Kubernetes (K8s) tornou-se o padrão de fato para a orquestração de contêineres. Projetado pelo Google e atualmente mantido pela CNCF, o Kubernetes automatiza a implantação, o escalonamento e a gestão de aplicações conteinerizadas. Este guia percorre a configuração de um cluster local e a implantação de uma primeira aplicação.

Pré-requisitos

É recomendado ter conhecimentos básicos de Docker antes de mergulhar no Kubernetes. Os contêineres são os blocos fundamentais que o Kubernetes orquestra. Ler o guia do Docker antes facilita muito a compreensão dos conceitos apresentados aqui.

Entender a arquitetura do Kubernetes

O Kubernetes baseia-se em uma arquitetura mestre-trabalhador. O Control Plane toma as decisões globais sobre o cluster, enquanto os Nodes executam as cargas de trabalho.

text

# Simplified Kubernetes Architecture

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      CONTROL PLANE                          │
│  ┌─────────────┐  ┌─────────────┐  ┌─────────────────────┐ │
│  │ API Server  │  │ Scheduler   │  │ Controller Manager  │ │
│  └─────────────┘  └─────────────┘  └─────────────────────┘ │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐│
│  │                        etcd                             ││
│  └─────────────────────────────────────────────────────────┘│
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
                              │
         ┌────────────────────┼────────────────────┐
         ▼                    ▼                    ▼
┌─────────────────┐  ┌─────────────────┐  ┌─────────────────┐
│     NODE 1      │  │     NODE 2      │  │     NODE 3      │
│  ┌───────────┐  │  │  ┌───────────┐  │  │  ┌───────────┐  │
│  │  kubelet  │  │  │  │  kubelet  │  │  │  │  kubelet  │  │
│  ├───────────┤  │  │  ├───────────┤  │  │  ├───────────┤  │
│  │ kube-proxy│  │  │  │ kube-proxy│  │  │  │ kube-proxy│  │
│  ├───────────┤  │  │  ├───────────┤  │  │  ├───────────┤  │
│  │   Pods    │  │  │  │   Pods    │  │  │  │   Pods    │  │
│  └───────────┘  │  │  └───────────┘  │  │  └───────────┘  │
└─────────────────┘  └─────────────────┘  └─────────────────┘

O API Server é o ponto de entrada para todos os comandos. O etcd armazena o estado do cluster. O Scheduler atribui os Pods aos Nodes. Os Controllers mantêm o estado desejado do sistema.

Configurar o ambiente local

Existem várias opções para experimentar o Kubernetes localmente: minikube, kind, k3d ou Docker Desktop. O Minikube continua sendo a solução mais popular para aprender.

bash

# terminal
# Install kubectl (Kubernetes client)
curl -LO "https://dl.k8s.io/release/$(curl -L -s https://dl.k8s.io/release/stable.txt)/bin/linux/amd64/kubectl"
chmod +x kubectl
sudo mv kubectl /usr/local/bin/

# Verify installation
kubectl version --client
# Client Version: v1.31.0

# Install minikube
curl -LO https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64
sudo install minikube-linux-amd64 /usr/local/bin/minikube

# Start the local cluster
minikube start --driver=docker --cpus=2 --memory=4096

# Check status
minikube status
# minikube: Running
# cluster: Running
# kubectl: Configured

O Minikube cria um cluster Kubernetes de um único nó dentro de uma máquina virtual ou de um contêiner Docker. Os recursos alocados (CPU, memória) podem ser ajustados conforme as necessidades.

bash

# terminal
# Access the Kubernetes dashboard (web interface)
minikube dashboard

# Check cluster nodes
kubectl get nodes
# NAME       STATUS   ROLES           AGE   VERSION
# minikube   Ready    control-plane   5m    v1.31.0

# Detailed cluster information
kubectl cluster-info

Alternativas ao Minikube

O Kind (Kubernetes in Docker) inicia mais rápido e adapta-se melhor aos testes em CI/CD. O K3d utiliza o k3s, uma distribuição leve do Kubernetes. O Docker Desktop integra o Kubernetes diretamente, mas consome mais recursos.

Pods: a unidade básica

Um Pod é a menor unidade implantável no Kubernetes. Um Pod encapsula um ou mais contêineres que compartilham a mesma rede e o mesmo armazenamento.

yaml

# pod-simple.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  # Unique Pod name within the namespace
  name: nginx-pod
  # Labels for organization and selection
  labels:
    app: nginx
    environment: development
spec:
  containers:
    # Main container definition
    - name: nginx
      # Docker image to use
      image: nginx:1.25-alpine
      # Ports exposed by the container
      ports:
        - containerPort: 80
      # Container resource allocation
      resources:
        requests:
          memory: "64Mi"
          cpu: "100m"
        limits:
          memory: "128Mi"
          cpu: "200m"

Este manifesto YAML declara um Pod contendo um único contêiner nginx. As labels permitem identificar e selecionar os Pods. Os recursos definem as garantias mínimas (requests) e os limites máximos (limits).

bash

# terminal
# Create the Pod
kubectl apply -f pod-simple.yaml
# pod/nginx-pod created

# List Pods
kubectl get pods
# NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
# nginx-pod   1/1     Running   0          30s

# Full Pod details
kubectl describe pod nginx-pod

# Container logs
kubectl logs nginx-pod

# Execute a command inside the Pod
kubectl exec -it nginx-pod -- /bin/sh

# Delete the Pod
kubectl delete pod nginx-pod

Os Pods são efêmeros por natureza. Em caso de queda ou exclusão, o Kubernetes não os recria automaticamente. Os Deployments resolvem essa limitação.

Deployments: gestão declarativa

Um Deployment define o estado desejado para um conjunto de Pods idênticos. O Kubernetes mantém automaticamente este estado criando, atualizando ou excluindo Pods conforme necessário.

yaml

# deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  # Deployment name
  name: webapp-deployment
  labels:
    app: webapp
spec:
  # Desired number of replicas
  replicas: 3
  # Selector to identify managed Pods
  selector:
    matchLabels:
      app: webapp
  # Template for Pod creation
  template:
    metadata:
      labels:
        app: webapp
    spec:
      containers:
        - name: webapp
          image: nginx:1.25-alpine
          ports:
            - containerPort: 80
          resources:
            requests:
              memory: "64Mi"
              cpu: "100m"
            limits:
              memory: "128Mi"
              cpu: "200m"
          # Liveness probe: restarts container on failure
          livenessProbe:
            httpGet:
              path: /
              port: 80
            initialDelaySeconds: 10
            periodSeconds: 10
          # Readiness probe: removes Pod from Service on failure
          readinessProbe:
            httpGet:
              path: /
              port: 80
            initialDelaySeconds: 5
            periodSeconds: 5

O Deployment cria um ReplicaSet que mantém 3 Pods idênticos. As probes verificam o estado dos contêineres e permitem ao Kubernetes reagir automaticamente a incidentes.

bash

# terminal
# Create the Deployment
kubectl apply -f deployment.yaml
# deployment.apps/webapp-deployment created

# Verify the Deployment
kubectl get deployments
# NAME                READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
# webapp-deployment   3/3     3            3           1m

# List Pods created by the Deployment
kubectl get pods -l app=webapp
# NAME                                READY   STATUS    RESTARTS   AGE
# webapp-deployment-7d9f8b6c4-abc12   1/1     Running   0          1m
# webapp-deployment-7d9f8b6c4-def34   1/1     Running   0          1m
# webapp-deployment-7d9f8b6c4-ghi56   1/1     Running   0          1m

# Manual scaling
kubectl scale deployment webapp-deployment --replicas=5

# Deployment history
kubectl rollout history deployment webapp-deployment

Excluir um Pod aciona automaticamente a criação de um novo Pod para manter o número desejado de réplicas.

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Services: exposição de rede

Os Pods possuem endereços IP efêmeros. Os Services fornecem um endereço estável para acessar um conjunto de Pods, com balanceamento de carga integrado.

yaml

# service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: webapp-service
spec:
  # Service type: ClusterIP (internal), NodePort, LoadBalancer
  type: ClusterIP
  # Selector to identify target Pods
  selector:
    app: webapp
  ports:
    # Port exposed by the Service
    - port: 80
      # Target container port
      targetPort: 80
      # Protocol (TCP by default)
      protocol: TCP

Este Service ClusterIP é acessível somente de dentro do cluster. As requisições para webapp-service:80 são distribuídas entre os Pods que possuem a label app: webapp.

bash

# terminal
# Create the Service
kubectl apply -f service.yaml
# service/webapp-service created

# List Services
kubectl get services
# NAME             TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
# webapp-service   ClusterIP   10.96.123.456   <none>        80/TCP    30s

# Test from a temporary Pod
kubectl run curl-test --rm -it --image=curlimages/curl -- curl webapp-service

# Detailed Service description
kubectl describe service webapp-service

Para expor a aplicação fora do cluster, é necessário um tipo NodePort ou LoadBalancer.

yaml

# service-nodeport.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: webapp-nodeport
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: webapp
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
      # Port on each Node (30000-32767)
      nodePort: 30080

Com o minikube, o comando minikube service webapp-nodeport abre automaticamente o navegador na URL correta.

ConfigMaps: configuração externalizada

Os ConfigMaps separam a configuração do código. Os valores são injetados como variáveis de ambiente ou montados como arquivos.

yaml

# configmap.yaml
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: webapp-config
data:
  # Simple key-value pairs
  APP_ENV: "production"
  LOG_LEVEL: "info"
  MAX_CONNECTIONS: "100"
  # Multiline configuration (complete file)
  nginx.conf: |
    server {
        listen 80;
        server_name localhost;

        location / {
            root /usr/share/nginx/html;
            index index.html;
        }

        location /health {
            return 200 'OK';
            add_header Content-Type text/plain;
        }
    }

Os ConfigMaps armazenam dados não sensíveis. Para os segredos (senhas, tokens), os Secrets do Kubernetes são mais apropriados.

yaml

# deployment-with-config.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: webapp-configured
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: webapp-configured
  template:
    metadata:
      labels:
        app: webapp-configured
    spec:
      containers:
        - name: webapp
          image: nginx:1.25-alpine
          ports:
            - containerPort: 80
          # Inject environment variables
          envFrom:
            - configMapRef:
                name: webapp-config
          # Or individual variables
          env:
            - name: SPECIFIC_VAR
              valueFrom:
                configMapKeyRef:
                  name: webapp-config
                  key: LOG_LEVEL
          # Mount configuration file
          volumeMounts:
            - name: nginx-config
              mountPath: /etc/nginx/conf.d/default.conf
              subPath: nginx.conf
      volumes:
        - name: nginx-config
          configMap:
            name: webapp-config

Esta configuração injeta variáveis de ambiente e monta o arquivo nginx.conf dentro do contêiner.

bash

# terminal
# Apply resources
kubectl apply -f configmap.yaml
kubectl apply -f deployment-with-config.yaml

# Verify environment variables
kubectl exec deployment/webapp-configured -- printenv | grep APP_ENV
# APP_ENV=production

# Verify mounted file
kubectl exec deployment/webapp-configured -- cat /etc/nginx/conf.d/default.conf

Atualização de ConfigMaps

Modificar um ConfigMap não reinicia automaticamente os Pods. Para aplicar as mudanças, é necessário um reinício manual: kubectl rollout restart deployment webapp-configured. Ferramentas como o Reloader automatizam esse processo.

Secrets: dados sensíveis

Os Secrets armazenam informações sensíveis como senhas, tokens ou chaves SSH. Embora codificados em base64, eles não são criptografados por padrão em repouso.

yaml

# secret.yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: webapp-secrets
type: Opaque
# Values must be base64-encoded
data:
  # echo -n 'admin' | base64
  username: YWRtaW4=
  # echo -n 'supersecretpassword' | base64
  password: c3VwZXJzZWNyZXRwYXNzd29yZA==
---
# Alternative: stringData accepts plain text values
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: webapp-secrets-plain
type: Opaque
stringData:
  username: admin
  password: supersecretpassword

Os Secrets são injetados da mesma forma que os ConfigMaps.

yaml

# deployment-with-secrets.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: webapp-secure
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: webapp-secure
  template:
    metadata:
      labels:
        app: webapp-secure
    spec:
      containers:
        - name: webapp
          image: nginx:1.25-alpine
          env:
            - name: DB_USERNAME
              valueFrom:
                secretKeyRef:
                  name: webapp-secrets
                  key: username
            - name: DB_PASSWORD
              valueFrom:
                secretKeyRef:
                  name: webapp-secrets
                  key: password

bash

# terminal
# Create the Secret
kubectl apply -f secret.yaml

# List Secrets (values are not displayed)
kubectl get secrets
# NAME              TYPE     DATA   AGE
# webapp-secrets    Opaque   2      10s

# Decode a value
kubectl get secret webapp-secrets -o jsonpath='{.data.password}' | base64 -d
# supersecretpassword

Namespaces: isolamento lógico

Os Namespaces dividem um cluster em ambientes virtuais isolados. Essa separação permite gerenciar várias equipes ou ambientes no mesmo cluster.

yaml

# namespace.yaml
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: development
  labels:
    environment: development
---
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: staging
  labels:
    environment: staging

Cada recurso pode ser criado dentro de um namespace específico.

bash

# terminal
# Create namespaces
kubectl apply -f namespace.yaml

# List namespaces
kubectl get namespaces
# NAME          STATUS   AGE
# default       Active   1d
# development   Active   10s
# staging       Active   10s

# Create a resource in a specific namespace
kubectl apply -f deployment.yaml -n development

# List Pods in a namespace
kubectl get pods -n development

# Change default namespace
kubectl config set-context --current --namespace=development

Os recursos de namespaces diferentes são isolados por padrão. A comunicação entre namespaces é feita através do DNS interno: service-name.namespace.svc.cluster.local.

Aplicação completa: montar os recursos

A seguir, uma aplicação completa que combina todos os conceitos apresentados.

yaml

# complete-app.yaml
---
# Dedicated Namespace
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: myapp
---
# ConfigMap for configuration
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: myapp-config
  namespace: myapp
data:
  APP_NAME: "MyApp"
  LOG_LEVEL: "info"
---
# Secret for sensitive data
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: myapp-secrets
  namespace: myapp
type: Opaque
stringData:
  api-key: "sk-1234567890abcdef"
---
# Deployment with 3 replicas
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp
  namespace: myapp
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
        - name: myapp
          image: nginx:1.25-alpine
          ports:
            - containerPort: 80
          envFrom:
            - configMapRef:
                name: myapp-config
          env:
            - name: API_KEY
              valueFrom:
                secretKeyRef:
                  name: myapp-secrets
                  key: api-key
          resources:
            requests:
              memory: "64Mi"
              cpu: "100m"
            limits:
              memory: "128Mi"
              cpu: "200m"
          livenessProbe:
            httpGet:
              path: /
              port: 80
            initialDelaySeconds: 10
            periodSeconds: 10
          readinessProbe:
            httpGet:
              path: /
              port: 80
            initialDelaySeconds: 5
            periodSeconds: 5
---
# Service for internal exposure
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp-service
  namespace: myapp
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: myapp
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
---
# NodePort Service for external access (development)
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp-nodeport
  namespace: myapp
spec:
  type: NodePort
  selector:
    app: myapp
  ports:
    - port: 80
      targetPort: 80
      nodePort: 30100

Este único arquivo implanta uma aplicação completa com configuração externalizada, segredos, alta disponibilidade e exposição de rede.

bash

# terminal
# Deploy the complete application
kubectl apply -f complete-app.yaml

# Verify all resources
kubectl get all -n myapp
# NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
# pod/myapp-7d9f8b6c4-abc12    1/1     Running   0          30s
# pod/myapp-7d9f8b6c4-def34    1/1     Running   0          30s
# pod/myapp-7d9f8b6c4-ghi56    1/1     Running   0          30s
#
# NAME                    TYPE        CLUSTER-IP      PORT(S)        AGE
# service/myapp-service   ClusterIP   10.96.123.456   80/TCP         30s
# service/myapp-nodeport  NodePort    10.96.123.789   80:30100/TCP   30s
#
# NAME                    READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
# deployment.apps/myapp   3/3     3            3           30s

# Access the application with minikube
minikube service myapp-nodeport -n myapp

Atualizações e rollbacks

O Kubernetes facilita as atualizações progressivas e os rollbacks.

bash

# terminal
# Update the Deployment image
kubectl set image deployment/myapp myapp=nginx:1.26-alpine -n myapp

# Track deployment in real-time
kubectl rollout status deployment/myapp -n myapp
# Waiting for deployment "myapp" rollout to finish: 1 out of 3 new replicas updated
# Waiting for deployment "myapp" rollout to finish: 2 out of 3 new replicas updated
# deployment "myapp" successfully rolled out

# Revision history
kubectl rollout history deployment/myapp -n myapp
# REVISION  CHANGE-CAUSE
# 1         <none>
# 2         <none>

# Rollback to previous revision
kubectl rollout undo deployment/myapp -n myapp

# Rollback to a specific revision
kubectl rollout undo deployment/myapp --to-revision=1 -n myapp

A estratégia de atualização padrão (RollingUpdate) substitui progressivamente os Pods antigos pelos novos, garantindo a disponibilidade contínua.

Comandos kubectl essenciais

bash

# terminal
# ========================================
# General Information
# ========================================
kubectl cluster-info                    # Cluster info
kubectl get nodes -o wide               # Nodes with details
kubectl api-resources                   # List resource types

# ========================================
# Resource Management
# ========================================
kubectl get all                         # All namespace resources
kubectl get pods -A                     # Pods from all namespaces
kubectl get pods -o wide                # Pods with IP and Node
kubectl get pods -w                     # Watch mode (real-time)

# ========================================
# Inspection and Debugging
# ========================================
kubectl describe pod <name>             # Full details
kubectl logs <pod> -f                   # Streaming logs
kubectl logs <pod> -c <container>       # Specific container logs
kubectl exec -it <pod> -- /bin/sh       # Interactive shell
kubectl port-forward <pod> 8080:80      # Local tunnel to Pod

# ========================================
# Editing and Deletion
# ========================================
kubectl edit deployment <name>          # Live editing (vi)
kubectl delete -f manifest.yaml         # Delete via file
kubectl delete pod <name> --force       # Force deletion

Conclusão

O Kubernetes transforma a gestão de aplicações conteinerizadas ao oferecer um framework declarativo, resiliente e extensível. Os conceitos fundamentais apresentados aqui formam a base para implantações prontas para produção.

Checklist para uma primeira implantação Kubernetes

✅ Cluster local funcional (minikube, kind ou k3d)
✅ kubectl instalado e configurado
✅ Deployment com réplicas e health probes
✅ Service para a exposição de rede
✅ ConfigMap para a configuração externalizada
✅ Secret para os dados sensíveis
✅ Namespace para o isolamento
✅ Limites de recursos definidos (requests/limits)
✅ Estratégia de atualização e rollback dominados

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Dominar o Kubernetes abre as portas para arquiteturas cloud-native escaláveis. As próximas etapas incluem explorar os Ingress Controllers para o roteamento HTTP, os PersistentVolumes para o armazenamento e o Helm para a gestão de pacotes. O Kubernetes torna-se um ativo importante durante as entrevistas DevOps e SRE.

Kubernetes: Implantando sua primeira aplicação

Entender a arquitetura do Kubernetes

Configurar o ambiente local

Pods: a unidade básica

Deployments: gestão declarativa

Pronto para mandar bem nas entrevistas de DevOps?

Services: exposição de rede

ConfigMaps: configuração externalizada

Secrets: dados sensíveis

Namespaces: isolamento lógico

Aplicação completa: montar os recursos

Atualizações e rollbacks

Comandos kubectl essenciais

Conclusão

Checklist para uma primeira implantação Kubernetes

Comece a praticar!

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