Arquitectura de Kubernetes: Guía para Principiantes
Entendiendo la arquitectura de Kubernetes Guía para principiantes
Introducción
Kubernetes es la plataforma de orquestación de contenedores de código abierto líder en la industria. Facilita el despliegue, la escalabilidad y la gestión de aplicaciones en contenedores, automatizando tareas como la puesta en marcha de servicios, la recuperación ante fallos, la escalada según demanda y las actualizaciones sin tiempo de inactividad. Para aprovechar Kubernetes conviene conocer conceptos previos como imágenes Docker, Docker Compose, namespaces y cgroups en Linux, redes básicas y modelos de virtualización y nube.
Requisitos previos recomendados
Antes de profundizar conviene revisar conceptos como sistemas Linux, namespaces y cgroups, contenedores y Docker, Docker Compose, y una introducción a Docker Swarm y virtualización. También es útil tener nociones de redes y servicios cloud. Para orientar el aprendizaje recomendamos seguir hojas de ruta sobre Kubernetes para entender qué habilidades priorizar. Estos conocimientos ayudan a ver por qué Kubernetes es necesario frente a soluciones más sencillas.
Tipos de despliegue de infraestructura
Máquinas bare metal
Las máquinas bare metal son servidores físicos sin una capa de virtualización entre el hardware y el sistema operativo. Se usan cuando se necesita el máximo rendimiento y control sobre CPU, I O y hardware especializado, por ejemplo en bases de datos, cargas de inteligencia artificial y procesamiento de big data. También son comunes por requisitos de cumplimiento en sectores como finanzas y salud. Ejecutar Kubernetes en bare metal evita la sobrecarga de la virtualización y permite acceso directo a redes y almacenamiento.
Máquinas virtuales
Una máquina virtual es una emulación software de un equipo físico gestionada por un hipervisor. Permite consolidar servidores, ejecutar múltiples entornos en la misma infraestructura física, facilitar pruebas y desarrollo con distintos sistemas operativos y mejorar estrategias de recuperación ante desastres. En entornos de Kubernetes las máquinas virtuales son nodos que alojan el plano de control y los nodos de trabajo, y ofrecen aislamiento para aplicaciones legacy o requisitos de compatibilidad.
En resumen
Bare metal y máquinas virtuales son el sustrato físico o virtual donde corre Kubernetes. Los contenedores son lo que Kubernetes orquesta y administra.
Qué resuelve Kubernetes
Kubernetes automatiza la orquestación de contenedores para entornos de producción: monitorea el estado de las aplicaciones, reemplaza instancias fallidas, escala según demanda, gestiona el almacenamiento persistente, maneja secretos y configuraciones sensibles, y facilita despliegues continuos con rollouts y rollbacks. Además ofrece descubrimiento de servicios y balanceo de carga, políticas de scheduling para optimizar uso de CPU y memoria, y patrones de despliegue como canary o blue green.
Arquitectura de Kubernetes
Kubernetes sigue un modelo control plane nodo de trabajo. El control plane actúa como cerebro y los nodos worker ejecutan las cargas de trabajo.
Componentes del control plane
API Server punto de entrada para comandos y llamadas API que comunica a todos los componentes. etcd base de datos clave valor que almacena el estado y la configuración del cluster. Scheduler componente que decide en qué nodo se ejecuta cada pod según recursos y políticas. Controller Manager conjunto de controladores que observan el estado deseado y realizan cambios para alcanzarlo. Cloud Controller Manager integra el cluster con APIs de proveedores cloud cuando aplica.
Componentes del nodo worker
Kubelet agente que se comunica con el API Server y asegura que los contenedores definidas en los pods estén en ejecución. Kube proxy gestiona la red entre pods y balanceo. Container runtime software que ejecuta los contenedores como containerd o CRI O.
Pod unidad mínima desplegable
Un pod agrupa uno o varios contenedores que comparten red e almacenamiento y se programan juntos en un nodo. Los contenedores en un pod colaboran habitualmente con patrones como sidecar. Los pods son efímeros: si mueren, se reemplazan por nuevas instancias.
Conceptos esenciales de Kubernetes
Pod unidad mínima que ejecuta contenedores que comparten IP y volúmenes. ReplicaSet asegura que un número fijo de pods idénticos estén siempre corriendo. Deployment abstracción que gestiona ReplicaSets para realizar actualizaciones continuas, rollbacks y escalado. Service proporciona un endpoint estable para acceder a pods con IPs dinámicas; tipos comunes son ClusterIP para acceso interno, NodePort para exponer en el puerto de cada nodo y LoadBalancer para integrarse con balanceadores de nube. Ingress ruteo HTTP S hacia servicios internos y requiere un controlador como NGINX o Traefik soportando rutas por dominio y por ruta. Namespaces permiten particionar recursos en el cluster para separar ambientes o equipos y aplicar RBAC. ConfigMap almacena configuración en texto plano y la inyecta en pods vía variables de entorno o archivos. Secret almacena datos sensibles en base64 y los inyecta de forma controlada. Volúmenes permiten persistencia más allá del ciclo de vida del pod; ejemplos incluyen emptyDir temporal, hostPath que mapea directorios del nodo, y PersistentVolumes con PersistentVolumeClaims para almacenamiento duradero. Labels etiquetas clave valor y selectors que emparejan recursos son la base para agrupar y seleccionar objetos en Kubernetes.
Buenas prácticas y casos de uso
Diseñar aplicaciones siguiendo patrones cloud native, usar readiness y liveness probes para supervisión de salud, definir recursos requests y limits para CPU y memoria, gestionar secretos con soluciones más seguras cuando sea necesario y aprovechar namespaces y políticas de red para aislar cargas. Kubernetes es ideal para microservicios, aplicaciones escalables, pipelines de CI CD y despliegues que requieren alta disponibilidad.
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Referencias y créditos
Para profundizar consulte la documentación oficial de Kubernetes y recursos especializados sobre redes y contenedores. Herramientas de IA fueron utilizadas como apoyo en la redacción y la información final fue revisada por el autor y por especialistas técnicos de Q2BSTUDIO.