ıllı Internet y Tecnologías de la Información (2018)

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Kubernetes (“timonel” o bien “piloto” en heleno) fue fundado por Joe Beda, Brendan Burns y Craig McLuckie, a quienes se le unieron velozmente otros ingenieros de Google incluyendo a Brian Grant y Tim Hockin, y fue anunciado por Google a mediados de 2014. Su diseño estuvo de manera fuerte influido por el sistema Borg de Google y muchos de los primordiales impositores al proyecto trabajaron ya antes en Borg. El nombre en clave original para Kubernetes en Google era “Project Seven” (en castellano “Proyecto Siete”), una referencia a un personaje de Star Trek que es un más “amigable” Borg. Los 7 radios en la rueda del logotipo de Kubernetes es una referencia al nombre en clave.


Kubernetes v1.0 fue liberada el veintiuno de julio de 2015. Al lado de esta versión de Kubernetes, Google se asoció con la Linux Foundation para formar la Cloud Native Computing Foundation (CNCF) y ofreció Kubernetes como una tecnología semilla.


Rancher Labs incluye una distribución Kubernetes en su plataforma de mejoramiento de contenedores Rancher. Asimismo es empleada por Red Hat para su producto OpenShift, CoreOS para su producto Tectonic, y también IBM para su producto IBM Spectrum Conductor for Containers.


Kubernetes define un conjunto de bloques de construcción (primitivas) que de manera conjunta proveen los mecanismos para el despliegue, mantenimiento y escalado de aplicaciones. Los componentes que forman Kubernetes están diseñados para estar endeblemente acoplados mas al unísono ser extensibles a fin de que puedan aguantar una enorme pluralidad de flujos de trabajo. La extensibilidad es proveída en una gran parte por la API de Kubernetes, que es usada por componentes internos como extensiones y contenedores ejecutando sobre Kubernetes.


La unidad básica de planificación en Kubernetes es llamada un “pod”. Este añade un nivel de abstracción más elevado a los componentes en contenedores. Un pod consta de uno o bien más contenedores en los que se garantiza su localización en exactamente el mismo equipo anfitrión y pueden compartir recursos. Cada pod en Kubernetes es asignado a una sola dirección IP (en el clúster) que deja a las aplicaciones emplear puertos sin peligros de conflictos. Un pod puede acotar un volumen, como puede ser un directorio de disco local o bien un disco de red, y exponerlo a los contenedores en el pod. Los pods pueden ser administrados manualmente por medio de la API de Kubernetes, o bien su administración puede ser encargada a un controlador.


Etiquetas y selectores


Kubernetes deja a los clientes del servicio (usuarios o bien componentes internos) vincular pares clave-valor llamados etiquetas (en inglés label) a cualquier objeto API en el sistema, como pods o bien nodos. Correspondientemente, selectores de etiquetas son consultas contra las etiquetas que resuelven a los objetos que las satisfacen.


Las etiquetas y los selectores son el mecanismo primordial de agrupamiento en Kubernetes, y son empleados para determinar los componentes sobre los que aplica una operación.


Por ejemplo, si un pod de una aplicación tiene la etiqueta para un nivel del sistema (“front-end”, “back-end”, por servirnos de un ejemplo) y un release_track (“canary”, “production”, por poner un ejemplo), entonces una operación sobre todos y cada uno de los nodos “back-end” y “canary” podría emplear un selector de etiquetas como el siguiente:

nivel=back-end AND release_track=canary

Controladores


Un supervisor es un bucle de reconciliación que lleva al estado real del clúster cara el estado deseado. Hace esto a través de la administración de un conjunto de pods. Un género de supervisor es un "Replication Controller", que se hace cargo de la replicación y escala a través de la ejecución de un número concretado de copias de un pod mediante un clúster. Asimismo se hace cargo de crear pods de remplazo si un nodo latente falla. Otros controladores que es parte del sistema central de Kubernetes incluye al "DaemonSet Controller" para la ejecución de precisamente un pod en todos y cada máquina (o bien algún subconjunto de máquinas), y un "Job Controller" para ejecutar pods que ejecutan hasta su finalización, por poner un ejemplo como una parte de un trabajo batch. El conjunto de pods que un supervisor administra está determinado por los selectores de etiquetas que son parte de la definición del supervisor.


Un servicio Kubernetes es un conjunto de pods que trabajan en conjunto, como una capa de una aplicación multicapas. El conjunto de pods que forman un servicio está definido por el selector de etiquetas. Kubernetes provee de un servicio de descubrimiento y enrutamiento de pedidos a través de la asignación de una dirección IP estable y un nombre DNS al servicio, y balancea la carga de tráfico en un estilo round-robin cara las conexiones de red de las direcciones IP entre los pods que comprueban el selector (aun cuando fallas ocasionan que los pods se muevan de máquina en máquina). Por defecto un servicio es expuesto en un cluster (por poner un ejemplo, pods de un back end pueden ser agrupados en un servicio, con las solicitudes de los pods de front end siendo balanceadas entre ellos), mas un servicio asimismo puede ser expuesto cara afuera del clúster.


Kubernetes prosigue una arquitectura profesor-esclavo. Los componentes de Kubernetes pueden ser divididos en aquellos que administran un nodo individual y aquellos que son unas partes de un panel de control.


etcd es un almacén de datos persistente, ligero, distribuido de clave-valor desarrollado por CoreOS que guarda de forma fiable los datos de configuración del clúster, representando el estado general del cluster en un punto del tiempo dado. Otros componentes escuchan por cambios en este almacén para avanzar al estado deseado.


Servidor de API


El servidor API es un componente central y sirve a la API de Kubernetes usando JSON sobre HTTP, que proveen la interfaz interna y externa de Kubernetes.El servidor API procesa y valida las solicitudes REST y actualiza el estado de los objetos API en etcétera, de esta manera dejando a los clientes del servicio configurar flujos de trabajos y contenedores mediante los nodos esclavos.


El planificador es el componente enchufable que elige sobre qué nodo un pod sin planear (la unidad básica de manejo del planificador) va a deber correr basado en la disponibilidad de recursos. El planificador lleva la cuenta de la utilización de recursos en todos y cada nodo para asegurar que un flujo de trabajo no es planeado en demasía de la disponibilidad de los recursos. Para este propósito, el planificador debe conocer los requerimientos de recursos, la disponibilidad de recursos y una pluralidad de limitaciones y políticas directivas como quality-of-service (QoS), requerimiento de afinidad, ubicación de datos entre otros muchos. En esencia, el rol del planificador es el de emparejar la oferta de un recurso con la demanda de un flujo de trabajos.


Administrador del controlador


El administrador de supervisor es el proceso sobre el que el núcleo de los controladores Kubernetes como DaemonSet y Replication se ejecuta. Los controladores se comunican con el servidor API para crear, actualizar y quitar recursos que manejan (pods, servicios, etcétera).


Nodo Kubernetes


El nodo, asimismo conocido como esclavo o bien worker, es la máquina física (o bien virtual) donde los contenedores (flujos de trabajos) son desplegados. Cada nodo en el clúster debe ejecutar la rutina de tiempo de ejecución (como Docker), como asimismo los componentes mentados más abajo, para comunicarse con el profesor para la configuración en red de estos contenedores.


Kubelet es responsable por el estado de ejecución de cada nodo (o sea, asegurarse que todos y cada uno de los contenedores en el nodo se hallan saludables). Se hace cargo del comienzo, la detención y el mantenimiento de los contenedores de aplicaciones (organizados como pods) como es indicado por el panel de control.


Kubelet monitorea el estado de un pod y, si no se halla en el estado deseado, el pod va a ser desplegado de nuevo al mismo nodo. El estado del nodo es comunicado al profesor cada pocos segundos a través de un mensaje de heartbeat. En el momento en que el nodo advierte la falla de un nodo, el Replication Controller observa este cambio de estado y lanza pods en otros nodos sanos.


Kube-Proxy es la implementación de un proxy de red y balanceador de carga aguantando la abstracción del servicio así como otras operaciones de red. Es responsable del enrutamiento del tráfico cara el contenedor adecuado basado en la dirección IP y el número de puerto indicados en el pedido.


cAdvisor es un agente que monitorea y recoge métricas de utilización de recursos y desempeño como CPU, memoria, empleo de ficheros y red de los contenedores en todos y cada nodo.


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