Introducción a Kubernetes

Kubernetes, también conocido como K8s, es una plataforma de orquestación de contenedores creada por Google y mantenida por la Cloud Native Computing Foundation (CNCF). Su función principal es automatizar el despliegue, la gestión y la escalabilidad de aplicaciones en contenedores, garantizando que siempre se mantengan disponibles, equilibradas y fácilmente escalables sin intervención manual. Kubernetes se ha convertido en el estándar de facto para la administración de infraestructuras modernas basadas en microservicios.

En pocas palabras, Kubernetes actúa como un sistema operativo para los centros de datos modernos. Permite ejecutar aplicaciones distribuidas a través de múltiples servidores (físicos o virtuales) sin necesidad de preocuparse por dónde se ejecuta cada contenedor o qué ocurre si uno de los nodos falla. Todo el proceso de asignar recursos, iniciar contenedores, reiniciarlos si fallan o distribuir la carga de trabajo es gestionado de manera automática por el propio sistema.

Arquitectura general

Kubernetes está compuesto por dos partes fundamentales: el plano de control (control plane) y los nodos de trabajo (worker nodes).
El plano de control es el cerebro del sistema. Supervisa el estado de todo el clúster y toma decisiones como crear nuevos contenedores, reiniciar los que fallan o equilibrar la carga de red. Dentro de este plano destacan componentes como el API Server, que actúa como punto de entrada para todas las operaciones; el Scheduler, que decide en qué nodo debe ejecutarse cada contenedor; el Controller Manager, que supervisa que el estado real coincida con el deseado; y la base de datos distribuida etcd, donde se almacena toda la configuración del clúster de forma persistente y segura.

Los nodos de trabajo son las máquinas que ejecutan los contenedores reales. En cada nodo hay un proceso llamado kubelet, encargado de recibir las órdenes del plano de control y asegurar que los contenedores se ejecutan correctamente. Además, el componente kube-proxy gestiona la red local y permite que los servicios se comuniquen entre sí dentro del clúster.

Conceptos clave

Dentro de Kubernetes, el contenedor deja de ser la unidad más pequeña y pasa a formar parte de un Pod. Un pod es la unidad mínima de ejecución y puede contener uno o varios contenedores que comparten la misma red y almacenamiento. Si un pod falla, Kubernetes lo elimina y crea uno nuevo automáticamente, garantizando que el servicio siempre esté disponible.

Para mantener las aplicaciones actualizadas y en funcionamiento, Kubernetes utiliza Deployments, que son definiciones declarativas que describen cuántas réplicas deben existir de un pod, qué imagen deben usar y cómo deben actualizarse. Esto permite, por ejemplo, realizar actualizaciones sin interrupciones o volver a una versión anterior si algo falla.

Otro concepto fundamental es el de Service, que actúa como un punto de acceso estable para un conjunto de pods. Dado que los pods son efímeros y sus direcciones IP pueden cambiar, los servicios proporcionan una capa de red persistente que permite acceder a las aplicaciones sin importar qué pod las esté ejecutando. También pueden balancear la carga entre varios pods.

Además, Kubernetes ofrece ConfigMaps y Secrets para manejar configuraciones y credenciales de manera segura, Namespaces para aislar entornos dentro del mismo clúster, y Ingress para gestionar el tráfico HTTP y HTTPS desde el exterior hacia los servicios internos.

Funcionamiento y filosofía declarativa

Kubernetes utiliza un enfoque declarativo, lo que significa que el usuario no le dice paso a paso qué debe hacer, sino que le indica el estado deseado del sistema mediante un archivo de configuración. Por ejemplo, un administrador puede describir que quiere cinco réplicas de un servicio web ejecutándose, y Kubernetes se encargará de crear, distribuir y mantener esos pods automáticamente. Si uno de ellos falla, el sistema detecta el problema y lo reemplaza sin intervención humana.

Esta filosofía convierte a Kubernetes en un sistema autorregulado. Los componentes del plano de control están en constante comunicación con los nodos y verifican que el estado real coincida con el deseado. Si hay diferencias, el sistema actúa para corregirlas. Gracias a esto, Kubernetes ofrece alta disponibilidad, resiliencia y la capacidad de crecer horizontalmente (añadiendo más nodos) sin modificar las aplicaciones.

Escalabilidad y auto-recuperación

Uno de los aspectos más potentes de Kubernetes es su capacidad de escalar aplicaciones automáticamente según la carga de trabajo. Con el Horizontal Pod Autoscaler, el sistema puede crear o eliminar pods en función del uso de CPU, memoria o métricas personalizadas. De este modo, una aplicación puede responder a picos de tráfico sin saturar los recursos y volver a la normalidad cuando la demanda baja.

La auto-recuperación es otro pilar fundamental. Si un nodo deja de responder o un contenedor se bloquea, Kubernetes lo detecta y programa un reemplazo en otro nodo saludable. Esto ocurre de forma continua y transparente, sin necesidad de intervención manual ni interrupción del servicio.

Ventajas principales

Kubernetes no solo simplifica la gestión técnica, sino que también transforma la manera en que las empresas despliegan sus aplicaciones. Al abstraer la infraestructura subyacente, los desarrolladores pueden concentrarse en el código sin preocuparse por los servidores. Además, Kubernetes es compatible con cualquier proveedor de nube o entorno local, lo que permite mover aplicaciones entre diferentes infraestructuras sin modificaciones.

Entre sus ventajas destacan la portabilidad, la alta disponibilidad, la automatización de despliegues, el balanceo de carga integrado, la observabilidad mediante métricas y logs, y una gran comunidad de soporte que mantiene su evolución constante.