Contenedores en la nube

RESUMEN

Los contenedores en la nube empaquetan las aplicaciones y sus dependencias en unidades portátiles y autónomas que se ejecutan de manera consistente en cualquier entorno. Al aislar las aplicaciones de la infraestructura subyacente, resuelven los problemas de compatibilidad y optimizan el desarrollo y el despliegue. Los contenedores se dividen en dos tipos principales: contenedores de aplicaciones para microservicios y contenedores de sistemas para cargas de trabajo heredadas, cada uno de los cuales satisface necesidades distintas. Su diseño ligero y escalable les permite ser más rápidos y eficientes que las máquinas virtuales (VM) tradicionales. Con el soporte de herramientas de orquestación como Kubernetes, los contenedores se han convertido en un pilar para el desarrollo moderno y nativo de la nube.

¿Qué son los contenedores en la computación en la nube?

En la computación en la nube, un contenedor es un paquete portátil que agrupa una aplicación con sus dependencias (código, entorno de ejecución, bibliotecas, configuraciones), lo que le permite ejecutarse en diferentes entornos. Esto aísla las aplicaciones de su entorno, garantizando un funcionamiento consistente en cualquier implementación, desde máquinas locales hasta nubes públicas. Al empaquetar las dependencias, los contenedores resuelven el problema de “en mi máquina funciona”, simplificando el desarrollo y la implementación.

Continúe leyendo este recurso para aprender los conceptos básicos de los contenedores en la nube, incluidos sus tipos, funciones técnicas y casos de uso comunes. También aprenderá sobre sus beneficios, en qué se diferencian de las máquinas virtuales y las herramientas disponibles para la gestión y orquestación de contenedores.

• Tipos de contenedores en la nube
• ¿Cómo funcionan los contenedores en la nube?
• ¿Para qué se utilizan los contenedores?
• ¿Qué beneficios proporcionan los contenedores en la nube?
• Contenedores frente a máquinas virtuales
• Herramientas de gestión de contenedores
• Principales conclusiones y recursos relacionados
• Preguntas frecuentes
  

Tipos de contenedores en la nube

Todos los contenedores utilizan virtualización a nivel de sistema operativo, pero principalmente se dividen en dos tipos: contenedores de aplicaciones y contenedores de sistemas. Cada uno cumple un propósito distinto, por lo que comprender sus diferencias es fundamental para seleccionar la herramienta adecuada.

Contenedores de aplicaciones

Los contenedores de aplicaciones, popularizados por Docker, son el tipo de contenedor más común. Su objetivo principal es empaquetar y ejecutar una sola aplicación o proceso. Son ligeros, sin estado e inmutables, y agrupan el código de una aplicación y todas sus dependencias en un solo paquete ejecutable. Esta funcionalidad garantiza un rendimiento constante en distintos entornos. También permiten el despliegue independiente y escalamiento de servicios, lo que los hace ideales para arquitecturas de microservicios.

Características principales

• Enfoque de un solo proceso: Ejecuta una aplicación o servicio.
• Ligero y rápido: Inicia rápidamente sin arrancar un sistema operativo completo.
• Inmutable Inmutable después de su creación; las actualizaciones implican reemplazar el contenedor.
• Apátrida Los datos se gestionan externamente (por ejemplo, volúmenes, bases de datos).
• Tecnologías populares: Docker, containerd, CRI-O.

Contenedores del sistema

Los contenedores del sistema emulan una máquina virtual completa con la eficiencia de un contenedor. A diferencia de los contenedores de aplicaciones, ejecutan un sistema operativo completo con múltiples servicios y procesos, incluido un sistema de inicio como systemd. Esto los hace adecuados para aplicaciones heredadas o monolíticas que esperan un entorno de sistema operativo tradicional, lo que permite la migración directa (“lift and shift”) a una infraestructura en contenedores sin una refactorización importante. Aunque son más pesados que los contenedores de aplicaciones, son más eficientes en el uso de recursos que las máquinas virtuales porque comparten el núcleo del sistema operativo del host.

Características principales

• Entorno de multiproceso: Ejecuta un proceso de arranque completo y múltiples servicios.
• Se comporta como una máquina virtual: Ofrece un entorno persistente y mutable para instalaciones y configuraciones.
• Soporte de aplicaciones heredadas Ideal para aplicaciones monolíticas que requieren un sistema operativo tradicional.
• Con estado Puede administrar el estado interno, de manera similar a un servidor estándar.
• Tecnologías populares: LXD (Linux Container Daemon), OpenVZ.

Elegir entre contenedores de aplicación y de sistema depende de carga de trabajo. Los contenedores de aplicaciones son estándar para las aplicaciones modernas basadas en microservicios. En contraste, los contenedores de sistema ofrecen un puente para migrar sistemas monolíticos heredados a una infraestructura contenerizada.

¿Cómo funcionan los contenedores en la nube?

Los contenedores en la nube utilizan virtualización a nivel de sistema operativo. A diferencia de las máquinas virtuales tradicionales que requieren un sistema operativo invitado completo para cada instancia, los contenedores comparten el núcleo del SO del host, lo que los hace ligeros, rápidos y eficientes. Esto se logra mediante el uso de dos características clave del núcleo de Linux: espacios de nombres (namespaces) y grupos de control (cgroups).

Componentes principales de la contenedorización

Espacios de nombres: Los espacios de nombres (namespaces) particionan los recursos del núcleo, creando espacios de trabajo aislados para los contenedores. Cada contenedor tiene su propia pila de red, espacio de identificadores de procesos, puntos de montaje y espacio de identificadores de usuario. Desde el interior, parece un sistema operativo independiente, aunque comparte el núcleo del host con otros contenedores. Este aislamiento garantiza que los contenedores no interfieran entre sí.

Grupos de control (cgroups): Los cgroups administran y limitan el uso de recursos de los contenedores, como la CPU, la memoria y el ancho de banda. Evitan que un solo contenedor sature el sistema host, lo que garantiza un rendimiento estable y predecible para todos los contenedores.

Flujo de trabajo de contenedores

La creación y operación de contenedores se basan en dos elementos principales: las imágenes y los entornos de ejecución.

Imágenes de contenedores: Estos archivos inmutables sirven como planos que contienen el código, las bibliotecas, las dependencias y las configuraciones necesarias para ejecutar la aplicación. Construidas en capas (por ejemplo, comenzando con una distribución de Linux mínima), las imágenes son eficientes de actualizar y compartir.

Entorno de ejecución de contenedores El motor de ejecución extrae las imágenes de contenedores y las ejecuta en el sistema host. Desempaqueta la imagen y utiliza espacios de nombres (namespaces) y cgroups para crear procesos aislados. El motor de ejecución gestiona todo el ciclo de vida del contenedor, desde su creación hasta su finalización.

Cuando ejecutas un comando como docker run, el motor de ejecución recupera la imagen (si es necesario), crea el contenedor, asigna recursos y lo aísla. A continuación, la aplicación se ejecuta en un entorno aislado (sandboxed) como un proceso en el sistema operativo host.

¿Para qué se utilizan los contenedores?

Los contenedores son esenciales para desarrollo de software moderno debido a su flexibilidad, portabilidad y eficiencia. Estos son los casos de uso más comunes:

Casos de uso para contenedores

• Arquitecturas de microservicios: Los contenedores son ideales para dividir aplicaciones en servicios pequeños e independientes. Cada servicio se ejecuta en su propio contenedor, lo que simplifica las actualizaciones, mejora el aislamiento de fallos y permite a los equipos utilizar diferentes pilas tecnológicas.
• Modernización y migración de aplicaciones: Los contenedores simplifican la transferencia directa (“lift and shift”) de aplicaciones heredadas a infraestructura moderna, eliminando la necesidad de cambios importantes en el código y permitiendo una transición gradual de una arquitectura monolítica a una basada en microservicios.
• Entornos de desarrollo y pruebas consistentes: Al empaquetar las aplicaciones con todas sus dependencias en una sola imagen, los contenedores garantizan entornos idénticos en el desarrollo, las pruebas y la producción, lo que reduce los errores y las fallas de implementación.
• Habilitación de CI/CD y DevOps: Los contenedores se integran perfectamente con Canales de CI/CD, lo que permite la automatización de compilaciones, pruebas y despliegues. Esto acelera los ciclos de entrega y mejora la confiabilidad.
• Estrategias híbridas y multicloud: Los contenedores pueden ejecutarse en cualquier infraestructura, lo que admite implementaciones híbridas y multiclub que reducen la dependencia de un proveedor y permiten una fácil migración de cargas de trabajo.
• Escalabilidad y implementaciones de alta densidad: La naturaleza ligera de los contenedores permite implementaciones de alta densidad para un mejor aprovechamiento de los recursos. Cuando se combinan con herramientas de orquestación como Kubernetes, los contenedores pueden escalarse automáticamente para gestionar picos de demanda, respaldando soluciones rentables, aplicaciones de alta disponibilidad.

¿Qué beneficios proporcionan los contenedores en la nube?

Los contenedores en la nube cambian la forma en que se crean, implementan y administran las aplicaciones. Al separar las aplicaciones de la infraestructura subyacente, ofrecen flexibilidad y eficiencia, y abordan los desafíos comunes de desarrollo para una entrega más rápida, sistemas más confiables y una mejor utilización de los recursos.

• Portabilidad y flexibilidad inigualables: Los contenedores empaquetan las aplicaciones y sus dependencias en unidades independientes que se ejecutan de manera uniforme en cualquier entorno, ya sea en la nube o en las instalaciones. Esto simplifica la migración y evita la dependencia de un solo proveedor.
• Escalabilidad y rendimiento mejorados: Debido a que los contenedores son ligeros y comparten el sistema operativo del anfitrión, pueden iniciarse en tan solo unos segundos. Esta velocidad permite un escalado rápido y automatizado con herramientas como Kubernetes, lo que ayuda a gestionar aumentos repentinos de tráfico y a mantener las aplicaciones disponibles.
• Mayor eficiencia de recursos y ahorro de costos: Los contenedores permiten ejecutar más aplicaciones en menos hardware al compartir el SO del host, lo que genera una mayor densidad que con las máquinas virtuales. Esto reduce los costos de infraestructura y abata las facturas de la nube.
• Ciclos de desarrollo e implementación más rápidos: Los contenedores ayudan a mantener entornos consistentes, eliminando el problema de “en mi máquina funciona”. Esto agiliza los procesos de CI/CD para lograr implementaciones más frecuentes y predecibles, lo que aumenta la productividad de los desarrolladores.
• Mayor consistencia y confiabilidad: La inmutabilidad previene la deriva de la configuración, asegurando sistemas estables y predecibles. Actualizar significa reemplazar los contenedores con nuevas imágenes, simplificando las reversiones y la solución de problemas.

Contenedores frente a máquinas virtuales

Si bien tanto los contenedores como las máquinas virtuales permiten que las aplicaciones se ejecuten en entornos aislados, lo hacen de formas muy diferentes. Las máquinas virtuales emulan sistemas operativos enteros, lo que proporciona un fuerte aislamiento pero requiere más recursos, mientras que los contenedores comparten el núcleo del SO del host, lo que los hace ligeros, más rápidos de iniciar y más fáciles de escalar. Así es como se comparan ambos:

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En la práctica, muchas organizaciones utilizan tanto contenedores como máquinas virtuales según las necesidades de su carga de trabajo. Los contenedores son ideales para la velocidad y la escalabilidad, mientras que las máquinas virtuales siguen siendo una opción sólida para ejecutar aplicaciones heredadas o cargas de trabajo que exigen un mayor aislamiento. Al combinarse, contribuyen a una estrategia de infraestructura flexible y eficiente.

Herramientas de gestión de contenedores

A medida que las organizaciones amplían su uso de contenedores, gestionarlos manualmente se vuelve poco práctico. Las herramientas de gestión de contenedores ayudan a automatizar el despliegue, la orquestación, el escalado y el monitoreo, lo que garantiza que las aplicaciones sigan siendo confiables y eficientes en entornos complejos. Estas plataformas también añaden funciones de seguridad, redes e integración con servicios en la nube.

• Docker: Una plataforma ampliamente utilizada que simplifica la creación, empaquetado y ejecución de contenedores en distintos entornos.
• Kubernetes: Un sistema de orquestación de código abierto que automatiza el despliegue, el escalado y la gestión de aplicaciones en contenedores.
• Red Hat OpenShift: Una plataforma basada en Kubernetes que añade funciones fáciles para desarrolladores, seguridad de nivel empresarial y compatibilidad con múltiples nubes.
• Amazon Elastic Kubernetes Service (EKS): Un servicio de Kubernetes administrado de AWS que reduce la carga de trabajo de ejecutar clústeres de Kubernetes.
• Motor Google Kubernetes (GKE): El servicio de Kubernetes administrado de Google, diseñado para ofrecer escalabilidad e integración con los servicios de Google Cloud.
• Servicio de Azure Kubernetes (AKS): La plataforma de Kubernetes administrada de Microsoft, que ofrece una integración profunda con los servicios de Azure.

Elegir la herramienta de administración de contenedores adecuada suele depender de su infraestructura actual, su nivel de experiencia y de si prefiere un servicio totalmente administrado o un mayor control sobre las configuraciones.

Principales conclusiones y recursos adicionales

Los contenedores en la nube se han vuelto fundamentales para el desarrollo de aplicaciones modernas porque aportan consistencia, portabilidad y eficiencia a cada etapa del ciclo de vida del software. Al aislar las aplicaciones de sus entornos, resuelven los desafíos de implementación a la vez que respaldan la escalabilidad, la automatización y la innovación. Ya sea que se utilicen para microservicios, modernización de aplicaciones o estrategias de nube híbrida, los contenedores continúan ayudando a las organizaciones a construir y entregar software a escala.

Aquí están las conclusiones más importantes de este recurso:

Puntos clave

1. Los contenedores empaquetan las aplicaciones con todas sus dependencias, asegurando un funcionamiento consistente entre entornos.
2. Vienen en dos tipos, con contenedores de aplicaciones utilizados para microservicios y contenedores de sistemas utilizados para aplicaciones heredadas o monolíticas.
3. Los contenedores dependen de las características de Linux, como los espacios de nombres (namespaces) y los cgroups, para el aislamiento y la gestión de recursos.
4. Las imágenes y los tiempos de ejecución forman la base de los flujos de trabajo de contenedores, impulsando la creación, escalabilidad y actualización de aplicaciones.
5. En comparación con las máquinas virtuales, los contenedores son más ligeros, inician más rápido y son más eficientes, lo que los hace ideales para casos de uso nativos de la nube.
6. Herramientas de gestión de contenedores como Docker, Kubernetes y OpenShift optimizar la orquestación, el escalado y el monitoreo.
7. La adopción de contenedores respalda las prácticas de DevOps, acelera los pipelines de CI/CD y reduce los costos de infraestructura.

Para obtener más información sobre los contenedores, puede visitar nuestra centro de conceptos y revise los recursos enumerados a continuación:

Recursos adicionales

• Seguridad de contenedores – Conceptos
• Orquestación de contenedores – Conceptos
• Pod vs. Contenedor: ¿Cuáles son las diferencias clave? – Blog
• Nativo de la nube frente a independiente de la nube: ¿Cuál enfoque se adapta mejor? – Blog

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre los contenedores en la nube y Kubernetes? Los contenedores en la nube son paquetes ligeros que agrupan una aplicación con sus dependencias, mientras que Kubernetes es una plataforma de orquestación que automatiza el despliegue, el escalado y la gestión de los contenedores.

¿Se pueden utilizar contenedores en entornos híbridos o multiclud? Sí, los contenedores son altamente portátiles y se pueden ejecutar en entornos locales, híbridos y multinube sin necesidad de realizar cambios en la aplicación.

¿Cuáles son los desafíos de administrar contenedores a escala? A escala, los desafíos incluyen la orquestación de miles de contenedores, la garantía de la seguridad, la gestión de redes y el mantenimiento de la visibilidad del rendimiento y el uso de recursos.

¿Cómo apoyan los contenedores en la nube a las prácticas de DevOps? Los contenedores proporcionan entornos consistentes, permiten implementaciones rápidas y se integran sin problemas con los flujos de trabajo de CI/CD, lo que los hace ideales para respaldar los flujos de trabajo de DevOps.

¿Son seguros los contenedores en la nube para cargas de trabajo sensibles? Los contenedores pueden ser seguros cuando se combinan con prácticas recomendadas como el análisis de imágenes, los controles de acceso y la supervisión en tiempo de ejecución, aunque dependen del sistema operativo host compartido, lo que requiere un endurecimiento adicional.

¿Cuál es la diferencia entre la contenedorización y la computación sin servidor? La contenedorización empaqueta las aplicaciones y sus dependencias en unidades portátiles, mientras que computación sin servidor abstrae por completo la infraestructura, lo que permite a los desarrolladores ejecutar funciones bajo demanda sin administrar servidores.