilizam o Kubernetes:

Engenheiros de Desenvolvimento de Software
Engenheiros de Infraestrutura
Engenheiros de DevOps
Administradores de Sistemas
Arquitetos de Software
Engenheiros de Segurança
Analistas de Dados
Engenheiros de Rede
Engenheiros de QA (Garantia de Qualidade)
Desenvolvedores de Aplicativos em Nuvem

Esses são apenas alguns exemplos de profissionais que podem usar o Kubernetes em suas atividades diárias. O Kubernetes é uma ferramenta versátil que impacta positivamente muitos aspectos do ciclo de vida de desenvolvimento e operações de software.

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Um pouco de história

A história do Kubernetes tem suas raízes no Google, onde surgiu como uma solução para enfrentar a complexidade crescente da gestão de contêineres em grande escala. Originando-se do sistema interno Borg, utilizado pelo Google para orquestrar contêineres, o projeto Kubernetes foi lançado como uma solução de código aberto em 2014.

Essa iniciativa visava compartilhar as melhores práticas e lições aprendidas com a comunidade de desenvolvedores. Posteriormente, em 2015, o Kubernetes foi doado à Cloud Native Computing Foundation (CNCF) para facilitar um desenvolvimento colaborativo e aberto. Desde então, a plataforma experimentou uma adoção ampla e crescente, tornando-se uma peça essencial em ambientes de tecnologia moderna.

O Kubernetes continua a evoluir por meio de lançamentos regulares e se destaca como a principal ferramenta para orquestração de contêineres, impulsionando arquiteturas escaláveis e eficientes em várias indústrias e organizações ao redor do mundo.

Como começar a estudar Kubernetes?

Para aprender Kubernetes, é fundamental adquirir conhecimentos sobre virtualização de contêineres e conceitos de gerenciamento de aplicativos em ambientes distribuídos. É essencial compreender as características do Kubernetes, como implantação, escalonamento, gerenciamento de serviços e atualizações contínuas.

Além disso, é recomendado aprender a criar e configurar clusters, trabalhar com manifestos YAML para definir recursos e entender práticas de monitoramento e solução de problemas.

Embora seja possível aprender PHP por conta própria, cursos e formações completas como as oferecidas pela DIO, oferecem uma vantagem significativa. Eles proporcionam uma estrutura organizada de aprendizado, cobrindo desde os fundamentos até tópicos avançados. Além disso, os cursos geralmente oferecem exemplos práticos, exercícios e projetos para aplicar o conhecimento adquirido. A interação com instrutores e outros alunos também é valiosa para esclarecer dúvidas e obter feedback.

No geral, cursos e formações completas fornecem uma abordagem abrangente e estruturada para aprender Kubernetes, permitindo um progresso mais rápido e uma compreensão mais profunda da linguagem.