Guía práctica de Kubernetes

Si desea crear aplicaciones con un sistema de orquestación de contenedores de la mano de auténticos expertos, ha dado con el libro indicado. Esta guía recoge las explicaciones y los consejos de cuatro profesionales que trabajan en el ámbito de Kubernetes y poseen un amplio manejo en sistemas distribuidos, desarrollo de aplicaciones empresariales y código abierto. Asimismo, muchos de los métodos que se presentan en el libro se fundamentan en experiencias de empresas que utilizan Kubernetes con éxito en la fase de producción y están respaldados con ejemplos concretos de código. Gracias a esta guía, esté o no familiarizado con los conceptos básicos de Kubernetes, aprenderá todo lo que necesita para crear las mejores aplicaciones. o Configurar y desarrollar aplicaciones con Kubernetes. o Aprender patrones para monitorizar, asegurar los sistemas, y administrar actualizaciones, implementaciones y procesos de vuelta atrás. o nComprender las políticas de red de Kubernetes y dónde encaja la red de servicios. o Integrar servicios y aplicaciones heredadas, y desarrollar plataformas del más alto nivel con Kubernetes. o Ejecutar tareas de aprendizaje automático en Kubernetes. Este libro es ideal para aquellas personas que están familiarizadas con los conceptos básicos de Kubernetes y que quieren aprender las mejores prácticas que se emplean habitualmente. Brendan Burns es un destacado ingeniero en Microsoft Azure y cofundador del proyecto de código abierto Kubernetes. Eddie Villalba es ingeniero de software en la división de Ingeniería de Software Comercial de Microsoft, y es experto en la nube de código abierto y en Kubernetes. Dave Strebel es arquitecto de la nube nativa global en Microsoft Azure, y es experto en la nube de código abierto y en Kubernetes. Lachlan Evenson es gerente principal del programa en el equipo de cómputo de contenedores en Microsoft Azure Índice Prefacio ........................................................................................................... xiii Reconocimientos ............................................................................................ xvii 1. Configuración de un servicio básico ................................................................ 1 Visión general de la aplicación .................................................................................. 1 Gestión de archivos de configuración ....................................................................... 2 Creación de un servicio replicado mediante Deployments ....................................... 4 Mejores prácticas para la gestión de imágenes ................................................... 4 Creación de una aplicación replicada ................................................................... 4 Configuración de Ingress externa para tráfico HTTP ................................................. 7 Configuración de la aplicación con ConfigMaps ........................................................ 8 Gestión de autenticación con Secrets ..................................................................... 10 Despliegue de una sencilla base de datos con estado ............................................ 13 Creación de un equilibrador de carga TCP con Services ......................................... 17 Uso de Ingress para enrutar el tráfico a un servidor de archivos estáticos ............ 19 Parametrización de la aplicación utilizando Helm .................................................. 21 Mejores prácticas en el despliegue de servicios ..................................................... 23 Resumen .................................................................................................................. 23 2. Flujos de trabajo para desarrolladores ......................................................... 25 Objetivos.................................................................................................................. 25 Creación de un clúster de desarrollo....................................................................... 26 Configuración de un clúster compartido por varios desarrolladores...................... 28 Registro de usuarios ........................................................................................... 28 Creación y dotación de seguridad a un espacio de nombres ............................. 31 Administración de espacios de nombres ........................................................... 33 Servicios a nivel de clúster ................................................................................. 35 Habilitación de flujos de trabajo para desarrolladores ........................................... 35 Instalación inicial ..................................................................................................... 35 Preparación de la fase de desarrollo activo ............................................................ 37 Preparación de pruebas y depuración .................................................................... 38 Mejores prácticas en el establecimiento de un entorno de desarrollo .................. 39 Resumen .................................................................................................................. 39 3. Monitorización y recopilación de registros en Kubernetes ............................ 41 Métricas versus registros......................................................................................... 41 Técnicas de monitorización ..................................................................................... 42 Formas de monitorización ....................................................................................... 42 Visión general de las métricas en Kubernetes ........................................................ 44 cAdvisor .............................................................................................................. 44 Servidor de métricas .......................................................................................... 45 kube-state-metrics ............................................................................................. 46 ¿Qué métricas debemos monitorizar? .................................................................... 47 Herramientas de monitorización ............................................................................. 48 Monitorización en Kubernetes con Prometheus .................................................... 50 Descripción general de la recopilación de registros ................................................ 55 Herramientas para la recopilación de registros ...................................................... 57 Recopilación de registros mediante la pila EFK ....................................................... 58 Alertas...................................................................................................................... 60 Mejores prácticas para monitorización, recopilación de registros y alertas........................................................................... 62 Monitorización ................................................................................................... 62 Recopilación de registros ................................................................................... 63 Alertas ................................................................................................................ 63 Resumen .................................................................................................................. 64 4. Configuración, Secrets y RBAC ...................................................................... 65 Configuración mediante ConfigMaps y Secrets ...................................................... 65 ConfigMaps......................................................................................................... 66 Secrets ................................................................................................................ 66 Mejores prácticas habituales para las API de ConfigMap y Secrets ........................ 68 Mejores prácticas específicas en Secrets ........................................................... 73 RBAC ........................................................................................................................ 74 Manual de RBAC ................................................................................................. 76 Sujetos ................................................................................................................ 76 Reeglas ................................................................................................................ 76 Roles.................................................................................................................... 76 RoleBindings ....................................................................................................... 77 Mejores prácticas de RBAC ................................................................................ 77 Resumen .................................................................................................................. 80 5. Integración continua, pruebas y despliegue .................................................. 81 Control de versiones ................................................................................................ 82 Integración continua ............................................................................................... 82 Pruebas .................................................................................................................... 83 Compilación de contenedores ................................................................................. 84 Etiquetados de imágenes de contenedores ............................................................ 85 Despliegue continuo ................................................................................................ 86 Estrategias de despliegue ........................................................................................ 86 Pruebas en producción ............................................................................................ 92 Configuración de una pipeline y realización de un experimento de caos ............... 93 Configuración de CI ............................................................................................ 94 Configuración de CD ........................................................................................... 97 Realización de la actualización de puesta en marcha ........................................ 98 Un sencillo experimento de caos ....................................................................... 98 Mejores prácticas para CI/CD .................................................................................. 99 Resumen ................................................................................................................ 100 6. Versionado, versiones de lanzamiento y puesta en marcha ........................ 101 Versionado............................................................................................................. 102 Versiones de lanzamiento ..................................................................................... 102 Puesta en marcha .................................................................................................. 103 Todo junto ............................................................................................................. 104 Mejores prácticas para versionado, versiones de lanzamiento y puesta en marcha ............................................................................................... 108 Resumen ................................................................................................................ 110 7. Distribución y preproducción de aplicaciones a nivel mundial .................... 111 Distribución de la imagen ...................................................................................... 112 Parametrización del despliegue ............................................................................ 113 Tráfico con equilibrio de carga a nivel mundial ..................................................... 114 Puesta en marcha confiable de software a nivel mundial .................................... 115 Validación previa al despliegue ........................................................................ 116 Región de canario ............................................................................................. 119 Identificación de los tipos de región ................................................................ 120 Elaboración de la puesta en marcha a nivel global .......................................... 120 Cuando algo sale mal ............................................................................................. 122 Mejores prácticas de puesta en marcha a nivel mundial ...................................... 123 Resumen ................................................................................................................ 124 8. Administración de recursos ........................................................................ 125 Planificador de Kubernetes ................................................................................... 125 Predicados ........................................................................................................ 125 Prioridades ....................................................................................................... 126 Técnicas avanzadas de planificación ..................................................................... 127 Afinidad y antiafinidad de cápsulas .................................................................. 127 nodeSelector .................................................................................................... 129 Manchas y tolerancias ...................................................................................... 130 Administración de recursos de cápsulas ............................................................... 131 Solicitud de recursos ........................................................................................ 132 Límites a los recursos y calidad de servicio de cápsulas .................................. 133 PodDisruptionBudgets...................................................................................... 135 Mínimo disponible ............................................................................................ 136 Máximo no disponible ...................................................................................... 136 Administración de recursos mediante espacios de nombres .......................... 137 ResourceQuota ................................................................................................. 138 LimitRange ........................................................................................................ 140 Escalado de clúster ........................................................................................... 142 Escalado manual ............................................................................................... 142 Escalado automático de clúster ........................................................................ 142 Escalado de aplicaciones .................................................................................. 143 Escalado con HPA ............................................................................................. 144 HPA con métricas personalizadas .................................................................... 146 Vertical Pod Autoscaler .................................................................................... 146 Mejores prácticas en la gestión de recursos ......................................................... 147 Resumen ................................................................................................................ 148 9. Interconexión, seguridad en red y malla de servicios .................................. 149 Principios de red en Kubernetes ........................................................................... 149 Complementos de red ........................................................................................... 152 Kubenet ............................................................................................................ 153 Mejores prácticas en Kubenet .......................................................................... 153 El complemento CNI ......................................................................................... 153 Mejores prácticas en CNI ................................................................................. 154 Servicios en Kubernetes ........................................................................................ 155 Tipo de servicio ClusterIP ................................................................................. 156 Tipo de servicio NodePort ................................................................................ 157 Tipo de servicio ExternalName ......................................................................... 158 Tipo de servicio LoadBalancer .......................................................................... 159 Ingress y controladores Ingress ........................................................................ 161 Administración del protocolo HTTP .................................................................. 161 Mejores prácticas en servicios y controladores Ingress ................................... 162 Políticas de seguridad de red ................................................................................ 163 Mejores prácticas en política de red ................................................................ 166 Mallas de servicios................................................................................................. 168 Mejores prácticas en malla de servicios........................................................... 169 Resumen ................................................................................................................ 170 10. Seguridad de cápsulas y contenedores ..................................................... 171 API de PodSecurityPolicy ....................................................................................... 171 Habilitación de PodSecurityPolicy .................................................................... 172 Anatomía de PodSecurityPolicy ....................................................................... 174 Retos de PodSecurityPolicy .............................................................................. 183 Políticas con incumplimientos razonables ........................................................ 183 Mucho esfuerzo ................................................................................................ 184 ¿Están interesados nuestros desarrolladores en aprender PodSecurityPolicy? ....................................................................... 184 La depuración es engorrosa .............................................................................. 184 ¿Confiamos en artefactos fuera de nuestro control? ....................................... 184 Mejores prácticas en PodSecurityPolicy .......................................................... 184 Siguientes pasos en PodSecurityPolicy ............................................................ 185 Aislamiento de tareas y RuntimeClass .................................................................. 185 Utilización de RuntimeClass ............................................................................. 187 Aplicaciones del tiempo de ejecución .............................................................. 187 Mejores prácticas en aislamiento de tareas y RuntimeClass ........................... 188 Otras consideraciones sobre la seguridad............................................................. 188 Controladores de admisión .............................................................................. 189 Herramientas de detección de intrusiones y anomalías .................................. 189 Resumen ................................................................................................................ 189 11. Política y gobierno del clúster ................................................................... 191 Por qué la política y la gestión son importantes ................................................... 191 ¿En qué sentido esta política es diferente? .......................................................... 191 Motor de políticas nativas en la nube ................................................................... 192 Introducción a Gatekeeper .................................................................................... 192 Ejemplos de políticas ........................................................................................ 193 Terminología Gatekeeper ................................................................................. 193 Restricción ........................................................................................................ 194 Rego .................................................................................................................. 194 Plantilla de restricción ...................................................................................... 194 Definición de plantillas de restricción .............................................................. 194 Definición de restricciones ............................................................................... 196 Replicación de datos ........................................................................................ 197 UX (Experiencias de usuario) ............................................................................ 198 Auditoría ................................................................................................................ 198 Familiarizándonos con Gatekeeper .................................................................. 200 Siguientes pasos en Gatekeeper ........................................................................... 200 Mejores prácticas en política y gestión ................................................................. 200 Resumen ................................................................................................................ 202 12. Administración de varios clústeres ........................................................... 203 ¿Por qué varios clústeres? ..................................................................................... 203 Consideraciones sobre la utilización de varios clústeres en el diseño .................. 206 Administración de despliegues de varios clústeres............................................... 208 Patrones de despliegue y administración ........................................................ 208 Enfoque de GitOps para la administración de clústeres ....................................... 211 Herramientas de administración de varios clústeres ............................................ 213 Federation de Kubernetes ..................................................................................... 214 Mejores prácticas en la gestión de un conjunto de clústeres ............................... 217 Resumen ................................................................................................................ 218 13. Integración de servicios externos y Kubernetes ........................................ 219 Importación de servicios a Kubernetes ................................................................. 219 Servicios sin selector para direcciones IP fijas ................................................. 220 Servicios basados en CNAME para nombres DNS fijos .................................... 221 Enfoques basados en controlador activo ......................................................... 223 Exportación de servicios desde Kubernetes .......................................................... 224 Exportación de servicios mediante equilibradores de carga internos ............. 225 Exportación de servicios en NodePorts ............................................................ 226 Integración entre máquinas externas y Kubernetes ........................................ 227 Compartición de servicios entre Kubernetes ........................................................ 228 Herramientas de terceros ...................................................................................... 229 Mejores prácticas en conexión de clústeres y servicios externos ......................... 229 Resumen ................................................................................................................ 230 14. Ejecución de aprendizaje automático en Kubernetes ................................ 231 ¿Por qué Kubernetes es ideal para el aprendizaje automático? ........................... 231 Flujo de trabajo del aprendizaje automático ........................................................ 232 Aprendizaje automático para administradores de clúster de Kubernetes ........... 234 Entrenamiento del modelo en Kubernetes ...................................................... 234 Entrenamiento del primer modelo en Kubernetes ........................................... 235 Entrenamiento distribuido en Kubernetes....................................................... 238 Restricciones de recursos ................................................................................. 238 Planificación de particularidades ...................................................................... 239 Hardware especializado ................................................................................... 239 Bibliotecas, controladores y módulos de kernel .............................................. 240 Almacenamiento .............................................................................................. 240 Almacenamiento y distribución del conjunto de datos entre nodos esclavos durante el entrenamiento .................................................................. 241 Puntos de control y modelos de grabación ...................................................... 241 Interconexión ................................................................................................... 242 Protocolos especializados ................................................................................ 242 Preocupaciones del científico de datos ................................................................. 243 Mejores prácticas en aprendizaje automático en Kubernetes.............................. 244 Resumen ................................................................................................................ 245 15. Creación de patrones de aplicaciones de alto nivel sobre Kubernetes ....... 247 Enfoques para desarrollar abstracciones de alto nivel ......................................... 247 Extensión de Kubernetes ....................................................................................... 248 Extensión de clústeres de Kubernetes ............................................................. 249 Ampliación de la experiencia de usuario de Kubernetes ................................. 251 Consideraciones de diseño en la creación de plataformas ................................... 251 Apoyo a la exportación de una imagen de contenedor ................................... 252 Soporte a los mecanismos existentes de servicios y descubrimiento de servicios ............................................................................................................ 253 Mejores prácticas en la creación de plataformas de aplicaciones ........................ 253 Resumen ................................................................................................................ 254 16. Gestión de aplicaciones con estado y apátridas ........................................ 255 Volúmenes y montajes de volumen ...................................................................... 256 Mejores prácticas en volúmenes ..................................................................... 257 Almacenamiento en Kubernetes ........................................................................... 258 PersistentVolume ............................................................................................. 258 PersistentVolumeClaims .................................................................................. 259 Clases de almacenamiento ............................................................................... 260 Interfaz de almacenamiento de contenedores y FlexVolume .......................... 261 Mejores prácticas en almacenamiento de Kubernetes .................................... 262 Aplicaciones con estado ........................................................................................ 263 StatefulSets ...................................................................................................... 264 Operadores ....................................................................................................... 266 Mejores prácticas en StatefulSet y Operators ................................................. 267 Resumen ................................................................................................................ 268 17. Control de admisión y autorización .......................................................... 269 Control de admisión .............................................................................................. 270 ¿Qué son? ......................................................................................................... 270 ¿Por qué son importantes? .............................................................................. 270 Tipos de controladores de admisión ................................................................ 271 Configuración de webhooks de admisión ........................................................ 272 Mejores prácticas en control de admisión ....................................................... 274 Autorización ........................................................................................................... 277 Módulos de autorización .................................................................................. 278 ABAC ................................................................................................................. 279 RBAC.................................................................................................................. 281 Webhook........................................................................................................... 281 Mejores prácticas de autorización ................................................................... 281 Resumen ................................................................................................................ 282 18. Conclusión ................................................................................................ 283 Índice ............................................................................................................. 285