A utilização de containers para a implementação de software tem-se revelado um método eficaz para empacotar aplicações e as suas dependências em unidades únicas e portáteis. Os containers permitem aos desenvolvedores criar, implementar e executar aplicações de forma consistente em diferentes ambientes. No entanto, à medida que as aplicações containerizadas aumentam em escala e complexidade, a implementação, gestão e terminação eficiente dos containers podem tornar-se tarefas desafiadoras.

A crescente necessidade de uma gestão simplificada de containers conduziu ao desenvolvimento da orquestração de containers — uma abordagem automatizada para a implementação, escalonamento e gestão de aplicações containerizadas. A orquestração de containers, ao simplificar a gestão de ambientes dinâmicos e em larga escala, tornou-se um componente essencial no desenvolvimento e na implementação de aplicações modernas.

Neste artigo, exploraremos o conceito de orquestração de containers, como funciona, os benefícios que oferece e as principais ferramentas disponíveis para a sua implementação. Se está a iniciar-se no uso de containers ou pretende otimizar a sua estratégia atual, este guia proporcionará informações valiosas para uma implementação de aplicações mais eficiente e escalável.

O que são containers?

Antes da utilização de containers, os desenvolvedores frequentemente enfrentavam o problema do “funciona na minha máquina”, onde uma aplicação funcionava corretamente no computador do desenvolvedor, mas falhava em outros ambientes devido a diferenças em sistemas operativos, dependências ou configurações.

Os containers resolvem este problema ao empacotar aplicações com todas as suas dependências em unidades portáteis e consistentes, melhorando a uniformidade entre diferentes ambientes. Este processo reduz significativamente os problemas de compatibilidade e simplifica a implementação.

Os containers são pacotes de software leves que incluem tudo o que é necessário para executar uma aplicação, como código, ambiente de execução, ferramentas do sistema, bibliotecas, binários e configurações. Eles operam sobre o sistema operativo do host, partilhando o mesmo núcleo do sistema, e podem ser executados em diversos locais, como laptops, servidores ou na nuvem. Além disso, os containers permanecem isolados uns dos outros, tornando-os mais leves e eficientes em comparação com máquinas virtuais (VMs), que requerem um sistema operativo completo para cada instância. Para uma comparação mais detalhada entre containers e VMs, consulte o nosso artigo sobre o tema.

Os containers proporcionam ambientes consistentes, maior eficiência de recursos, tempos de arranque reduzidos e portabilidade. A principal diferença em relação às VMs é que os containers partilham o núcleo do sistema operativo do host. Enquanto as VMs virtualizam o hardware para oferecer um forte isolamento, os containers isolam-se a nível do processo. Ao resolver problemas de consistência de ambiente e eficiência de recursos, os containers tornaram-se ferramentas indispensáveis no desenvolvimento de aplicações contemporâneas.

O que é a orquestração de containers?

Com o aumento da adoção de containers, surgiram novos desafios que evidenciam a necessidade de orquestração de containers. Embora os containers simplifiquem a implementação de aplicações ao garantir consistência entre ambientes, a gestão de containers em grande escala introduz complexidades que processos manuais não conseguem manejar de forma eficiente, tais como:

• Escalabilidade: Em ambientes de produção, as aplicações frequentemente necessitam de centenas ou milhares de containers a funcionar simultaneamente. A gestão manual de tal quantidade de containers torna-se impraticável e sujeita a erros.
• Gestão de recursos: Utilizar recursos de forma eficiente entre vários containers é crucial. A alocação manual de recursos pode levar à subutilização ou sobrecarga do hardware, afetando negativamente a performance e a eficiência dos custos.
• Gestão de falhas de containers: Em ambientes dinâmicos, os containers podem falhar ou tornar-se não responsivos. É necessário criar um ambiente auto-curativo, onde containers falhados são automaticamente identificados e recuperados sem intervenção manual, garantindo alta disponibilidade e fiabilidade.
• Atualizações contínuas: A implementação de atualizações nas aplicações sem tempo de inatividade e a capacidade de reverter rapidamente em caso de problemas são cruciais para manter a continuidade do serviço. Atualizações manuais podem ser arriscadas e morosas.

A orquestração de containers automatiza a implementação, escalonamento e gestão de containers, abordando as complexidades que surgem em ambientes de aplicações dinâmicos e em larga escala. Garante que as aplicações operem de forma fluida e eficiente, permitindo aos desenvolvedores focar na construção de funcionalidades em vez de na gestão da infraestrutura. As ferramentas de orquestração de containers oferecem diversas funcionalidades, como agendamento automatizado, auto-cura, balanceamento de carga e otimização de recursos, para implementar e gerir aplicações de forma mais eficaz, assegurando a fiabilidade, performance e escalabilidade.

Quais são os benefícios da orquestração de containers?

A orquestração de containers oferece várias vantagens que simplificam a implementação e gestão de aplicações containerizadas. Alguns dos principais benefícios incluem:

• Melhor utilização de recursos: As ferramentas de orquestração conseguem empacotar eficientemente containers nos hosts, maximizando a utilização do hardware.
• Escalabilidade melhorada: Permite escalar aplicações para cima ou para baixo conforme a demanda.
• Maior fiabilidade: Verificações automáticas de saúde e substituição de containers garantem uma alta disponibilidade.
• Gestão simplificada: O controlo centralizado e a automação reduzem a complexidade da gestão de aplicações containerizadas em larga escala.
• Implantações mais rápidas: Os orquestradores facilitam implantações rápidas e consistentes em diferentes ambientes.
• Eficiência de custos: Melhor utilização dos recursos e automação, resultando em economias de custos.

Como funciona a orquestração de containers?

Plano de controlo

O plano de controlo é o cérebro do sistema de orquestração de containers. Ele gere o sistema como um todo, assegurando que o estado desejado das aplicações seja mantido. Os componentes principais do plano de controlo incluem:

• Armazenamento de configuração (etcd): Um armazenamento distribuído de chave-valor que contém todos os dados do cluster, como informações de configuração e estado. Funciona como uma base de dados central para o cluster.
• Servidor API: A interface do plano de controlo, que expõe a API de orquestração. Lida com toda a comunicação dentro do cluster e com clientes externos.
• Agendador: Atribui cargas de trabalho aos nós com base na disponibilidade de recursos e políticas de agendamento, garantindo uma utilização eficiente dos recursos.
• Gestor de controladores: Executa diversos controladores que realizam tarefas rotineiras para manter o estado desejado do cluster.
• Gestor de controlo da nuvem: Interage com APIs de provedores de nuvem para gerir recursos específicos da nuvem, integrando o cluster com a infraestrutura de nuvem.

Nós de trabalho

Os nós de trabalho, máquinas virtuais e servidores bare metal são opções comuns para executar cargas de trabalho de aplicação. Cada nó de trabalho possui os seguintes componentes:

• Agente do nó (kubelet): Um agente que garante que os containers estão a funcionar como esperado. Comunica-se com o plano de controlo para receber instruções e relatar o estado dos nós.
• Proxy de rede (kube-proxy): Mantém regras de rede em cada nó, facilitando a comunicação entre containers e serviços dentro do cluster.

Dentro dos nós de trabalho, os pods são as menores unidades implantáveis. Cada pod pode conter um ou mais containers que executam a aplicação e as suas dependências. O diagrama mostra múltiplos pods dentro dos nós de trabalho, indicando como as aplicações são implantadas e geridas.

A API do provedor de nuvem orienta a forma como o sistema de orquestração interage dinamicamente com a infraestrutura de nuvem para provisionar recursos conforme necessário, tornando-o uma ferramenta flexível e poderosa para gerir aplicações containerizadas em diversos ambientes.

Ferramentas populares de orquestração de containers

Diversas ferramentas de orquestração de containers emergiram como líderes na indústria, cada uma oferecendo características e capacidades únicas. Entre as mais populares encontram-se:

• Kubernetes: Frequentemente designado como K8s, é uma plataforma de orquestração de containers de código aberto desenvolvida inicialmente pelo Google. Tornou-se o padrão da indústria para a gestão de aplicações containerizadas em grande escala. K8s é ideal para aplicações complexas e multi-container, sendo adequado para arquiteturas de microserviços e implementações multi-nuvem. O seu suporte comunitário robusto e a flexibilidade com diferentes tempos de execução de containers contribuem para a sua ampla adoção.
• Docker Swarm: Ferramenta de orquestração nativa do Docker, oferecendo uma alternativa mais simples ao Kubernetes. Integra-se perfeitamente com containers Docker, tornando-se uma escolha natural para equipas já familiarizadas com Docker. Conhecido pela sua facilidade de configuração e uso, o Docker Swarm permite o escalonamento rápido de serviços com comandos diretos, ideal para aplicações de pequeno a médio porte e ciclos de desenvolvimento rápidos.
• Amazon Elastic Container Service (ECS): Serviço de orquestração de containers totalmente gerido fornecido pela AWS, projetado para simplificar a execução de aplicações containerizadas. O ECS integra-se profundamente com os serviços da AWS para redes, segurança e monitorização. O ECS aproveita a vasta gama de serviços da AWS, tornando-o uma solução de orquestração direta e eficiente para empresas que utilizam a infraestrutura da AWS.
• **Red Hat OpenShift:** Plataforma de orquestração de containers Kubernetes de nível empresarial que estende o Kubernetes com ferramentas adicionais para desenvolvedores e operações, segurança integrada e gestão do ciclo de vida. O OpenShift suporta múltiplos ambientes de nuvem e on-premise, proporcionando uma base consistente para a construção e escalonamento de aplicações containerizadas.
• Google Kubernetes Engine (GKE): Serviço gerido de Kubernetes oferecido pela Google Cloud Platform (GCP). Proporciona um ambiente escalável para a implementação, gestão e escalonamento de aplicações containerizadas utilizando Kubernetes. O GKE simplifica a gestão de clusters com atualizações automatizadas, monitorização e funcionalidades de escalabilidade. A sua integração profunda com os serviços da GCP e a experiência do Google em executar Kubernetes em grande escala tornam o GKE uma opção atraente para arquiteturas de aplicações complexas.

Abraçando o futuro da implementação de aplicações

A orquestração de containers revolucionou indiscutivelmente a forma como implementamos, gerimos e escalamos aplicações nos ambientes de software complexos e dinâmicos de hoje. Ao automatizar tarefas críticas como agendamento, escalonamento, balanceamento de carga e monitorização de saúde, a orquestração de containers permite que as organizações alcancem uma maior eficiência, fiabilidade e escalabilidade nas suas implementações de aplicações.

A escolha da plataforma de orquestração deve ser cuidadosamente considerada com base nas suas necessidades específicas, expertise da equipa e objetivos a longo prazo. Não se trata apenas de uma solução técnica, mas de um facilitador estratégico, oferecendo vantagens significativas nos seus fluxos de trabalho de desenvolvimento e operações.