Kubernetes, también conocida como k8s o kube, es una plataforma de orquestación de contenedores de código abierto diseñada para programar y automatizar la implementación, la gestión y el escalado de aplicaciones en contenedores.
Hoy en día, Kubernetes y el ecosistema más amplio de tecnologías relacionadas con los contenedores se han fusionado para constituir los pilares de la infraestructura moderna en la nube. Este ecosistema permite a las organizaciones ofrecer un entorno de computación multinube híbrida altamente productivo para realizar tareas complejas relacionadas con la infraestructura y las operaciones. También apoya el desarrollo nativo de la nube al permitir crear aplicaciones una vez e implementarlas en cualquier lugar.
La palabra "Kubernetes" tiene su origen en el griego y significa "timonel" o "piloto", de ahí el timón que aparece en el logo de Kubernetes.
Los contenedores son componentes de aplicación ejecutables ligeros que combinan el código fuente con todas las bibliotecas del sistema operativo (SO) y dependencias necesarias para ejecutar el código en cualquier entorno.
Los contenedores se benefician de una forma de virtualización del sistema operativo que permite que varias aplicaciones compartan una sola instancia de un sistema operativo aislando los procesos y controlando la cantidad de CPU, memoria y disco a la que pueden acceder esos procesos. Al ser más pequeños, consumir menos recursos y ser más portátiles que las máquinas virtuales (VM), los contenedores se han convertido en las unidades de computación de facto de las aplicaciones nativas de la nube modernas. Los contenedores también son más eficientes en recursos. Permiten ejecutar más aplicaciones en menos máquinas (servidores virtuales y físicos) con menos instancias de sistema operativo.
Como los contenedores pueden funcionar de forma coherente en cualquier lugar, se han convertido en críticos para la arquitectura subyacente que da soporte a los entornos multinube híbridos, la combinación del entorno local, la nube privada, la nube pública y más de un servicio en la nube de más de un proveedor de nube.
Docker es la herramienta más popular para crear y ejecutar contenedores de Linux. Aunque las primeras formas de contenedores se introdujeron hace décadas (con tecnologías como FreeBSD Jails y AIX Workload Partitions), los contenedores se democratizaron en 2013, cuando Docker los llevó a las masas con una nueva implementación fácil de usar para desarrolladores y en la nube.
Docker comenzó como un proyecto de código abierto, pero hoy también se refiere a Docker Inc, la empresa que produce Docker, un kit de herramientas de contenedores comerciales que se basa en el proyecto de código abierto (y aporta esas mejoras a la comunidad de código abierto).
Docker se basó en la tecnología tradicional de contenedores de Linux, pero permite una virtualización más granular de los procesos del kernel de Linux y añade características para que los desarrolladores puedan construir, implementar, gestionar y proteger los contenedores de forma más accesible.
Aunque hoy en día existen plataformas alternativas de tiempo de ejecución de contenedores, como Open Container Initiative (OCI), CoreOS y Canonical (Ubuntu) LXD, Docker es la opción dominante. Además, Docker se ha convertido en sinónimo de contenedores y, a veces, se confunde con un competidor de tecnologías complementarias como Kubernetes.
En la actualidad, Docker y Kubernetes son las principales herramientas de contenerización, con Docker dominando el 82 % del mercado y Kubernetes controlando el 11,52 % de la cuota de mercado en 2024.
A medida que proliferaron los contenedores, hoy en día, una organización puede tener cientos o miles de ellos. Se necesitan equipos de operaciones para programar y automatizar la implementación de contenedores, la redes, la escalabilidad y la disponibilidad. Introduzca la orquestación de contenedores.
Basado en Borg, la plataforma interna de orquestación de contenedores de Google, Kubernetes se presentó al público como una herramienta de código abierto en 2014, y Microsoft, Red Hat, IBM y otras grandes empresas tecnológicas se sumaron como miembros fundadores de la comunidad de Kubernetes. En 2015, Google donó Kubernetes a la Cloud Native Computing Foundation (CNCF), el centro de código abierto y neutral para proveedores de la computación nativa de la nube.
Kubernetes se convirtió en el primer proyecto alojado de la CNCF en marzo de 2016. Desde entonces, Kubernetes se ha convertido en la herramienta de orquestación de contenedores más utilizada para ejecutar cargas de trabajo basadas en contenedores en todo el mundo. En un informe del CNCF, Kubernetes es el segundo proyecto de código abierto más grande del mundo (después de Linux) y la principal herramienta de orquestación de contenedores para el 71 % de las empresas Fortune 100.
En 2018, Kubernetes fue el primer proyecto de posgrado del CNCF, convirtiéndose en uno de los proyectos de código abierto de más rápido crecimiento de la historia. Si bien otras opciones de orquestación de contenedores, sobre todo Docker Swarm y Apache Mesos, ganaron cierta popularidad en sus inicios, Kubernetes se convirtió rápidamente en la más adoptada.
Desde que Kubernetes se unió a la CNCF en 2016, el número de colaboradores ha crecido hasta alcanzar los 8012, lo que supone un aumento del 996 %. A fecha de redactar esto, los colaboradores han añadido más de 123 000 commits al repositorio Kubernetes en GitHub.
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Kubernetes programa y automatiza las tareas relacionadas con los contenedores a lo largo del ciclo de vida de la aplicación, incluidas las siguientes.
Implemente un número específico de contenedores en un host específico y manténgalos funcionando en el estado deseado.
Un despliegue es un cambio en una implementación. Kubernetes le permite iniciar, pausar, reanudar o revertir despliegues.
Kubernetes puede exponer automáticamente un contenedor a internet u otros contenedores utilizando un nombre o dirección IP de un sistema de nombres de dominio (DNS).
Configure Kubernetes para montar almacenamiento local o en la nube persistente para sus contenedores según sea necesario.
En función del uso de la CPU o de métricas personalizadas, el equilibrio de carga de Kubernetes puede distribuir la carga de trabajo por toda la red para mantener el rendimiento y la estabilidad.
Cuando el tráfico aumenta, el autoescalado de Kubernetes puede crear nuevos clústeres según sea necesario para gestionar la carga de trabajo adicional.
Cuando un contenedor falla, Kubernetes puede reiniciarlo o reemplazarlo automáticamente para evitar el tiempo de inactividad. También puede retirar contenedores que no cumplan con los requisitos de comprobación de estado.
La implementación de Kubernetes implica clústeres, los componentes básicos de la arquitectura de Kubernetes. Los clústeres están formados por nodos, cada uno de los cuales representa un único host de computación, ya sea una máquina física (servidor bare metal) o una máquina virtual.
La arquitectura de Kubernetes consta de dos partes principales: los componentes del panel de control y los componentes que gestionan los nodos individuales.
Un nodo consta de pods. Se trata de grupos de contenedores que comparten los mismos recursos informáticos y la misma red. También son la unidad de escalabilidad en Kubernetes. Si un contenedor en un pod está ganando más tráfico del que puede gestionar, Kubernetes replicará el pod en otros nodos del clúster.
El plano de control gestiona automáticamente la programación de los pods en los nodos de un clúster.
Cada clúster tiene un nodo maestro que gestiona el plano de control del clúster. El nodo maestro ejecuta un servicio de programación que automatiza cuándo y dónde se implementan los contenedores en función de los requisitos de implementación establecidos por el desarrollador y de la capacidad informática disponible.
Los componentes principales de un clúster de Kubernetes son kube-apiserver, etcd, kube-scheduler, kube-controller-manager y cloud-controller-manager:
API server: el servidor de interfaz de programación de aplicaciones (API) en Kubernetes expone la API de Kubernetes (la interfaz utilizada para gestionar, crear y configurar clústeres de Kubernetes) y sirve como punto de entrada para todos los comandos y consultas.
etcd : etcd es un almacén distribuido de clave-valor de código abierto que se utiliza para almacenar y gestionar la información crítica que los sistemas distribuidos necesitan para seguir funcionando. En Kubernetes, el etcd gestiona los datos de configuración, los datos de estado y los metadatos.
Scheduler: este componente rastrea los pods recién creados y selecciona nodos para que se ejecuten en ellos. El scheduler tiene en cuenta la disponibilidad de recursos y las restricciones de asignación, los requisitos de hardware y software, y otros factores.
Controller-manager: el gestor de controladores de Kubernetes es un conjunto de controladores integrados que ejecuta un bucle de control que monitoriza el estado compartido del clúster y se comunica con el servidor API para administrar recursos, pods o endpoints de servicio. El controller-manage se compone de procesos independientes que se agrupan para reducir la complejidad y se ejecutan en un solo proceso.
Cloud-controller-manager: Este componente tiene una función similar a la del enlace controller-manager. Enlaza a la API de un proveedor de servicios en la nube y separa los componentes que interactúan con esa plataforma de nube de los que solo interactúan dentro del clúster.
Los nodos de trabajo son responsables de implementar, ejecutar y administrar aplicaciones en contenedores:
Kubelet: Kubelet es un agente de software que recibe y ejecuta órdenes del nodo maestro y ayuda a garantizar que los contenedores se ejecuten en un pod.
Kube-proxy: instalado en cada nodo de un clúster, el kube-proxy mantiene las reglas de red en el host y monitoriza los cambios en los servicios y pods.
En la actualidad, hay más de 90 ofertas certificadas de Kubernetes, incluidas plataformas de gestión de nivel empresarial que proporcionan herramientas, actualizaciones y capacidades complementarias que aceleran el desarrollo y la entrega de aplicaciones en contenedores.
Si bien Kubernetes es la tecnología preferida para orquestar las aplicaciones en la nube basadas en contenedores, depende de otros componentes, como la red, la entrada, el equilibrio de carga, el almacenamiento, la integración continua y la entrega continua (CI/CD) y más, para que sea completamente funcional.
Aunque es posible autoalojar un clúster de Kubernetes en un entorno basado en la nube, la configuración y la gestión pueden ser complejas para una organización empresarial. Aquí es donde entran en juego los servicios gestionados de Kubernetes.
Con los servicios gestionados de Kubernetes, el proveedor suele gestionar los componentes del plano de control de Kubernetes. El proveedor de servicios gestionados ayuda a automatizar los procesos rutinarios de actualización, equilibrio de carga, escalado y monitorización. Por ejemplo, Red Hat OpenShift es un servicio Kubernetes que se puede implementar en cualquier entorno y en todas las nubes públicas, incluidos Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure, Google Cloud e IBM® Cloud. Muchos proveedores de servicios en la nube también ofrecen sus propios servicios gestionados de Kubernetes Service.
La monitorización de Kubernetes se refiere a la recopilación y análisis de datos relacionados con la salud, el rendimiento y las características de coste de las aplicaciones en contenedores que se ejecutan dentro de un clúster Kubernetes.
La monitorización de los clústeres de Kubernetes permite a los administradores y usuarios realizar un seguimiento del tiempo de actividad, el uso de los recursos del clúster y la interacción entre los componentes del clúster. La monitorización ayuda a identificar rápidamente problemas como recursos insuficientes, fallos y nodos que no pueden unirse al clúster. Las soluciones actuales de monitorización de Kubernetes incluyen herramientas automatizadas para la gestión del rendimiento de las aplicaciones (APM), la observabilidad, la gestión de recursos de aplicaciones (ARM) y más.
Kubernetes puede implementar y escalar pods, pero no puede administrar ni automatizar el enrutamiento entre ellos y no proporciona ninguna herramienta para monitorizar, proteger o depurar estas conexiones.
A medida que crece el número de contenedores en un clúster, el número de posibles rutas de conexión entre ellos aumenta exponencialmente. Por ejemplo, dos contenedores tienen dos conexiones potenciales, pero diez pods tienen 90, lo que crea una posible pesadilla de configuración y gestión.
Istio, una capa de malla de servicios configurable y de código abierto, ofrece una solución mediante la conexión, supervisión y protección de contenedores en un clúster de Kubernetes. Otros beneficios significativos incluyen capacidades para mejorar la depuración y un panel de control que los equipos y administradores de DevOps pueden usar para monitorear la latencia, los errores de tiempo en servicio y otras características de las conexiones entre contenedores.
Knative (pronunciado ‘kay-native’) es una plataforma de código abierto que proporciona una fácil vía de acceso a la computación sin servidor, el modelo de desarrollo y ejecución de aplicaciones de cloud computing que permite a los desarrolladores crear y ejecutar código de aplicaciones sin aprovisionar ni administrar servidores o infraestructura de backend.
En lugar de implementar una instancia continua de código que permanece inactiva a la espera de solicitudes, el código sin servidor se implementa cuando es necesario, ampliándolo o reduciéndolo según la demanda fluctúe, y luego se retira cuando no se está utilizando. La tecnología sin servidor evita el desperdicio de capacidad informática y energía, y reduce los costes, ya que solo paga por ejecutar el código cuando se está ejecutando.
Tekton es un marco de código abierto e independiente del proveedor para crear sistemas de integración y entrega continuas (CI/CD) gobernados por la Continuous Delivery Foundation (CDF).
Como marco, Tekton ayuda a modernizar la entrega continua proporcionando especificaciones de sectores para pipelines, flujos de trabajo y otros componentes básicos, lo que agiliza y facilita la implementación en múltiples proveedores de servicios en la nube o entornos híbridos.
Cabe destacar que Tekton es el sucesor de Knative Build, que sigue siendo compatible con algunas distribuciones de Knative. Los pipelines de Tekton se han convertido en el estándar para crear imágenes de contenedores e implementarlas en un registro de contenedor en un entorno de Kubernetes.
Las organizaciones empresariales utilizan Kubernetes para respaldar los siguientes casos de uso que desempeñan un papel crucial en la composición de la infraestructura de TI moderna.
El enfoque nativo de la nube es un enfoque de desarrollo de software para crear, implementar y gestionar aplicaciones basadas en la nube. El principal beneficio del enfoque nativo de la nube es que permite a los equipos de DevOps y a otros equipos programar una sola vez e implementar en cualquier infraestructura de nube de cualquier proveedor de servicios en la nube.
Este proceso de desarrollo moderno se basa en microservicios, un enfoque en el que una única aplicación se compone de muchos componentes o servicios más pequeños, débilmente acoplados y implementables de forma independiente, que se implementan en contenedores gestionados por Kubernetes.
Kubernetes ayuda a garantizar que cada microservicio tenga los recursos que necesita para funcionar de manera efectiva, al tiempo que minimiza la sobrecarga operativa asociada con la administración manual de varios contenedores.
El cloud híbrido combina y unifica la nube pública, la nube privada y la infraestructura del centro de datos en las instalaciones para crear una infraestructura de TI única, flexible y coste-óptima.
Hoy en día, el cloud híbrido se ha fusionado con la multinube, servicios de nube pública de más de un proveedor de nube, para crear un entorno multicloud híbrido.
Un enfoque de multicloud híbrido crea una mayor flexibilidad y reduce la dependencia de una organización de un proveedor, evitando la dependencia del proveedor. Dado que Kubernetes crea la base para el desarrollo nativo de la nube, es clave para la adopción de multicloud híbrido.
Kubernetes admite la implementación de aplicaciones en la nube a gran escala con autoescalado. Este proceso permite que las aplicaciones se escalen hacia arriba o hacia abajo, ajustándose a los cambios de demanda automáticamente, con velocidad, eficiencia y tiempo de inactividad mínimo.
La escalabilidad elástica de la implementación de Kubernetes significa que se pueden añadir o eliminar recursos en función de los cambios en el tráfico de usuarios, como las ventas flash en los sitios web minoristas.
Kubernetes proporciona la plataforma en la nube moderna necesaria para respaldar la modernización de aplicaciones, migrando y transformando aplicaciones monolíticas heredadas en aplicaciones en la nube basadas en una arquitectura de microservicios.
La automatización está en el núcleo de DevOps, que acelera la entrega de software de mayor calidad combinando y automatizando el trabajo de los equipos de desarrollo de software y operaciones de TI.
Kubernetes ayuda a los equipos de DevOps a crear y actualizar aplicaciones rápidamente automatizando la configuración y la implementación de aplicaciones.
Los modelos de ML y los modelos de lenguaje de gran tamaño (LLM) que admiten la IA incluyen componentes que serían difíciles y llevarían mucho tiempo gestionar por separado. Al automatizar la configuración, la implementación y la escalabilidad en entornos de nube, Kubernetes ayuda a proporcionar la agilidad y flexibilidad necesarias para entrenar, probar e implementar estos modelos complejos.
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