Estratégia de migração e melhores práticas para o Kubernetes

Uma estratégia de migração do Kubernetes consiste em um plano passo a passo para mover aplicações e cargas de trabalho para um ambiente em contêineres, incluindo as melhores práticas para um resultado bem-sucedido.

À medida que as empresas modernizam suas aplicações e adotam tecnologias baseadas na nuvem, como microsserviços, elas precisam de plataformas de orquestração de contêineres para gerenciar cargas de trabalho de nuvem híbrida e multinuvem de forma confiável e eficiente.

Como plataforma de orquestração dominante, o Kubernetes permite que as empresas migrem suas jornadas para a nuvem, facilitando a transição de aplicações legadas para ambientes nativos da nuvem.

De acordo com um estudo da Cloud Native Computing Foundation (CNCF) de 2024, a adoção nativa da nuvem atingiu 89%, com 93% das organizações agora usando, testando ou avaliando o Kubernetes.¹

Para realizar uma migração para a Kubernetes sem dificuldades, as organizações precisam de uma estratégia robusta que envolva um planejamento cuidadoso projetado para capturar oportunidades de negócios e tecnologia e, ao mesmo tempo, superar desafios.

Originalmente desenvolvido pelo Google, o Kubernetes é uma plataforma de orquestração de contêineres em código aberto mantida pela Cloud Native Computing Foundation (CNCF) desde 2015. Também conhecida como k8s ou kube, esta plataforma agenda e automatiza a implementação, o gerenciamento e a expansão de aplicações conteinerizadas.

Antes do Kubernetes, as aplicações normalmente eram executadas em servidores dedicados ou máquinas virtuais (VMs), o que tornava o dimensionamento caro e demorado.

Em ambientes modernos conteinerizados, um tempo de execução (normalmente o Docker) permite que os desenvolvedores criem, implementem, executem, atualizem e gerenciem contêineres. O Kubernetes fornece a camada de orquestração necessária para gerenciar centenas ou milhares de contêineres em escala. Hoje, Docker e Kubernetes são as principais ferramentas de conteinerização.

A implementação do Kubernetes ocorre por meio de clusters compostos por nós—cada um representando uma máquina física ou VM. Cada cluster tem um nó principal que gerencia um plano de controle (incluindo o servidor de API e o banco de dados etcd). As aplicações Kubernetes são executadas em pods, que são as menores unidades implementáveis. Normalmente, eles contêm contêineres baseados em Linux que compartilham armazenamento e outros recursos.

As principais funcionalidades do Kubernetes incluem implementações para gerenciar ciclos de vida de aplicativos e conjuntos de réplicas, DNS e rede para entrega de serviços e namespaces para isolamento de recursos. O servidor de API do Kubernetes (acessado por meio da ferramenta de linha de comando kubectl) gerencia a configuração e orquestra a comunicação entre os componentes. Os volumes persistentes atendem às necessidades de armazenamento.

O Kubernetes é de código aberto, o que permite que as organizações evitem o lock-in com fornecedor. O DevOps e outras equipes se beneficiam de um benefício de uma comunidade global que contribui com melhorias e patches de segurança. Todos os principais provedores de serviço de nuvem oferecem serviços gerenciados de Kubernetes Service, incluindo Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure, Google plataforma de nuvem e IBM Cloud.

Uma migração para o Kubernetes oferece benefícios técnicos e organizacionais, incluindo:

• Melhor uso de recursos e eficiência de custos
• Maior confiabilidade e alta disponibilidade
• Implementação mais rápida
• Maior produtividade e autonomia da equipe

O Kubernetes dimensiona automaticamente as aplicações para cima ou para baixo com base na demanda. Por exemplo, durante períodos de pico de tráfego, como uma venda flash em um site de comércio eletrônico, ele gira mais pods para lidar com o balanceamento de carga. Quando a venda termina e a demanda diminui, o Kubernetes diminui para conservar os recursos.

O Kubernetes ajuda a manter os aplicativos estáveis e disponíveis por meio da distribuição entre clusters e da recuperação automática de falhas. Isso ajuda a manter a alta disponibilidade.

O Kubernetes permite a entrega contínua em escala para ajudar a simplificar os fluxos de trabalho e permitir que as equipes criem alterações sempre que necessário. As atualizações contínuas implementam novas versões gradualmente, monitorando problemas antes de concluir a implementação. Se surgirem problemas, as reversões acontecem rapidamente.

Com o Kubernetes, as equipes possuem serviços específicos e podem trabalhar de forma independente. Isso inclui implementar em cronogramas independentes, fazendo escolhas de Tecnologia que atendam às suas necessidades e inovando no ritmo certo. 

As equipes de plataforma fornecem serviços compartilhados, como monitoramento, registro e uma malha de serviços que todas as equipes usam, criando consistência sem restringir a inovação.

As migrações bem-sucedidas começam com um planejamento completo que envolve as seguintes etapas:

1. Avaliar seu ambiente atual.
2. Avaliar as qualificações e as necessidades de treinamento da equipe.
3. Escolher sua abordagem de migração.
4. Planejar sua estratégia de cluster.

Comece catalogando suas aplicações, infraestrutura e dependências existentes. Identifique quais aplicações são boas candidatas para a migração antecipada. Normalmente, aplicações sem estado com APIs bem definidas funcionam melhor como pontos de partida, enquanto aplicativos com estado exigem mais planejamento.

Documente dependências entre aplicações, incluindo bancos de dados, filas de mensagens e serviços externos que precisam de consideração durante a migração.

Avalie sua infraestrutura atual para determinar se um serviço gerenciado do Kubernetes de um provedor de nuvem ou uma solução auto-hospedada faz mais sentido para sua organização. Considere fatores como experiência interna, requisitos de conformidade e restrições orçamentárias.

Avalie os recursos atuais da sua equipe com contêiner, Kubernetes e práticas nativas da nuvem.

De acordo com um relatório do IBM Institute for Business Value 2023, aproximadamente 58% dos tomadores de decisão globais relatam que as skills de nuvem continuam sendo um desafio considerável.

Identifique lacunas de habilidades desde o início e desenvolva planos de treinamento que incluam experiência prática.

Decida entre diferentes estratégias de migração com base nas características da aplicação e nas prioridades dos negócios. Uma abordagem lift-and-shift conteineriza as aplicações existentes com o mínimo de alterações, permitindo uma migração mais rápida, mas potencialmente perdendo oportunidades de otimização. A refatoração de aplicações para que fiquem nativas em nuvem demora mais, mas proporciona melhor desempenho, escalabilidade e eficiência de custos.

Muitas organizações adotam uma abordagem em fases. Essa abordagem envolve começar com aplicações simples para criar experiência e, em seguida, enfrentar cargas de trabalho mais complexas à medida que a experiência da equipe aumenta.

Determine se você deve usar um único cluster ou vários clusters em seu novo ambiente. Clusters únicos são mais simples de gerenciar, mas podem não atender aos requisitos de isolamento, conformidade ou distribuição geográfica. Múltiplos clusters fornecem melhor isolamento e podem melhorar a confiabilidade, mas exigem um gerenciamento de configuração mais sofisticado que usa ferramentas como gráficos de Helm ou Kustomize.

Após a fase de planejamento, a migração do Kubernetes pode começar, guiada por estas melhores práticas:

1. Aplicações prontas para Kubernetes.
2. Crie pipelines de CI/CD para implementações automatizadas.
3. Monitore e registre efetivamente.
4. Clusters seguros do Kubernetes.

Comece criando imagens de contêiner com compilações em vários estágios. Essa técnica mantém as dependências de compilação separadas do que é executado em produção, reduzindo o tamanho da sua imagem e reduzindo as vulnerabilidades de segurança.

Execute contêineres como usuários não-raiz. Nesse caso, se algo for comprometido, o dano permanecerá limitado.

Use marcação consistente e organize seu registro de forma clara para que você possa rastrear versões facilmente.

As verificações de integridade adequadas ajudam o Kubernetes a gerenciar suas aplicações de forma eficaz. As análises de atividade informam o Kubernetes se um pod precisa ser reiniciado, enquanto as análises de prontidão indicam quando os pods podem aceitar tráfego.

Aplicações devem expor endpoints que verificam a integridade da aplicação, verificando a conectividade do banco de dados, as dependências externas ou o estado interno.

Para redes, configure a descoberta de serviços e o balanceamento de carga usando os serviços do Kubernetes para que os aplicações possam encontrar dependências por meio de nomes de serviço em vez de endereços IP permanentes em código.

Para tráfego externo, implemente recursos de Ingress com controladores apropriados que lidam com o encerramento e o roteamento de SSL.

Externalize toda a configuração do código da aplicação usando arquivos YAML. Use o ConfigMaps para configurações não confidenciais e o Secrets para dados confidenciais, como credenciais de banco de dados e chaves de API, permitindo que a mesma imagem de contêiner seja executada no desenvolvimento, na preparação e na produção com configurações diferentes.

Crie pipelines de CI/CD que lidam com tudo, desde a confirmação do código até a implementação na produção, com testes automatizados que incluem testes de unidade, testes de integração e verificação de implementação. As imagens de contêiner são criadas automaticamente e enviadas para registros com controle de versão adequado.

Implemente monitoramento abrangente cobrindo uso de recursos (CPU, memória e armazenamento), desempenho de aplicativo e métricas de negócios, com dashboard para visualização. O registro centralizado ajuda a depurar problemas em muitos pods e serviços.

Use o controle de acesso baseado em função (RBAC) para definir permissões, políticas de rede para controlar o tráfego entre pods e criptografia para dados em repouso e em trânsito. Digitalize as imagens de contêiner regularmente em busca de vulnerabilidades e mantenha as imagens de base atualizadas.

Mesmo as migrações de Kubernetes bem planejadas enfrentam obstáculos. As aplicações legadas no local muitas vezes não foram projetadas para ambientes conteinerizados e podem contar com configurações desatualizadas, configurações específicas de servidor ou armazenamento local que não funcionam no Kubernetes. Sistemas externos, como bancos de dados e serviços de terceiros, também aumentam a complexidade. Testes e validação completos em ambientes de preparação ajudam a identificar e resolver problemas de compatibilidade antes da produção.

A proteção dos dados é fundamental. Execute sistemas antigos e novos em paralelo temporariamente, sincronizando dados entre ambientes e validando funcionalidades antes de passar totalmente para o Kubernetes. Essa execução em paralelo ajuda a minimizar o downtime e reduzir a perda de dados.

Os provedores de nuvem e outras empresas de tecnologia oferecem uma variedade de ferramentas e serviços de migração do Kubernetes, incluindo os seguintes.

Os provedores de serviços de nuvem oferecem serviços gerenciados de avaliação de cargas de trabalho, conteinerização e implementação automatizada. Por exemplo, o Amazon EKS, o Microsoft Azure AKS e o IBM Cloud Kubernetes Service oferecem serviços de migração.

Além disso, ferramentas de infraestrutura como código (IaC), como o Terraform,ajudam os desenvolvedores a automatizar o provisionamento de clusters e a instalação de complementos e o gerenciamento de configuração.

Essas ferramentas oferecem monitoramento, observabilidade e recursos de solução de problemas para que as equipes possam obter insights sobre o comportamento, integridade e desempenho de seus ambientes Kubernetes.

Empresas de tecnologia e consultoria oferecem expertise em Kubernetes que complementa as ferramentas de migração. Esses serviços podem orientar as decisões estratégicas desde a avaliação inicial até a otimização pós-migração, ajudando as organizações a enfrentar desafios técnicos e organizacionais complexos.