A orquestração de contêineres provisiona, implanta, implementa, escala e gerencia automaticamente o ciclo de vida das aplicações conteinerizadas. Os desenvolvedores usam a orquestração de contêineres para otimizar fluxos de trabalho ágeis ou de DevOps, fornecendo a flexibilidade e a velocidade necessárias para dar suporte à infraestrutura de multinuvem híbrida moderna.
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.
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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 o Linux incluiu funções de contêineres em seu kernel. 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.) Hoje, 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 sem servidor em contêineres, se tornaram as unidades de computação de fato das aplicações modernas nativas da 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 utilizam soluções de orquestração de contêineres, e 70% daqueles que utilizam essas soluções relatam usar um serviço de orquestração de contêiner totalmente gerenciado (gerenciado na 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 ):
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:
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:
Assista a este vídeo para saber mais sobre como funciona a orquestração de contêineres:
Os principais benefícios da orquestração de contêineres incluem:
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. O Kubernetes é atualmente mantido pela Cloud Native Computing Foundation (CNCF). Desde que o Kubernetes se juntou à 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 da 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 várias áreas:
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 pela rede e ajudar a garantir estabilidade e 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).
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. Isso inclui o Knative, que permite que contêineres sejam executados como cargas de trabalho sem servidor, e o Istio, uma malha de serviço de código aberto.
O contêiner 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 USD 2 bilhões.2 Os pesquisadores preveem que o mercado valerá mais de USD 7 bilhões até 2027, com uma 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:
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 (PLN) 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 PLN. 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.
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1 Kubernetes Project Journey Report, Cloud Native Computing Foundation, 8 de junho de 2023.
2 Containers as a Service Market worth USD 5.6 billion by 2027 - Exclusive Study by MarketsandMarkets, Cision, 30 de novembro de 2022.
3 Container as a Service Global Market Report 2023, Yahoo Finance, 1 de junho de 2023.