Cómo crear un clúster de Kubernetes gestionado paso a paso

Introducción: La relevancia de un clúster de Kubernetes gestionado

La orquestación de contenedores se ha convertido en un pilar fundamental para las arquitecturas modernas de software, permitiendo desplegar aplicaciones de forma eficiente, escalable y segura. En este sentido, Kubernetes se posiciona como la plataforma líder para gestionar cargas de trabajo contenerizadas. No obstante, la instalación y administración de un clúster Kubernetes tradicional puede implicar una complejidad considerable debido a su arquitectura distribuida y los componentes que la componen.

Esta complejidad ha impulsado el auge de los servicios de Kubernetes gestionados, que simplifican enormemente la creación, configuración y operación de clústeres, liberando a los equipos de DevOps y TI de tareas manuales complejas. En este artículo exhaustivo y detallado, abordaremos paso a paso el proceso de creación de un clúster de Kubernetes gestionado en entornos de Software-Defined Data Center (SDDC), usando como referencia el servicio Data Center Designer (DCD) de Arsys.

1. Arquitectura interna de Kubernetes: fundamentos clave

Para aprovechar al máximo un clúster Kubernetes gestionado, es esencial comprender los fundamentos de su arquitectura interna. Aunque esta explicación no profundizará en todos los componentes, sí aclararemos los conceptos imprescindibles para entender por qué la gestión automatizada aporta un valor tan alto.

1.1 Diferenciación entre nodos Master y nodos Worker

Kubernetes organiza su infraestructura en dos tipos esenciales de nodos:

• Nodos Master (Control Plane): Ejecutan los componentes responsables de la administración y coordinación del clúster.
• Nodos Worker: Ejecutan las cargas de trabajo, es decir, los contenedores o Pods.

En un entorno de alta disponibilidad y tolerancia a fallos, la configuración típica mínima es de cinco máquinas: tres nodos para el Control Plane y dos nodos Worker. Los nodos Master ejecutan procesos críticos, mientras que los nodos Worker son donde realmente corren las aplicaciones contenerizadas.

1.2 Componentes esenciales del Control Plane

Entre los componentes más importantes que corren en los nodos Master destacan:

• etcd: Esta base de datos distribuida almacena el estado completo del clúster en tiempo real. Su integridad es fundamental para la salud del clúster.
• API Server: La puerta de entrada que ofrece todas las operaciones administrativas a través de una API HTTP RESTful, permitiendo manejar el clúster mediante comandos o herramientas.

Estos procesos orquestan la sincronización de estado, administración de recursos, escalado y recuperación de fallos, haciendo imprescindible su correcto funcionamiento y monitoreo constante.

1.3 Funciones y responsabilidades de los nodos Worker

Los nodos Worker alojan los contenedores que conforman las aplicaciones desplegadas. Además, ejecutan un proceso fundamental llamado kubelet, que supervisa el estado del nodo y los contenedores, asegurando que se ejecuten según lo programado y reportando su estado al API Server.

Este esquema asegura una separación clara entre gestión y ejecución, generando una arquitectura robusta pero compleja, cuya instalación y mantenimiento tradicional requiere dedicación especializada y gestión de infraestructura.

2. Desafíos de instalar Kubernetes tradicionalmente

Instalar un clúster Kubernetes desde cero implica:

• Instalar y configurar manualmente etcd, API Server, Scheduler, Controller Manager y demás componentes internos.
• Configurar la red para que nodos y servicios se comuniquen de forma segura y eficiente.
• Mantener actualizaciones, aplicar parches y hacer backups, especialmente del almacenamiento crítico en etcd.
• Gestionar escalado y alta disponibilidad para evitar puntos únicos de fallo.

En la práctica, esta complejidad suele requerir un equipo con conocimientos sólidos y tiempo considerable, aumentando el riesgo de errores y tiempos muertos.

3. Ventajas de utilizar un Kubernetes gestionado en Data Center Designer (DCD)

Un servicio gestionado como el ofrecido por DCD permite abstraer gran parte de la complejidad anteriormente descrita.

• Automatización completa: Creación y aprovisionamiento automático de nodos y componentes internos.
• Escalabilidad sencilla: Escalar nodos Worker con pocos clics o comandos, sin intervenciones manuales complejas.
• Alta disponibilidad preconfigurada: El sistema gestiona la redundancia y tolerancia a fallos.
• Versionado controlado: Selección de la versión de Kubernetes, con soporte y actualizaciones planeadas.
• Seguridad reforzada: Configuración de redes públicas o privadas, según necesidades específicas.

Todo esto se traduce en menor coste operativo, mayor rapidez de despliegue y confiabilidad.

4. Paso a paso para crear un clúster Kubernetes en DCD

A continuación, detallamos el proceso para desplegar un clúster en la plataforma DCD.

4.1 Acceso al panel de gestión de Kubernetes

Una vez autenticados en DCD, debemos ingresar al módulo de Management Resources > Managed Kubernetes, donde encontraremos un listado de clústeres existentes o la opción para crear uno nuevo.

Cómo desplegar bases de datos MongoDB en clúster Kubernetes gestionado

4.2 Crear un nuevo clúster

• Nombre de clúster: Elija un nombre identificativo, por ejemplo, cluster-curso.
• Versión de Kubernetes: Seleccione la versión a utilizar. Se recomienda la última versión estable para aprovechar mejoras y funcionalidades recientes, pero debe considerarse la compatibilidad con las aplicaciones.
• Tipo de Node Pool: Definir si los nodos Worker serán públicos (accesibles desde Internet) o privados (aislados tras firewalls).

Confirmando estos datos, se inicia la creación automática del clúster, que estará listo en pocos minutos.

4.3 Configuración de Node Pools

El clúster inicialmente no tiene nodos Worker. Para agregar capacidad de cómputo, se crean Node Pools, que son conjuntos de nodos Worker con características homogeneizadas:

• Nombre del Node Pool: Ejemplo: pool-1.
• Centro de datos: Seleccione el Data Center que hospedará los nodos.
• Tamaño y recursos de nodos: Especificar cantidad de nodos, cantidad de CPU, memoria RAM y disco duro.
• Versión de Kubernetes: Puede diferir de la del Control Plane, pero por compatibilidad se recomienda que coincidan.

Una vez configurado, se crea el Node Pool y los nodos quedan disponibles para ejecutar contenedores.

4.4 Escalabilidad manual de Node Pools

En cualquier momento, el número de nodos en un Node Pool se puede incrementar o disminuir fácilmente desde el panel de control:

• Modifique el parámetro Node Count.
• Confirme para que DCD cree o retire servidores automáticamente.

Esta operativa facilita la administración dinámica según las demandas del clúster.

5. Tabla comparativa: Kubernetes On Premise vs Kubernetes Gestionado en DCD

6. Buenas prácticas para gestionar un clúster Kubernetes gestionado

Aunque la gestión está automatizada, existen recomendaciones que debemos seguir para optimizar los resultados:

• Versiones sincronizadas: Mantener las versiones de los nodos Worker y Control Plane alineadas.
• Backups regulares: Aunque la plataforma puede gestionar etcd, es recomendable exportar backups periódicos.
• Monitorización continua: Usar herramientas nativas o integraciones para supervisar la salud y rendimiento.
• Seguridad en redes: Definir correctamente el tipo de Node Pool y accesos para evitar vulnerabilidades.
• Escalado proactivo: Ajustar capacidad según tendencias de uso detectadas para evitar cuellos de botella.

7. Conexión y operación básica del clúster

Tras la creación del clúster y los Node Pools, el siguiente paso es conectarse y operar los recursos.

7.1 Obtener credenciales kubectl

La plataforma DCD ofrece las credenciales necesarias para utilizar kubectl, la herramienta CLI estándar para Kubernetes. Estas credenciales incluyen un archivo kubeconfig que permite autenticarse y comunicarse con el API Server.

7.2 Comandos básicos para comenzar

• kubectl get nodes – Verifica que los nodos Worker están disponibles y listos.
• kubectl get pods --all-namespaces – Muestra los pods en ejecución.
• kubectl create -f deployment.yaml – Despliegue de una aplicación.

7.3 Gestión avanzada opcional

Desde aquí, se puede avanzar hacia configuraciones más complejas como configurar Ingress, definir políticas RBAC, integrar almacenamiento persistente y utilizar herramientas de monitoreo y logging.

Para complementar esta guía detallada, te invitamos a ver este video que explica paso a paso el proceso de creación y gestión del clúster en Data Center Designer, ideal para quienes prefieren recursos audiovisuales y ejemplos prácticos.

8. Palabras clave relacionadas y su importancia en Kubernetes gestionado

8.1 Clúster Kubernetes

Conjunto de nodos que actúan de forma coordinada para ejecutar aplicaciones contenerizadas. Entender su estructura y niveles es fundamental para administrar cualquier despliegue eficiente.

8.2 Control Plane

Es el cerebro del clúster. Ejecuta la lógica de control, que incluye el API Server, etcd y otros componentes que supervisan y administran los recursos.

8.3 Nodos Worker

Máquinas que ejecutan contenedores. Su cantidad y configuración determinan la capacidad y rendimiento del clúster.

8.4 Node Pool

Grupo de nodos Worker con características uniformes. Permite gestionar y escalar los recursos agrupándolos para facilitar su administración.

8.5 API Server

Componente crítico que expone las interfaces para administrar el clúster. La comunicación con él es esencial para operar Kubernetes mediante kubectl u otras herramientas.

Conceptos esenciales en Kubernetes para una gestión eficiente y segura

8.6 etcd

Base de datos clave-valor distribuida que almacena el estado del clúster. Su integridad es vital para evitar la pérdida de datos y garantizar la consistencia.

8.7 Kubelet

Agente que se ejecuta en cada nodo Worker. Se encarga de garantizar que los contenedores estén corriendo y reporta su estado al Control Plane.

8.8 Alta disponibilidad

Capacidad del clúster de responder y recuperarse ante fallos mediante múltiples instancias redundantes de componentes críticos.

8.9 Escalado

Proceso de ajustar dinámicamente la cantidad de nodos Worker u otros recursos para adaptarse a las necesidades de carga.

8.10 Kubernetes gestionado

Servicio que automatiza la creación, gestión y mantenimiento de clústeres Kubernetes, simplificando mucho el trabajo del usuario y mejorando la fiabilidad.

9. Preguntas frecuentes (FAQ)

¿Cómo se crea un clúster?

Crear un clúster requiere incluir al menos un nodo en el conjunto de nodos que formarán el clúster, asegurando que se tenga acceso a uno de ellos durante el proceso. En servicios gestionados, como DCD, este proceso se automatiza para reducir la complejidad.

¿Qué es un deployment de Kubernetes?

Un Deployment en Kubernetes representa una definición declarativa de un conjunto deseado de réplicas de una aplicación contenerizada. Facilita la actualización continua y la escalabilidad controlada de las aplicaciones sin necesidad de intervención manual en cada pod.

¿Cómo implementar Kubernetes?

La implementación puede realizarse mediante métodos on premise, en infraestructura propia, en IaaS o mediante servicios gestionados. Cada estrategia tiene sus casos de uso específicos, beneficios y retos operativos que deben evaluarse conforme a las necesidades del negocio.

¿Qué es un Node Pool y por qué es importante?

Un Node Pool es un grupo de nodos Worker con la misma configuración. Permite administrar recursos de manera agrupada, facilitando la escalabilidad y el mantenimiento de nodos con características homogéneas.

¿Por qué es crítico realizar backups de etcd?

etcd almacena el estado completo del clúster. Si se pierde o corrompe esta información, el clúster puede quedar inoperativo o perder datos importantes. Por ello, hacer copias de seguridad periódicas es una práctica esencial.

¿Cómo funciona la comunicación entre el Control Plane y los nodos Worker?

Los nodos Worker ejecutan kubelet, que comunica el estado de los contenedores hacia el Control Plane (API Server). Cuando ocurren cambios o errores, esta comunicación permite al Control Plane tomar decisiones de orquestación automáticamente.

¿Qué beneficios aporta elegir un Node Pool público o privado?

La selección depende de la seguridad y accesibilidad requeridas. Un Node Pool público facilita acceso directo desde internet, útil para servicios públicos, mientras que un privado aumenta la seguridad poniendo los nodos detrás de firewalls y redes restringidas.

¿Se pueden mezclar versiones diferentes de Kubernetes en el Control Plane y nodos Worker?

Kubernetes permite cierta diferencia en versiones entre Control Plane y nodos Worker, pero se recomienda que las versiones estén muy alineadas para evitar incompatibilidades que puedan generar fallos o comportamientos inesperados.

¿Cómo se escala un clúster en DCD?

El escalado se realiza modificando el número de nodos en un Node Pool desde la interfaz de DCD. Esto promueve una operación eficiente y sin interrupciones, ya que el sistema aprovisiona o retira nodos automáticamente.

¿Qué hacer si el API Server deja de responder?

El API Server es vital para la operación del clúster. Si falla, el clúster no puede ser gestionado ni recibir comandos nuevos. En un entorno gestionado, la plataforma suele encargarse de su recuperación. En on premise, es necesario verificar logs, redeployar el componente o restaurar backups de etcd si es necesario.

Arquitectura y Kubernetes on premise para servicios gestionados

10. Conclusión

El despliegue y gestión de un clúster Kubernetes tradicionalmente supone un reto técnico considerable, que requiere conocimiento, tiempo y recursos. La adopción de servicios gestionados como Data Center Designer simplifica radicalmente esta tarea, proporcionando alta disponibilidad, escalabilidad y mantenimiento automatizado con solo minutos de configuración.

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