What is Kubernetes | Kubernetes explained in 15 mins

Summary

El video presenta una explicación detallada de Kubernetes, un framework de orquestación de contenedores open source desarrollado por Google. Cubre su definición, la problemática que resuelve, su arquitectura básica con nodos maestros y worker, y los componentes clave como pods, contenedores, servicios y cómo se configuran. Destaca las funcionalidades de alta disponibilidad, escalabilidad y recuperación ante desastres que ofrecen las herramientas de orquestación de contenedores como Kubernetes.

Takeaways

• 📚 Kubernetes es un marco de orquestación de contenedores de código abierto, originalmente desarrollado por Google.
• 🔄 Solve problemas de gestión de cientos o miles de contenedores en diferentes entornos como máquinas físicas, máquinas virtuales o entornos de nube.
• 🤖 Garantiza alta disponibilidad, escalabilidad y recuperación ante desastres para las aplicaciones.
• 🌐 La arquitectura básica de Kubernetes consiste en al menos un nodo maestro y varios nodos de trabajo, donde los nodos de trabajo ejecutan contenedores de aplicaciones.
• 🔧 El nodo maestro ejecuta procesos clave como el servidor de API, el gerente de controladores y el programador.
• 💾 etcd es un componente crucial que almacena la configuración y el estado actual del clúster de Kubernetes.
• 🌐 La red virtual permite que todos los nodos del clúster se comuniquen entre sí y se conviertan en una máquina poderosa.
• 📦 Un Pod (unidad de implementación) es la unidad más pequeña en Kubernetes, que puede contener múltiples contenedores.
• 🔄 Los Pods son componentes efímeros y pueden morir con frecuencia, lo que justifica el uso de servicios para proporcionar direcciones IP permanentes.
• 🛠 La configuración de Kubernetes se realiza a través del servidor de API y se maneja en formato YAML o JSON.
• 🔄 Kubernetes trabaja de forma declarativa,力求达到用户声明的期望状态.

Q & A

¿Qué es Kubernetes?

Kubernetes es un marco de orquestación de contenedores de código abierto, originalmente desarrollado por Google, que ayuda a gestionar aplicaciones compuestas por cientos o quizás miles de contenedores en diferentes entornos como máquinas físicas, máquinas virtuales o entornos en la nube.

¿Qué problemas resuelve Kubernetes?

Kubernetes resuelve problemas relacionados con la gestión de una gran cantidad de contenedores en múltiples entornos, garantizando la alta disponibilidad, escalabilidad y recuperación ante desastres de las aplicaciones.

¿Qué es una arquitectura básica de Kubernetes?

Una arquitectura básica de Kubernetes consiste en al menos un nodo maestro conectado a varios nodos de trabajo (worker nodes), donde se ejecutan los contenedores de las aplicaciones y se distribuye la carga de trabajo.

¿Qué procesos esenciales se ejecutan en el nodo maestro de Kubernetes?

El nodo maestro ejecuta procesos esenciales como el API server (punto de entrada para la comunicación con el clúster), el controller manager (mantiene un registro de los eventos del clúster), el scheduler (responsible de programar contenedores en nodos de trabajo) y el etcd (almacena el estado actual del clúster).

¿Qué es un pod en Kubernetes?

Un pod es la unidad más pequeña de configuración y interacción en Kubernetes, actuando como un contenedor que encapsula uno o varios contenedores. Los pods son componentes de Kubernetes que gestionan los contenedores en su interior sin intervención directa del usuario.

¿Cómo se comunican los pods en Kubernetes?

Los pods en Kubernetes se comunican a través de direcciones IP internas asignadas a cada pod, permitiendo que los contenedores dentro de los pods se comuniquen entre sí a través de estas direcciones IP.

¿Qué es un servicio en Kubernetes y cuál es su función?

Un servicio en Kubernetes es un componente que proporciona una dirección IP permanente para la comunicación entre los pods, actuando como un equilibrador de carga y permitiendo que las aplicaciones se comuniquen sin interrupciones a pesar de los pods que se reinician y obtengan nuevas direcciones IP.

¿Cómo se configuran los componentes de Kubernetes como los pods y servicios?

La configuración de los componentes en Kubernetes se realiza a través del API server, donde los clientes de Kubernetes (como la interfaz de usuario, scripts o herramientas de línea de comando) envían solicitudes de configuración en formato YAML o JSON.

¿Qué es la orquestación de contenedores y por qué es necesaria?

La orquestación de contenedores es una tecnología que automatiza la implementación, escalabilidad, monitoreo y mantenimiento de aplicaciones que se ejecutan en contenedores. Es necesaria debido al aumento del uso de microservicios y la complejidad de gestionar cientos o miles de contenedores en múltiples entornos.

¿Qué sucede si un nodo maestro de Kubernetes falla?

Si un nodo maestro de Kubernetes falla, se requiere una copia de seguridad para poder acceder al clúster de nuevo. En entornos de producción, se recomienda tener al menos dos nodos maestros para garantizar la continuidad del clúster en caso de fallo.

¿Cómo Kubernetes garantiza la alta disponibilidad de las aplicaciones?

Kubernetes garantiza la alta disponibilidad mediante la replicación de pods, la supervisión constante del estado de los contenedores y la reconstrucción automática de los contenedores que fallen, asegurando así que las aplicaciones permanezcan accesibles para los usuarios.

Outlines

00:00

📚 Introducción a Kubernetes

Este párrafo inicia explicando qué es Kubernetes, su definición oficial y su funcionamiento básico. Se menciona que Kubernetes es un marco de orquestación de contenedores open source desarrollado originalmente por Google, capaz de gestionar aplicaciones compuestas por cientos o miles de contenedores en diferentes entornos como máquinas físicas, máquinas virtuales o entornos cloud. Además, se discuten los problemas que Kubernetes resuelve, como la alta disponibilidad, escalabilidad y recuperación ante desastres, y se presenta un caso de estudio para entender mejor la necesidad de tecnologías de orquestación de contenedores.

05:01

🖥️ Arquitectura Básica de Kubernetes

En este párrafo se describe la arquitectura básica de un clúster Kubernetes, compuesto al menos por un nodo maestro y varios nodos de trabajo. Cada nodo ejecuta un proceso 'kubelet' que permite la comunicación y ejecución de tareas. Los nodos de trabajo alojan contenedores de aplicaciones diferentes, y el nodo maestro ejecuta procesos esenciales como el API server (punto de entrada para el clúster), el controlador manager y el scheduler. También se destaca el rol del almacenamiento etcd para mantener el estado actual del clúster y la red virtual que permite a los nodos comunicarse como una sola máquina virtual.

10:05

📦 Conceptos Básicos de Kubernetes: Pods y Contenedores

Este párrafo cubre los conceptos fundamentales de Kubernetes, como los pods y los contenedores. Un pod es la unidad mínima de configuración y es un contenedor que puede incluir varios contenedores, generalmente uno por aplicación. Los pods son efímeros y pueden reiniciarse frecuentemente, lo que lleva a la introducción del concepto de 'service', que proporciona una dirección IP permanente y actúa como un equilibrador de carga para los pods. La explicación incluye cómo los clientes de Kubernetes interactúan con el API server para configurar componentes como pods y servicios.

🔧 Creación y Configuración de Componentes Kubernetes

Finalmente, se explica cómo se crean y configuran los componentes de Kubernetes, como los pods y los servicios, a través de solicitudes de configuración hechas por clientes a través del API server. Se da un ejemplo de cómo se configura un deployment con replica sets de pods y se destaca el enfoque declarativo de las solicitudes, donde se define el resultado deseado y Kubernetes trabaja para alcanzar ese estado. Esto garantiza que, incluso si un pod falla, Kubernetes lo reemplace y mantenga el clúster en el estado deseado.

Keywords

💡Kubernetes

Kubernetes es un marco de orquestación de contenedores de código abierto, originalmente desarrollado por Google. Es fundamental para gestionar aplicaciones compuestas por cientos o miles de contenedores en diferentes entornos como máquinas físicas, máquinas virtuales o entornos de nube, e incluso en entornos de implementación híbridos. El video lo describe como una herramienta que ayuda a asegurar la alta disponibilidad, escalabilidad y recuperación ante desastres de las aplicaciones.

💡Contenedores

Los contenedores son unidades de ejecución de aplicaciones que encapsulan el software y sus dependencias en un paquete ligero, permitiendo que la aplicación se ejecute consistentemente en cualquier sistema. Kubernetes ayuda a gestionar estos contenedores, facilitando la implementación y el mantenimiento de aplicaciones compuestas por múltiples contenedores.

💡Orquestación de Contenedores

La orquestación de contenedores es el proceso de coordinar y gestionar la implementación, ejecución y mantenimiento de múltiples contenedores en un entorno informático. Kubernetes es una herramienta de orquestación de contenedores que permite la gestión eficiente de contenedores a gran escala, garantizando la alta disponibilidad, escalabilidad y recuperación ante desastres.

💡Maestro (Master Node)

En Kubernetes, el nodo maestro es el componente principal que dirige el cluster, ejecutando procesos esenciales como el servidor de API, el gerente de controladores y el programador. El nodo maestro es crucial para la operación del cluster y, por lo tanto, se recomienda tener múltiples nodos maestros en entornos de producción para garantizar la alta disponibilidad.

💡Trabajo (Worker Node)

Los nodos de trabajo en Kubernetes son los que ejecutan las aplicaciones en contenedores. Estos nodos tienen un proceso de kubelet que les permite comunicarse con el nodo maestro y ejecutar tareas como la implementación de contenedores. Los nodos de trabajo suelen ser más grandes y tener más recursos que los nodos maestros, ya que son los que soportan la carga de las aplicaciones.

💡Pods

Los pods en Kubernetes son la unidad más pequeña de configuración y son un contenedor que puede contener una o múltiples aplicaciones. Los pods son manejados por Kubernetes y se encargan de ejecutar y mantener los contenedores dentro de ellos. Los pods son efímeros, lo que significa que pueden ser reiniciados o reemplazados, y Kubernetes garantiza que los pods se reinicien automáticamente si fallan.

💡Servicios (Services)

Los servicios en Kubernetes son componentes que proporcionan una dirección IP constante y un equilibrador de carga para los pods. Los servicios permiten que las aplicaciones se comuniquen entre sí sin preocuparse por las direcciones IP dinámicas que pueden cambiar cuando los pods son reiniciados. Los servicios son fundamentales para mantener la conectividad y la accesibilidad de las aplicaciones en un entorno dinámico.

💡Alta Disponibilidad

La alta disponibilidad se refiere a la capacidad de una aplicación para estar disponible y accesible para los usuarios sin tiempo de inactividad. Kubernetes garantiza la alta disponibilidad a través de su orquestación de contenedores, asegurando que las aplicaciones sigan funcionando incluso en caso de fallos o problemas de infraestructura.

💡Escalabilidad

La escalabilidad se refiere a la capacidad de una aplicación para aumentar o disminuir su capacidad de respuesta y rendimiento según la demanda. Kubernetes permite la escalabilidad al orquestar la implementación y el mantenimiento de contenedores en múltiples nodos de trabajo, ajustando dinámicamente la cantidad de contenedores en ejecución según las necesidades.

💡Recuperación ante desastres

La recuperación ante desastres es el proceso de restaurar un sistema o aplicación a su estado anterior después de un evento catastrófico, como la pérdida de datos o la falla de un servidor. Kubernetes ofrece mecanismos de recuperación ante desastres para garantizar que las aplicaciones puedan volver a su estado último conocido en caso de problemas de infraestructura.

💡etcd

etcd es un almacén de clave-valor distribuido que se utiliza en Kubernetes para mantener la configuración y el estado actual del cluster. Etcd almacena información crítica como la configuración de los nodos, el estado de los contenedores y los pods, lo que permite la recuperación y restauración del cluster en caso de fallos.

Highlights

Kubernetes is an open-source container orchestration framework developed by Google.

It manages containers, such as Docker, in various environments like physical machines, VMs, or cloud setups.

Kubernetes helps manage applications composed of hundreds or thousands of containers.

The rise of microservices increased the use of container technologies due to their suitability for small, independent apps.

Container orchestration tools like Kubernetes address the complexity of managing numerous containers across different environments.

Kubernetes ensures high availability, scalability, and disaster recovery for applications.

A Kubernetes cluster consists of at least one master node and multiple worker nodes, each running a kubelet process.

Worker nodes host Docker containers of different applications, depending on the workload distribution.

The master node runs essential Kubernetes processes like the API server, controller manager, and scheduler.

etcd key-value storage holds the Kubernetes cluster's configuration and status data, enabling backup and restore from snapshots.

A virtual network connects all nodes within the Kubernetes cluster, turning them into a single, resourceful entity.

Pods are the smallest unit in Kubernetes, acting as wrappers for containers and housing multiple containers per application.

Each pod is assigned its own IP address, allowing for internal communication within the cluster.

Pods are ephemeral and can die frequently; Kubernetes automatically restarts stopped containers within pods.

Services in Kubernetes provide a stable IP address and load balancing for pods, overcoming the challenge of dynamic IP addresses.

Kubernetes configurations are declarative, defining the desired state for the system to achieve and maintain.

The API server is the entry point for all configuration requests in the Kubernetes cluster.

Kubernetes deployment is a template for creating pods, allowing for the specification of replicas, container images, and environment variables.

Transcripts

so in this video I'm going to explain

what kubernetes is we're going to start

off with the definition to see what

official definition is and what it does

then we're going to look at the problem

solution case study of Cabezas basically

why did kubernetes even come around and

what problems does it solve we're gonna

look at the basic architecture what are

the master nodes and the slave nodes and

what are the kubernetes processes that

actually make up the platform mechanism

then we going to see some basic concepts

and the components of kubernetes which

are pots and containers and services and

what is the role of each one of those

components and finally we going to look

at a simple configuration that you as a

kubernetes cluster user would use to

create those components and configure

the cluster to your needs so let's jump

in right into the definition what is

kubernetes so kubernetes is an open

source container orchestration framework

which was originally developed by google

so on the foundation it manages

containers be docker containers or from

some other technology which basically

means that kubernetes helps you manage

applications that are made up of

hundreds or maybe thousands of

containers and it helps you manage them

in different environments like physical

machines virtual machines or cloud

environments or even hybrid deployment

environments so what problems does

kubernetes solve and what are the tasks

of a container orchestration tool

actually so to go through this

chronologically the rise of micro

services cause increased usage of

container technologies because the

containers actually offer the perfect

host for small independent applications

like Microsoft a nurse and the micro

service technology actually resulted in

applications that they're now comprised

of hundreds or sometime

maybe even thousands of containers now

managing those loads of containers

across multiple environments using

scripts and self-made tools can be

really complex and sometimes even

impossible so that specific scenario

actually caused the need for having

container orchestration technologies so

what those orchestration tools like

kubernetes do is actually guarantee

following features one is high

availability in simple words high

availability means that the application

has no downtime so it's always

accessible by the users a second one is

scalability which means that application

has a high performance it loads fast and

users have a very high response rates

from the application and the third one

is disaster recovery which basically

means that if an infrastructure has some

problems like data is lost or the

server's explode or something bad

happens with the server center the

infrastructure has to have some kind of

mechanism to pick up the data and to

restore it to the latest state so that

application doesn't actually lose any

data and the containerized application

can run from the latest stayed after the

recovery and all of these are

functionalities that container

orchestration technologies like

kubernetes offer

so how does the kubernetes basic

architecture actually look like the

kubernetes cluster is made up with at

least one master node and then connected

to it you have a couple of worker nodes

where each node has a cubelet process

running on it and cubelet is actually a

kubernetes process that makes it

possible for the cluster to talk to each

other to communicate to each other and

actually execute some tasks on those

nodes like running application processes

each worker node has docker containers

of different applications deployed on it

so depending on how the workload is

distributed you would have different

number of docker containers running on

worker nodes and worker nodes are where

the actual work is happening so here is

where where your applications are

running so the question is what is

running on master node master node

actually runs several kubernetes

processes that are absolutely necessary

to run and manage the cluster properly

one of such processes is an API server

which also is a container an API server

is actually the entry point to the

kubernetes cluster so this is the

process which the different kubernetes

clients will talk to like UI if you're

using kubernetes dashboard an API if

you're using some scripts and automating

technologies and a command-line tool so

all of these will talk to the API server

another process that is running on

master node is a controller manager

which basically keeps an overview of

what's happening in the cluster whether

something needs to be repaired or maybe

if a container died and it needs to be

restarted etc and another one is

scheduler which is basically responsible

for scheduling containers on different

nodes based on the workload and the

available server resources on each node

so it's an intelligent process that

decides on which worker node the next

container should be scheduled on

based on the available resources on

those worker notes and the load that

that container meets and another very

important component of the whole cluster

is actually an etcd

key value storage which basically holds

at any time the current state of the

kubernetes cluster so it has all the

configuration data inside and all the

status data of each node and each

container inside of that node and the

backup and restore that we mentioned

previously is actually made from these

etcd snapshots because you can recover

the whole cluster state using that etcd

snapshot and last but not least also a

very important component of kubernetes

which enables those notes

worker notes master notes talk to each

other is the virtual network that spends

all the notes that are part of the

cluster and in simple words virtual

network actually turns all the notes

inside of the cluster into one powerful

machine that has the sum of all the

resources of individual notes one thing

to be noted here is that work who knows

because they actually have most load

because they are running the

applications on inside of it usually are

much bigger and have more resources

because they will be running hundreds of

containers inside of them where is

master node will be running just a

handful of master processes like we see

in this diagram so it doesn't need that

many resources however as you can

imagine master node is much more

important than the individual worker

notes because if for example you lose a

master node excess you will not be able

to access the cluster anymore and that

means that you absolutely have to have a

backup of your master at any time so in

production environments usually you

would have at least two masters inside

of your kubernetes cluster but in more

cases of course you're going to have

multiple masters where if one master

node is down the cluster continues to

function smoothly because you have other

masters available so now

look at some kubernetes basic concepts

like pots and containers in kubernetes

pod is the smallest unit that you as a

kubernetes user will configure and

interact with in pod is basically a

wrapper of a container and on each

worker node you're gonna have multiple

pods and inside of a pod you can

actually have multiple containers

usually per application you would have

one pod so the only time you would need

more than one containers inside of a pod

is when you have a main application that

needs some helper containers so usually

you would have one pod per application

so a database for example would be one

pod a message broker will be another pod

a server will be again another pod in

Europe no J's application for example or

a java application will be its own pod

and as we mentioned previously as well

there is a virtual network dispense the

kubernetes cluster so what that does is

that it assigns each pod its own IP

address so each pod is its own self

containing server with its own IP

address and the way that they can

communicate with each other is we using

that internal IP addresses and to note

here we don't actually configure or

create containers inside of kubernetes

cluster but we only work with the pods

which is an abstraction layer over

containers and pod is a component of

kubernetes that manages the containers

running inside itself without our

intervention so for example if a

container stops or dies inside of a pod

it will be automatically restarted

inside of the pod however pods are

ephemeral components which means that

pots can also die very frequently and

when a pod dies a new one gets created

and here is where the notion of service

comes into play so what happens is that

whenever a pod gets restarted or weak

a new pod is created and it gets a new

IP address so for example if you have

your application talking to a database

pod using the IP address the pods have

and the pod restarts it gets a new IP

address obviously it would be very

inconvenient but just that IP address

all the time so because of that another

component of Cabrini's called service is

used which basically is an alternative

or a substitute to those IP addresses so

instead of having this dynamic IP

addresses their services sitting in

front of each pod that talk to each

other so now if a pod behind the service

dies and gets recreated the service

stays in place because their life cycles

are not tied to each other and the

service has two main functionalities one

is an IP address so it's a permanent IP

address which you can use to communicate

with between the pods and at the same

time it is a load balancer

so now that we have seen the basic

concepts of kubernetes how do we

actually create those components like

pods and services to configure the

kubernetes cluster all the configuration

in kubernetes cluster actually goes

through a master node with the process

called API server which we mentioned

briefly earlier so kubernetes clients

which could be a UI a kubernetes

dashboard for example or an API which

could be a script or curl command or a

command line tool like cube CTL they all

talk to the API server and they send

their configuration requests to the API

server which is the main entry point or

the only entry point into the cluster in

this requests have to be either in

yellow format or JSON format and this is

how a example configuration in the ML

format actually looks like so with this

we are sending a request to kubernetes

to configure a component called

deployment which is basically a template

or a blueprint for creating pots and in

this specific configuration example we

tell kubernetes to create to replica

pots for us called my app with each pod

replica having a container based on my

image running inside in addition to that

we configure what the environment

variables and the port configuration of

this container inside of the pot should

be and as you see the configuration

requests in kubernetes our declarative

form so we declare what is our desired

outcome from kubernetes and kubernetes

tries to meet those requirements meaning

for example since we declare we want to

replica pots of my app deployment to be

running in the cluster and one of those

pots dies the controller manager will

see that the east and shoot states now

are different the actual state is one

part our desired state is two so it goes

to work to make sure that this desired

state is recovered automatically

restarting the second replica of that

pot and this is how kubernetes

configuration works with all of its

component

be the parts or the services or

deployments what have you thanks for

watching the video I hope it was helpful

and if it was don't forget to like it if

you want to be notified whenever a new

video comes out then subscribe to my

channel if you have any questions if

something wasn't clear in the video

please post them in a comment section

below and I will try to answer them so

thank you and see you in the next video