O que é orquestração de contêiner?

Atualmente, o Kubernetes é a plataforma de orquestração de contêineres mais popular, e a maioria dos principais provedores de serviço de nuvem (incluindo Amazon Web Services (AWS), Google Cloud Platform, IBM Cloud e Microsoft Azure) oferece serviços gerenciados do Kubernetes. Outras ferramentas de orquestração de contêineres incluem o Docker Swarm e Apache Mesos.

Contêineres são componentes de aplicações leves e executáveis que combinam o código-fonte das aplicações com todas as bibliotecas do sistema operacional (SO) e as dependências necessárias para executar o código em qualquer ambiente. 

A capacidade de criar contêineres existe há décadas, mas tornou-se amplamente disponível em 2008 quando a Linux incluiu funções de contêineres em seu kernel. Isso tornou-se ainda mais essencial após a chegada da plataforma de conteinerização de código aberto Docker em 2013. (O Docker é tão popular que "contêineres do Docker" e "contêineres" são frequentemente usados de forma intercambiável). Atualmente, os contêineres são compatíveis com muitos outros sistemas operacionais além do Linux, incluindo o Windows.

Como são menores, mais eficientes em termos de recursos e mais portáteis do que as máquinas virtuais (VMs), os contêineres e, mais especificamente, os microsserviços ou as funções serverless em contêineres — se tornaram as unidades de computação de fato das aplicações modernas nativas em nuvem.

Em pequenos números, os contêineres são fáceis o suficiente para implementar e gerenciar manualmente. No entanto, as aplicações conteinerizadas e a necessidade de gerenciá-las em escala tornaram-se onipresentes na maioria das organizações de grande escala.

Por exemplo, um pipeline de integração contínua/entrega contínua (CI/CD) ou DevOps é impossível sem a orquestração de contêineres, que automatiza as tarefas operacionais relativas à implementação e execução de aplicações e serviços conteinerizados.

Em um estudo da IBM, 70% dos desenvolvedores entrevistados estão usando soluções de orquestração de contêineres, e 70% deles usam relatórios de solução usando um serviço de orquestração de contêineres totalmente gerenciado (gerenciado pela nuvem) em sua organização.

A arquitetura de orquestração de contêineres consiste na execução de clusters de contêineres em várias máquinas e ambientes. Cada cluster costuma consistir em um grupo de nós (também chamados de instâncias de servidor). Os nós de trabalho executam contêineres usando tempos de execução de contêineres, como o Docker. Um grupo de nós do plano de controle atua como orquestrador do cluster. Os usuários podem gerenciar e monitorar cargas de trabalho conteinerizadas com ferramentas que apresentam interfaces de programação de aplicativos (APIs) e interfaces gráficas do usuário (GUIs).

Embora haja diferenças nas metodologias e nos recursos entre as plataformas e as ferramentas, a orquestração de contêineres é essencialmente um processo de três etapas (ou ciclo, quando parte de um pipeline iterativo ágil ou de DevOps ):

1. Fornecimento
2. Implementação
3. Gerenciamento de ciclo de vida

A maioria das ferramentas de orquestração de contêineres é compatível com um modelo de configuração declarativo . Um desenvolvedor escreve um arquivo de configuração (em YAML ou JSON, dependendo da ferramenta) que define um estado desejado. A ferramenta de orquestração que executa o arquivo usa sua própria inteligência para alcançar esse estado. O arquivo de configuração normalmente faz o seguinte:

• Define quais imagens de contêineres compõem a aplicação e onde estão localizadas (em qual container registry).

• Fornece aos contêineres armazenamento e outros recursos.

• Define e garante a segurança das conexões de rede entre contêineres.

• Especifica o controle de versões (para implementações em fases ou canário).

A ferramenta de orquestração agendam a implementação dos contêineres (e réplicas dos contêineres para resiliência) em um host. Ela escolhe o melhor host com base na capacidade disponível da unidade central de processamento (CPU), memória ou outros requisitos ou restrições especificados no arquivo de configuração.

Após os contêineres serem implementados, a ferramenta de orquestração gerencia o ciclo de vida da aplicação conteinerizada com base no arquivo de definição do contêiner (geralmente um Dockerfile).

As tarefas de gerenciamento de ciclo de vida incluem:

• Gerenciar a escalabilidade (para cima e para baixo), o balanceamento de carga e a alocação de recursos entre os contêineres.

• Ajudar a garantir disponibilidade e desempenho realocando os contêineres para outro host em caso de interrupção ou falta de recursos do sistema.

• Coletar e armazenar dados de log e outras telemetrias que monitoram a integridade e o desempenho da aplicação.

Assista a este vídeo para saber mais sobre como funciona a orquestração de contêineres:

Os principais benefícios da orquestração de contêineres incluem:

• Automação

• Resiliência

• Uso e desempenho aprimorado de recursos

• Eficiência de custos

• Velocidade e agilidade

• Maior segurança

• Aumento da produtividade

O principal benefício da orquestração de contêineres é a automação, que reduz muito o esforço manual e a complexidade de gerenciar um patrimônio de aplicações conteinerizadas em grande escala.

As soluções de orquestração de contêineres melhoram a resiliência ao reiniciar ou escalar os contêineres se um deles falhar. Esse recurso ajuda a garantir a disponibilidade e um aumento do tempo de atividade das aplicações.

A seleção automática de hosts e a alocação de recursos podem maximizar o uso eficiente dos recursos de computação. Por exemplo, uma solução de orquestração de contêineres pode ajustar a memória da CPU e o armazenamento com base em um contêiner individual, o que evita o provisionamento excessivo e melhora o desempenho geral.

A orquestração de contêineres elimina a necessidade de intervenção manual, reduzindo os custos operacionais. Além disso, os contêineres exigem menos recursos do que as VMs, o que pode reduzir as necessidades de infraestrutura de TI e os custos indiretos.

As ferramentas de orquestração de contêineres ajudam a acelerar o desenvolvimento e a implementação de aplicativos, fornecendo suporte crítico para processos modernos nativos da nuvem.

Os contêineres melhoram a segurança ao isolar as aplicações do sistema host e umas das outras, reduzindo as superfícies de ataque. Muitas plataformas contêm varredura automatizada para detectar vulnerabilidades e proteger registros de imagens, aprimorando a proteção geral.

Ao automatizar as operações, a orquestração de contêineres apoia uma abordagem ágil ou de DevOps. Isso permite que as equipes desenvolvam e implementem em ciclos rápidos e iterativos e lancem novas funcionalidades e recursos mais rapidamente.

Desenvolvido pelo Google e lançado em 2014, o Kubernetes se tornou um dos projetos de crescimento mais rápido na história do software de código aberto. Atualmente, o Kubernetes é mantido pela Cloud Native Computing Foundation (CNCF). Desde que o Kubernetes ingressou na CNCF em 2016, o número de colaboradores cresceu de 731 para 8.012.¹

Com outras ferramentas do ecossistema de contêineres, o Kubernetes permite que uma empresa forneça uma plataforma como serviço (PaaS) altamente produtiva. Esse modelo de computação em nuvem lida com muitas tarefas e problemas relacionados à infraestrutura e operações em torno do desenvolvimento de aplicações nativas em nuvem , para que as equipes de desenvolvimento possam se concentrar exclusivamente em programação e inovação.

As vantagens do Kubernetes sobre outras soluções de orquestração são em grande parte resultado de suas funções mais abrangentes e sofisticadas em diversas áreas:

• Implementação de contêineres

• Implementações

• Descoberta de serviços

• Armazenamento provisionamento

• Balanceamento e escalabilidade de carga

• Autocorreção para alta disponibilidade.

• Compatibilidade e portabilidade entre vários provedores de nuvem

• Ecossistema de código aberto

O Kubernetes implementa um número específico de contêineres em um host específico e os mantém funcionando em um estado desejado.

Um lançamento é uma alteração em uma implementação. O Kubernetes permite que os desenvolvedores iniciem, pausem, retomem ou revertam lançamentos.

O Kubernetes pode expor automaticamente um contêiner à internet ou a outros contêineres usando um nome de Sistema de Nomes de Domínio (DNS) ou endereço IP para descobrir serviços.

Os desenvolvedores podem definir o Kubernetes para montar armazenamento persistente no local ou na nuvem para seus contêineres, conforme a necessidade.

Quando o tráfego para um contêiner dispara, o Kubernetes pode empregar balanceamento de carga e escalonamento automático para distribuir o tráfego em toda a rede e ajudar a garantir a estabilidade e o desempenho. Esse recurso também poupa os desenvolvedores do trabalho de configurar um balanceador de carga.

Quando um contêiner falha, o Kubernetes pode reiniciá-lo ou substituí-lo automaticamente. Ele também pode derrubar contêineres que não atendam aos requisitos de verificação de integridade de uma organização.

O Kubernetes conta com ampla compatibilidade com todos os principais provedores de nuvem. Esse recurso é essencial para organizações que implementam aplicações em uma nuvem híbrida (a combinação de nuvem pública, nuvem privada e infraestrutura no local) ou multinuvem (o uso de serviços de nuvem de mais de um fornecedor de nuvem).

O Kubernetes também possui um conjunto cada vez maior de ferramentas de usabilidade e rede para aprimorar seus recursos por meio da API do Kubernetes. Eles incluem o Knative, que permite que os contêineres sejam executados como cargas de trabalho serverless, e o Istio, uma malha de serviço de código aberto.

Contêineres como serviço (CaaS) é um serviço gerenciado que permite aos desenvolvedores gerenciar e implementar aplicativos conteinerizados, proporcionando às empresas acesso a soluções em nuvem portáteis e facilmente escaláveis. Em 2022, o mercado global de CaaS foi avaliado em quase US$ 2 bilhões.² Os pesquisadores esperam que o mercado valha mais de US$ 7 bilhões até 2027, com um CAGR de 30,2% durante esse período.³ 

Os provedores de CaaS oferecem às empresas muitos benefícios, incluindo tempos de execução de contêineres, camadas de orquestração, gerenciamento de armazenamento persistente e integração com outros serviços. Muitos dos principais provedores públicos oferecem serviços gerenciados de orquestração de contêineres, muitos dos quais usam o Kubernetes como sua tecnologia subjacente.

Os principais provedores de CaaS incluem:

• Amazon Elastic Container Service (Amazon ECS) da AWS

• Google Kubernetes Engine (GKE) do Google Cloud

• IBM Cloud Kubernetes Service

• Instâncias de contêineres do Microsoft Azure (ACI)

• Red Hat OpenShift

Plataformas de orquestração conteinerizadas, como o Kubernetes, podem automatizar partes da inteligência artificial (IA) e aprendizado de máquina (ML), como fluxos de trabalho de manutenção preditiva (incluindo verificações de integridade em tempo real e planejamento de recursos).

O aprendizado de máquina depende de grandes modelos de linguagem (LLMs) para realizar processamento de linguagem natural (NLP) de alto nível, como classificação de texto, análise de sentimento e tradução automática. A orquestração de contêineres ajuda a acelerar a implementação de grandes modelos de linguagem (LLMs) para automatizar o processo de NLP. Além disso, as organizações usam a orquestração de contêineres para executar e escalar modelos de IA generativa, o que oferece alta disponibilidade e tolerância a falhas.