Kubernetes - The Cloud King

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Francisco Javier Barrena Castillo - @DogDeveloper

Who’s that guy
• Director de Innovación en Ingeniería del Software
en Instituto Tecnológico de Informática @ITI_TIC
• 7 años con proyectos comerciales
• Actualmente en proyectos de I+D
• Big Data, Machine Learning, Cloud Computing, Cyber
Physical Systems, Embedded Systems…
• Ex-CTO en www.onlyeco.com
• Buscador de viajes ecosostenibles
• Actualmente EcoDeveloper Advocate
• Formador y ponente
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i+d en el iti

kubernetes
the cloud king

qué es kubernetes
• Kubernetes es un orquestador open source de contenedores
Docker, desarrollado por Google
• Ejecuta y administra aplicaciones dockerizadas en un clúster de
CPUs o GPUs
• Permite múltiples acciones, como:
• Programación de despliegues
• Escalado automático
• Monitorización de contenedores
• Etc…
• Es ””interoperable”” entre proveedores cloud (Amazon, Azure,
Google Cloud, Rackspace…)
• Y por eso se ha convertido en el estándar de facto para desarrollos
basados en cloud

Como lleváis
docker??

docker (recordatorio)
• Docker es una plataforma de software que permite empaquetar
aplicaciones y todas sus dependencias para poder desplegarlas
fácilmente
• Estos paquetes reciben el nombre de contenedores

Docker image
• Docker permite describir un contenedor (en realidad es una
imagen) a través de un fichero de descripción Dockerfile

Docker image
• Una imagen es un paquete que incluye todo lo necesario para
ejecutar una aplicación
• Código
• Runtime
• Libraries
• Environment variables, archivos de configuración, etc.
• Una imagen de Docker es de solo lectura
• Las imágenes son en realidad un conjunto de capas que se van
superponiendo las unas a las otras
• Cada instrucción, es una nueva capa
• Cuando una imagen se modifica, una nueva capa se crea

Docker image

Docker container
• Un contenedor es una instancia ejecutable de una imagen
• Es decir, a partir de una imagen puedo generar N contenedores
que ejecuten el contenido de esa imagen
• Los contenedores son:
• Aislados por defecto (no se ven los unos a los otros)
• Configurables:
• Almacenamiento
• Visibilidad
• Redes
• Volúmenes, etc.
• Lo que defino es una imagen, lo que ejecuto es un contenedor

ventajas de docker

video de algo que de la impresión de escalar

La
arquitectura

Por qué es importante kubernetes
• Kubernetes es una herramienta muy potente para desplegar
aplicaciones en producción
• Tanto en entornos cloud, como en entornos on-premise
• Se ha convertido en el core de los principales IaaS / PaaS
• Se han construido un montón de aplicaciones que corren,
monitorizan o usan Kubernetes
• No se trata de una solución propietaria de Google
• Forma parte de la Cloud Native Foundation (www.cncf.io)
• Participan en su desarrollo
• Google
• Red Hat
• Meteor
• CoreOS
• Huawei, etc.

Por qué es importante kubernetes

Donde puedo usar kubernetes
• En Bare Metal. A pecho palomo, yo me lo guiso yo me lo como. Me
compro un clúster de máquinas físicas y me lo instalo.
• Suerte amigos
• Virtualización On Premise. Utilizando algún proveedor, como por
ejemplo OpenStack, VMWare o CloudStack
• Soluciones Cloud. Lo más sencillo. Que me lo gestione otro
• Google Container Engine
• OpenShift
• CoreOS
• EKS (de Amazon)
• CloudFoundry
• AKS (de Azure), etc.

Características principales de k8
• Escalado y autoescalado
• Aumenta o disminuye el número de contenedores necesarios en función
del uso de CPU
• Escalado vertical
• El escalado puede ser manual o automático
• Permite describir reglas para configurar el escalado

El escalado No es mágico
• Kubernetes nos permite escalar nuestra aplicación
• Pero para eso nuestra aplicación debe estar diseñada teniendo en
cuenta que va a escalar
• La clave para desarrollar aplicaciones escalables fácilmente es:
• Los contenedores que escalan no deben contener estado
• Las aplicaciones deben seguir un paradigma de desacoplamiento
frontend/backend
• Si es posible, utilizad tecnologías de frontend en el cliente (React,
Angular,Vue…)
• Desarrollad vuestros contenedores como si pudieran morir en cualquier
momento

Pero paco, si las cpus las usamos así como vamos a…

• Descubrimiento de servicios y balanceo de carga
• K8s asigna a los contenedores su propias direcciones IP
• También un nombre DNS único para un conjunto de contenedores
• K8s se ocupa del balanceo de carga, solo tenemos que configurarlo
• Autorreparación
• Shit happens. Los contenedores caen.
• En caso de fallo, K8s se ocupa de reiniciarlo automáticamente
• A veces no son los contenedores los que caen, a veces es el propio K8s
• Incluso en estos casos, K8 se autorrepara
• Bueno… con alguna salvedad que veremos después

• Despliegues y rollbacks automáticos
• Cuando actualizamos un contenedor, o cambia su configuración, K8
despliega los cambios de forma progresiva
• Mientras efectúa los cambios, monitoriza la salud de los contenedores,
asegurando que no mata todas las instancias al mismo tiempo
• En caso de fallo, hace un rollback a los contenedores de la versión anterior
• Planificación
• K8s se encarga de decidir qué nodo ejecutará qué contenedor
• Esta decisión se hace en función de los recursos que requiera, y a otras
restricciones (generalmente de localidad)
• Mezcla cargas de trabajo críticas y best-effort para favorecer la utilización y
el ahorro de recursos
• Se puede configurar el planificador en base a nuestras necesidades

• Gestión y configuración de secrets
• Los contenedores Docker son geniales, pero son demasiado transparentes
• Históricamente, si un contenedor necesita una contraseña, esta se
suministra como parámetro de entrada

• Gestión y configuración de secrets (cont.)
• En K8s esa información se almacena en secrets
• Tanto la configuración de la aplicación, como los secrets, se despliegan y
se actualizan sin tener que reconstruir la imagen Docker, ni exponer la
información
• Orquestación del almacenamiento
• Uno de los puntos calientes de estas arquitecturas descopladas y
distribuidas es la gestión del almacenamiento
• K8s implementa un sistema de volúmenes que permite configurar el
almacenamiento, y asociarlo a los contenedores.
• Ese almacenamiento puede ser de varios tipos, puede ser local, estar en
AWS o en un sistema de almacenamiento en red como NFS

instalación de kubernetes

instalación de kubernetes para trastear
• Si vas a trastear con Kubernetes, mejor en Windows o en Mac
• Es mucho más sencillo configurar un entorno de desarrollo o pruebas
• Si estás en Ubuntu…
• Te lo vas a tener que currar más
• Si quieres saber cómo se instala en Ubuntu tenemos un curso que
empieza en unas pocas semanas…
• Kubernetes, from zero to hero
• https://www.iti.es/oferta-formativa/kubernetes/
• 24 horas de curso
• Descuentos para asociados

Kubernetes en mac
• Kubernetes funciona sobre Docker
• Así que primero hay que instalar Docker Desktop
• https://www.docker.com/products/docker-desktop
• Descargar y seguir las instrucciones
• Una vez instalado y arrancado, pulsamos sobre el icono de la
ballenita de Docker

Kubernetes en mac
• Pulsamos sobre la opción ‘Kubernetes’. Aparecerá una ventana de
confirmación para la activación de Kubernetes
• Si no funciona al pinchar sobre Kubernetes
• Shit happens…
• Pinchamos sobre Preferences, y seleccionamos la pestaña
‘Kubernetes’

Kubernetes en mac

Arquitectura básica de kubernetes

Arquitectura

Como funciona kubernetes
• Kubernetes es un sistema muy complejo, especialmente si lo
comparamos con sus predecesores como Docker Swarm
• Para entender bien como funciona Kubernetes por dentro,
debemos conocer los conceptos y principios subyacentes

El estado deseado
• El Desired State es un de los conceptos más core de Kubernetes
• La idea está en que tú defines el estado deseado de un
contenedor (en realidad de un Pod, luego veremos lo que es)
• Kubernetes siempre tratará de que tu contenedor se encuentre en
el estado deseado
• De modo, que si falla o el contenedor deja de funcionar,
Kubernetes recreará el contenedor basándose en la definición del
estado deseado
• ¿Quién se encarga de velar por los contenedores? Kubernetes
Master, como parte del Kubernetes Control Plane.
• Kubernetes ofrece un CLI (kubectl) que nos permite modificar el
estado deseado de un contenedor por línea de comandos

Ejemplo de Deployment.yaml

Kubernetes objects

Kubernetes objects
• El estado de las entidades del sistema de cualquier instante de
tiempo se representa con Kubernetes Objects
• Al mismo tiempo, actúan como una capa adicional de abstracción
de Docker
• De modo que podemos interactuar directamente con instancias de
Kubernetes Objects, en lugar de con contenedores
• Esto es interesante porque, aunque K8s se desarrolló específicamente
para Docker, no se cierra la posibilidad de que admita más tipos de
contenedores (de hecho, ya lo hace)
• Con Kubernetes Objects nos aseguramos de que, sea cual sea el sistema
de contenedores subyacente, nuestra configuración no cambiará
• Lo Kubernetes Objects básicos son los siguientes

pod
• Un Pod es la unidad mínima de despliegue de K8s en un nodo
• Contiene uno o más contenedores que deben ejecutarse juntos
• Puedo definir un Pod como quiera, incluso con contenedores que no
tendrían porqué ejecutarse juntos
• El modelo es abierto, me permite configurar lo que quiera
• Pero la idea de un Pod es que contenga contenedores relacionados, para
aprovechar el principio de localidad
• Además, es la unidad mínima de replicamiento, por lo que también tiene
sentido desde ese punto de vista
• Un Pod comparte almacenamiento y dirección IP
• Los Pods son efímeros. Cuando un Pod se cae o se cierra, toda la
información que contienen desaparece

Definición de un pod

Creación y gestión de un pod
• Creación de un pod (asumiendo fichero nginx.yaml)
• Listar todos los pods

• Obtener en qué nodo del clúster se ejecutan los pods
• Eliminar un pod

• Obtener los logs de un pod
• Conectarme a un pod (entrar a la consola)

labels
• Los Labels nos permiten etiquetar los recursos de K8s, como por
ejemplo un Pod, con información del tipo clave/valor
• Sirven para seleccionar recursos, como por ejemplo visualizar los
Pods que tienen un label con un determinado valor

labels
• Los labels se definen en el fichero YAML, en la sección metadada,
aunque también podemos añadir labels a elementos ya creados
• Podemos mostrar los labels así

volumes
• Los Pods son efímeros
• La información que almacenemos en ellos no es persistente
• Pensad en que los Pods son la RAM de Kubernetes
• Un volumen es un almacenamiento persistente que se puede
asociar a un Pod
• Pensad en que los volúmenes son los discos duros de Kubernetes
• En realidad, el concepto de volumen está totalmente fusilado del
propio Docker
• Los volúmenes se definen en el mismo fichero YAML del Pod

volumes

volumes
• En la sección volumes se definen los volúmenes disponibles
• En la sección volumeMounts indicamos los puntos de montaje
• Existen varios tipos de volúmenes
• hostPath
• Corresponde a un directorio o fichero del nodo donde se crea el Pod
• En nuestro ejemplo, se ha montado en el directorio /home del contenedor
• Solo es interesante cuando el Pod no va a estar en multinodo ya que
• La información no se replica entre nodos
• Por tanto, el contenido puede variar (y variará) dependiendo del nodo donde se aloje
POD 1
10.1.1.1
Fichero1.zip
POD 2
10.1.1.3
Fichero2.zip
https://kubernetes.io/docs/concepts/storage/volumes/#types-of-volumes

volumes
• Existen varios tipos de volúmenes (continuación)
• gitRepo (deprecated L)
• El contenido corresponde con el clone a un repositorio de GitHub
• Súper interesante para CI/CD
• Aún está disponible, pero en futuras versiones será eliminado
• La alternativa, crear un emptyDir y hacer el clone del repositorio a mano
• emptyDir
• El contenido de este volumen se elimina cuando el pod se cierra o se cae
• Útil para compartir información entre contenedores de un mismo pod
• azureDisk, awsElasticBlockStore, gcePersistentDisk
• nfs
• El contenido de este volumen se engancha a un NFS (Network File System)
• Similar a emptyDir, pero los datos se mantienen cuando el Pod se cierra
• Similar a hostPath, pero sin la restricción de multinodo al ser un sistema en red

volumes
• secret
• Volumen pensado para el paso de información sensible
• Se pueden almacenar secrets en Kubernetes API y montarlos como ficheros para usarlos en los
Pods directamente
• Esto es interesante porque no acoplamos el sistema de secrets de Kubernetes a nuestra
aplicación
• Para ella se trata de un fichero ’normal’
• Implementados sobre tmpfs (RAM-backed filesystem), por lo que la información nunca es
almacenado de modo permanente
• Requiere de la creación previa de un secret. Se puede crear a través del siguiente comando

volumes
• secret (continuación)
• La definición del volumen podría ser la siguiente à
• Los secrets se consumen directamente así !

¿me vale solo con un pod?
Pod 1
Frontend
Pod 3
Backend
Pod 2
Backend
10.1.1.1
10.1.1.2
10.1.1.3

Pod 1
Frontend
Pod 3
Backend
Pod 4
Backend
10.1.1.1
10.1.1.22
10.1.1.3

Pod 1
Frontend
Pod 5
Backend
Pod 4
Backend
10.1.1.1
10.1.1.22
10.1.1.53

service
• Un servicio define un conjunto lógico de Pods y sus políticas de
acceso
• Si hay más de un pod, balancea la carga entre ellos
• Se trata de una abstracción que define un conjunto de Pods que
implementan típicamente un microservicio
• Los servicios ofrecen una dirección virtual (CLÚSTER-IP) y un
nombre que identifica al conjunto de Pods que representa
• Se implementa con IPTABLES; por lo que estos nombres solo valen dentro
de kubernetes
• Si los quiero también fuera, tengo que instanciar y configurar un DNS…
• La conexión al servicio se puede realizar desde otros pods o desde
el exterior

service

service
• Existen diferentes implementaciones de servicios
• ClusterIP
• NodePort
• LoadBalancer
• Cada una tiene sus características, y seleccionaremos la que
queramos en función de nuestras necesidades

clusterip
• Permite únicamente el acceso interno entre distintos servicios
• Es el tipo por defecto
• Insisto, ¡no permite acceso externo al servicio!
• Aunque hay trukis… (creando un proxy)
• Permite acceso desde el exterior si configuramos nosotros un
proxy

clusterip

nodeport
• Abre un puerto para que el servicio sea accesible desde el exterior
• Por defecto, el puerto generado está entre el 30.000 y el 40.000
• Para acceder al servicio, usamos la IP del Kubernetes Master y el
puerto asignado
• Es una multiplexación a nivel de puerto con la IP del Kubernetes
Master

nodeport

loadbalancer
• ‘Solo’ disponible para proveedores Cloud
• Provisiona un balanceador de carga para el servicio
• El tipo de balanceador dependerá del proveedor cloud donde tengamos
Kubernetes

loadbalancer
• Es posible configurar K8s para poder usar LoadBalancer en Bare
Metal
• Para conseguirlo se debe utilizar Ingress, aunque tiene algunas
restricciones
• Solo soporta tráfico HTTP
• Solo para los puertos 80 y 443
• La prioridad de Kubernetes no es el On Premise, son los vendors
de servicios Cloud
• Te lo puedes montar como nos lo montábamos antes,
configurando nuestro propio balanceador de carga como un
Pod+Servicio más de Kubernetes
https://medium.com/@maniankara/kubernetes-tcp-load-balancer-service-on-premise-non-cloud-f85c9fd8f43c

namespaces
• Instalar un clúster de Kubernetes On Premise (por ejemplo, sobre
bare metal o sobre Open Stack) no es sencillo
• Hay un montón de consideraciones de sistemas que hay que tener en
cuenta
• No es cómodo ni óptimo, por tanto, tener múltiples clústers de
Kubernetes corriendo en una empresa
• Es más caro de instalar
• Es más caro de mantener
• La única justificación puede ser la de aislar el entorno, y la visibilidad, para
diferentes proyectos
• Un namespace es un clúster de K8s virtual que corre sobre un
clúster físico.
• De este modo no tenemos que mantener múltiples clústers de K8s

namespaces
• Podemos consultar los namespaces activos en nuestro clúster
físico a través del siguiente comando

namespaces
• K8s tiene por defecto 3 namespaces
• default:
• namespace por defecto para elementos que no tengan definido ningún namespace concreto
• kube-system
• Namespace para los elementos creados por el Kubernetes System. Solo para administración
del clúster.
• kube-public
• Namespace accesible por todos los usuarios
• Incluso por aquellos que no están autenticados
• Se utiliza habitualmente para el uso del propio clúster físico, en los casos en que se quiera
compartir algún recurso entre namespaces
• Por ejemplo, todos mis namespaces necesitan un Kafka, porque es una tecnología que forma parte de
mi stack tecnológico
• En vez de instanciar un Kafka en cada namespace, puedo instanciarlo en kube-public
• De ese modo, el resto de namespaces tendrán acceso a Kafka
• Otro ejemplo: Sonar

namespaces
• Un namespace se puede definir en un fichero YAML o por línea de
comandos

Kubernetes controllers
• Estos son los conceptos básicos de Kubernetes
• Son los building blocks sobre los cuales se construyen el resto de
elementos
• Como construir cosas from the scratch es duro, K8s proporciona un
conjunto de objetos preconfigurados que se encargan de
mantener el estado deseado y ofrecen características adicionales.
• Los Controllers más útiles son:
• ReplicaSet
• Deployment
• StatefulSet
• DaemonSet
• Job

Replica set
• ReplicaSet asegura que siempre se ejecute un número de réplicas
de un determinado pod.
• Asegura que hay un conjunto mínimo de pods que están siempre
funcionando y disponibles
• Útil para:
• Evitar caídas de servicio
• Tolerancia a errores
• Escalabilidad dinámica
• Como todo en K8s, los ReplicaSets se definen en un fichero YAML

Replica set
Número de pods
mínimos que van a
estar siempre en
ejecución
Seleccionamos los
pods que vamos a
replicar y controlar
Definición de pods.
No todos tienen
porque aplicar al
ReplicaSet, solo
aquellos que
seleccionemos

Replica set
• Registrar un ReplicaSet en K8s
• Obtener todos los ReplicaSets

deployment
• El deployment es la unidad de más alto nivel que podemos
gestionar en Kubernetes
• Permite definir diferentes funciones
• Control de réplicas
• Escalabilidad de pods
• Actualizaciones
• Despliegues automáticos
• Rollback a versiones anteriores
• En realidad es un wrapper de un ReplicaSet
• ¿cómo se define?
• Con un YAML (kilométrico), por supuesto

deployment
Cuántos ReplicaSets antiguos queremos
conservar para poder hacer rollback
Modo de actualización
• RollingUpdate: actualiza los pods a la
nueva versión
• Recreate: elimina los pods antiguos y
crea los nuevos

deployment
• Como se aplica un deployment en Kubernetes
• Como se consultan

deployment
• Como se escalan con una regla estática
• Como se escalan con una regla dinámica
• Nota: asume que está activada la opción de horizontal pod
autoscaling en tu clúster
https://kubernetes.io/docs/tasks/run-application/horizontal-pod-autoscale-walkthrough/

Kubernetes dashboard
• Salvo que seas Sergio Talens, la consola se te va a
hacer bola
• Para un consumo de la información más amable
(aunque menos eficaz), se pueden instalar
herramientas externas al Core de Kubernetes
• Existen muchas herramientas, la mayoría de ellas
libres, pero una de las más extendidas es
Kubernetes Dashboard
• La instalación y (especialmente) acceso al
Kubernetes Dashboard es ’peculiar’
• A continuación un paso a paso…

• Abrimos la consola e instalamos Kubernetes Dashboard
• Arrancamos la UI usando el siguiente comando
• Para acceder al Dashboard copiamos la siguiente dirección

Listamos los secrets disponibles en k8s

obtenemos el token secret

introducimos el token…

Y ya tenemos acceso al dashboard…

Nos queda muuuuucho que ver
LOGGING
MONITORING
SECURITY
AUTHENTICATION
NETWORKING
CI/CD
SERVICE MESH
TOOLS
TESTING
SERVERLESS REMOTE DEBUGGING REMOTE PROFILING

Gracias

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