Esse repositório tem como intuído ser um guia para o aprendizado de Kubernetes.
A ideia é apresentar os conceitos e propor pequenos laboratórios para que seja possível realizar testes baseado na criação de um Infraestrutura como Código(IaC) com o Vagrant.
Este é um repositório aberto para Sugestões de Melhorias e Inclusão de nova informações.
Kubernetes providencia um framework para executar, de forma resiliente, sistemas distribuidos, realizando um conjunto de processos para controlar conteineres gerenciando cargas de trabalho e automatizando o deploy de serviços/aplicações que são containerizados.
O Kubernetes nasceu de um projeto Open Source criado pelo Google em 2014 chamado Borg que derivou, além do Kubernetes, o Meso e CloudFoundry.
Kubernetes contém duas certificações:
- CKA - Certified Kubernetes Administrator
- CKAD - Certified Kubernetes Application Developer
No curso iremos abordar os conceitos da CKA (Certified Kubernetes Administrator) conforme os seguintes tópicos:
| Topico | Peso |
|---|---|
| Application Lifecycle Management | 8% |
| Installation, Configuration & Validation | 12% |
| Core Concepts | 19% |
| Networking | 11% |
| Scheduling | 5% |
| Security | 12% |
| Cluster Maintenance | 11% |
| Logging / Monitoring | 5% |
| Storage | 7% |
| Troubleshooting | 10% |
Os tópicos podem ser melhor elucidados pelo CKA Curriculum
Para entender a importancia do Kubernetes atualmente no mercado é necessário observar a mudança de visão em relação a entrega de aplicações.
- Deploy Tradicional
- Aplicações em Servidores Fisicos.
- Recursos não escalaveis
- Alto Custo de Recursos
- Deploy em Virtualização
- Multiplos Serviços em um servidor.
- Aumento de Escalabilidade e Segurança
- Isolamento das aplicações em relação ao Host principal
- Redução de Custos
- Deploy em Containers
- Isolamento do Ambiente
- Ambientes Leves
- Alto poder de escalabilidade
- Desacoplado da infraestrutura básica
Curiosidade: Kubernetes vem do Grego e significa timoneiro ou piloto
Isolamento de ambiente a nível de processo. Uma aplicação auto-contida criada com uma imagem base do qual contém todas as dependencias necessárias.
- Nível de Isolamente:
- Próprio filesystem, definições de rede, gerencia de processos e etc.
- Comunicação direta com o Kernel da máquina Host:
- cgroups: Permite a limitação dos recursos para cada processo
- namespaces: Limite a área de compartilhamento/visualização dos recursos (rede, processos, filesystem, etc)
- Union filesystem: FileSystem em camadas (já existentes - snapshots) com o conceito de copy-on-write, gerando uma camada superficial de escrita
Container Runtime: São os gerenciadores dos componentes utilizados por um container Há inúmeros Containers Runtime como:
- Docker
- containerd
- CRI-O
- KataContainers
- Entre outros.
Diagrama de Container Runtime - Baseado em Docker
OCI: https://www.opencontainers.org/
runC: https://github.com/opencontainers/runc
Com os conceitos basicos definidos, podemos ver quais as principais caracteristicas que o Kubernetes nos proporciona:
Service Discovery e LoadBalancer- Distribuição do alto tráfego baseado na descoberta de serviços (DNS, IP, Variaveis de Ambiente) até estabilizar a aplicação.Storage Orchestration- Orquestração de Storage - Gerenciar a montagens de volumes de armazenamento.Automated Rollouts e Rollbacks- Controle do estado do deploy nos containers. (Baseado no Estado Desejado).Automação do Uso de Recursos- Kubernetes consegue adequar o container no melhor node para utilização de recursos.Self-healing- Kubernetes reinicia, troca ou mata um container em caso de falhas.Secret and configuration management- Faz o gerenciamento de dados sensiveis (Senhas, Tokens, chaves, etc)
Para podermos trabalhar com o cluster Kubernetes e necessário entender alguns componentes que são utilizados, seja nas máquinas Master ou Nodes.
-
Control Plane - Camada de Orquestração de Container que define, implanta e gerencia os ciclo de vida dos containers
-
kube-apiserver- API Server componente que expõe o Kubernetes API.
- Frontend para o Control Plane
- Faz a comunicação entre master e nodes.
-
etcd- Banco de Dados compartilhado.
- Armazenamento de chave e valor altamente disponivel.
- Armazena todas as informações do cluster.
-
kube-schedule- Scheduler - Processo responsável por determinar node que será provisionado os PODs.
- Tomada de Decisão do Scheduler depende de inúmeros fatos como:
- Recursos Individuais ou coletivos
- Hardware ou Software
- Politicas de Afinidade ou Anti-Afinidade e etc.
-
kube-controller-managerecloud-controller-manager- Controllers - Responsável pela verificação do estado atual do cluster através do API SERVER.
- Tipos de Controllers:
- Node Controller: Responsavel por validar o estado do node
- Replication Controller: Responsavel por manter o número correto pods em cada Replication Controller System.
- Endpoints Controller: Popula Endpoints(Une Serviços e Pods)
- Service Account & Token Controllers: Define tokens e contas para um novo namespace.
- cloud-controller-manager - Permite a interação com provedores de cloud.
kubelet- Serviço - Agente executado em cada node do cluster.
- Permite o ingresso do node no cluster.
- Gerencia e Garante que as especificações de Pods(PodSpecs) estão rodando e saudaveis dentro do container
- NÃO gerencia containers que não foram criados pelo Kubernetes.
- Arquivo Config: /var/lib/kubelet/config.yaml
kube-proxy- É um proxy de rede executado em cada node
- Permite comunicação do cluster (IPTables do K8S)
- Mantém configurações e regras de rede.
Container Runtime:- Software responsável por gerenciar os containers em execução.
- Suporta: Docker, Containerd, cri-o, rktlet e outros.
Por fim, temos os objetos do Kubernetes, que são as ações que podemos utilizar no Kubernetes. Há inúmeros objetos, porém iremos abordar os principais objetivos:
Multiplos clusters virtuais no mesmo cluster fisico. Um ambiente para a execução de, por exemplo, projeto distintos. Utilizado para dividir projetos ou times que utilizam o Kubernetes.
- Principais Namespaces:
- default - Namespace Padrão
- kube-system - Namespace de objetos criados para suportar o ambiente Kubernetes
É a unidade minima do Kubernetes, pode conter um ou mais containers.
- Conjunto de Containes (No minimo um container)
- Compartilham interface de rede(IP Address Exclusivo) e volumes.
- Geralmente é gerenciado por um Deployment por isso representa uma unidade do Deployment
É a Forma de expor a aplicação como um serviço de rede, ou seja, cria um ponto de acesso para um conjunto de pods.
- Basicamente define um politica de acesso aos PODs.
- Os Pods do Service são determinados por um Selector (Filtro de Recursos baseado em LABEL)
- Basicamente é um LoadBalancer entre os PODs ativos e filtrados.
É um diretório contendo informações acessiveis por um container em um POD. Volume no Kubernetes tem a vida útil relacionada ao Pod.
- Tipos de Volumes:
- emptyDir - Volume não persistente
- hostPath - Volume Persistente Local.
- PersistentVolume (PV) - Disponibiliza volume persistente para o cluster baseado em um Storage.
- Tipos Suportados: NFS, ISCSI, GlusterFS, CEPH, etc.
- PersistentVolumeClaim (PVC) - Requisita um volume persistente.
Em resumo o Pod utiliza um PVC (PersistentVolumeClaim) que solicita um PV (PersistemVolume), que está disponivel em todo o cluster. Após a solicitação o Volume é montado dentro do ambiente.
Objeto que prove provisionamento da sua aplicação baseado em um estado desejado com especificações de container identicas.
- Realiza o Controle do atualização/provisionamento dos Pods e ReplicaSets
- Permite a substituições de pods em caso de falha.
- Utiliza o conceito de Strategy para definir uma estrátegia de deploy.
- Define a quantidade de replicas do provisionamento.
Tem como objetivo manter um conjunto de replicas de Pods sendo executado.
- Identifica os pods que serão replicados por um Selector.
- Especifica a quantidade de replicas.
- Baseado em um template de Pods, usado para criar novos Jobs.
Gerencia Pods com especificações identicas de containers, porém para cada Pod há uma identificação fixa que é mantido em atualizações.
- Utilizado quando há necessidade de identificadores de rede e volumes persistente estaveis,
- Ou na necessidade de Provisionamento, Scalling ou Atualizações automatizadas e ordenadas.
- Geralmente utilizado quando há necessidade de utilização de banco de dados.
Garante que em cada cluster haverá uma copia do Pod.
- Alocação de Pods em cada cluster ativo.
- Para executar, por exemplo, a configuração de um cluster de volumes, coleta de logs ou monitoramento do ambiente. Já que sempre haverá um Pod configurado nos nodes.
Glossário Kubernetes: https://kubernetes.io/docs/reference/glossary/