Orquestração de Containers - Introdução ao Kubernetes

O que é Orquestração de Containers

Orquestração de containers é uma tecnologia que automatiza o posicionamento, escalonamento, networking e gerenciamento de disponibilidade de múltiplos containers. É um mecanismo essencial para operar um grande número de containers em ambiente de produção.

Por que é necessário: Com poucos containers, é possível gerenciar manualmente, mas com centenas ou milhares de containers, torna-se necessário um sistema que automatize o posicionamento, detecção de falhas e escalonamento.

Problemas que a Orquestração Resolve

Arquitetura Básica do Kubernetes

flowchart TB
    subgraph CP["Control Plane"]
        API["API Server"]
        SCH["Scheduler"]
        CM["Controller Manager"]
        ETCD["etcd"]
    end

    subgraph W1["Worker Node 1"]
        K1["kubelet"]
        KP1["kube-proxy"]
        P1A["Pod"]
        P1B["Pod"]
    end

    subgraph W2["Worker Node 2"]
        K2["kubelet"]
        KP2["kube-proxy"]
        P2A["Pod"]
        P2B["Pod"]
    end

    subgraph W3["Worker Node 3"]
        K3["kubelet"]
        KP3["kube-proxy"]
        P3A["Pod"]
        P3B["Pod"]
    end

    CP --> W1
    CP --> W2
    CP --> W3

Control Plane

• API Server: Ponto de entrada para todas as operações no cluster
• Scheduler: Decide em qual nó cada Pod será executado
• Controller Manager: Conjunto de controllers que mantêm o estado desejado
• etcd: KVS distribuído que armazena o estado do cluster

Worker Node

• kubelet: Gerencia os Pods no nó
• kube-proxy: Proxy de rede e balanceamento de carga

Recursos Principais

Pod

A menor unidade de deploy do Kubernetes. Agrupa um ou mais containers.

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-app
  labels:
    app: web
spec:
  containers:
    - name: app
      image: nginx:1.25
      ports:
        - containerPort: 80
      resources:
        requests:
          memory: "64Mi"
          cpu: "250m"
        limits:
          memory: "128Mi"
          cpu: "500m"

Deployment

Gerencia réplicas de Pods e rolling updates.

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      containers:
        - name: web
          image: my-app:1.0.0
          ports:
            - containerPort: 8080
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 0

Service

Fornece acesso de rede estável aos Pods.

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web-service
spec:
  selector:
    app: web
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 8080
  type: ClusterIP

Tipos de Service

ConfigMap / Secret

Gerencia configurações e informações sensíveis.

# ConfigMap
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: app-config
data:
  DATABASE_HOST: "db.example.com"
  LOG_LEVEL: "info"

---
# Secret
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: app-secrets
type: Opaque
data:
  DATABASE_PASSWORD: cGFzc3dvcmQxMjM=  # codificado em base64

# Uso no Pod
spec:
  containers:
    - name: app
      envFrom:
        - configMapRef:
            name: app-config
        - secretRef:
            name: app-secrets

Escalonamento

Escalonamento Manual

kubectl scale deployment web-deployment --replicas=5

Escalonamento Automático (HPA)

apiVersion: autoscaling/v2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: web-hpa
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: web-deployment
  minReplicas: 2
  maxReplicas: 10
  metrics:
    - type: Resource
      resource:
        name: cpu
        target:
          type: Utilization
          averageUtilization: 70

Rolling Update

flowchart LR
    subgraph Before["Antes da atualizacao"]
        B1["v1"]
        B2["v1"]
        B3["v1"]
    end

    subgraph During["Durante a atualizacao"]
        direction TB
        D1["v1 v1 v1 v2 ← Nova versao adicionada"]
        D2["v1 v1 v2 v2 ← Versao antiga removida"]
        D3["v1 v2 v2 v2"]
        D1 --> D2 --> D3
    end

    subgraph After["Apos atualizacao"]
        A1["v2"]
        A2["v2"]
        A3["v2"]
    end

    Before --> During --> After

# Atualizar imagem
kubectl set image deployment/web-deployment web=my-app:2.0.0

# Verificar status da atualizacao
kubectl rollout status deployment/web-deployment

# Rollback
kubectl rollout undo deployment/web-deployment

Health Check

spec:
  containers:
    - name: app
      livenessProbe:
        httpGet:
          path: /healthz
          port: 8080
        initialDelaySeconds: 10
        periodSeconds: 5
      readinessProbe:
        httpGet:
          path: /ready
          port: 8080
        initialDelaySeconds: 5
        periodSeconds: 3

• livenessProbe: Em caso de falha, reinicia o container
• readinessProbe: Em caso de falha, remove do Service

Resumo

Kubernetes é uma plataforma poderosa que automatiza a operação de aplicações containerizadas. Compreendendo os recursos básicos como Pod, Deployment e Service, e combinando-os adequadamente, é possível construir sistemas escaláveis e altamente disponíveis.