Guía Completa para Integrar Docker en Kubernetes: Conceptos, Ejemplos y Buenas Prácticas

La tecnología de contenedores es la piedra angular de la modernización de aplicaciones. Permite encapsular aplicaciones junto con todas sus dependencias en una unidad portátil que puede ejecutarse de manera uniforme en cualquier entorno, ya sea local, cloud, o híbrido. Los contenedores aíslan las aplicaciones del sistema operativo anfitrión y de otros contenedores, usando características propias del kernel de Linux como namespaces y cgroups. Para profundizar en cómo definir configuraciones repetibles, también puedes consultar nuestro artículo sobre qué es YAML y cómo usarlo en Kubernetes.

Entre sus ventajas destacan el aislamiento, portabilidad, ligereza y modularidad. Estas características, junto a la capacidad de lanzar instancias rápidamente y mantener la coherencia del entorno, los hacen ideales para el ciclo de vida completo de desarrollo hasta producción. Tecnologías populares de contenedores incluyen Docker, Podman, Kubernetes (como orquestador) y CRI-O.

¿Qué es Docker? Fundamentos y Funcionalidades

Docker es la plataforma de contenerización más utilizada, especializada en empaquetar aplicaciones y todas sus dependencias en lo que denominamos contenedores. Gracias a Docker, los desarrolladores pueden asegurarse de que su aplicación funcione igual, independientemente del entorno, eliminando problemas de diferencia entre desarrollo y producción.

Una imagen Docker es una plantilla que incluye el sistema operativo, el código fuente, bibliotecas y configuraciones necesarias. Estas imágenes se crean a través de un Dockerfile, o de manera automatizada en algunos frameworks modernos como Spring Boot usando plugins específicos. Al ejecutarse, una imagen se convierte en un contenedor, una instancia aislada y ligera con todo lo necesario para ejecutar la aplicación.

Ventajas de Docker: portabilidad, automatización de despliegues, control de versiones, rapidez de arranque, modularidad y una comunidad activa que contribuye a seguir mejorando el ecosistema.

Kubernetes: Orquestando Contenedores a Escala

Kubernetes, abreviado como K8s, es el orquestador líder de contenedores. Automatiza el despliegue, gestión, escalado y operación de aplicaciones en contenedores. Fue creado por Google y ahora es un proyecto de código abierto mantenido por la CNCF y una comunidad global.

A diferencia de Docker, que se encarga sólo de la contenerización, Kubernetes gestiona múltiples contenedores distribuidos en varios nodos, proporcionando alta disponibilidad, escalabilidad, automatización, auto-reparación y balances de carga.

Sus componentes clave incluyen:

• Pods: La unidad mínima de despliegue, que puede contener uno o más contenedores compartiendo red y almacenamiento.
• Services: Proveen acceso estable y abstracto a los pods, gestionando el tráfico mediante políticas de red y balanceo de carga.
• Deployments: Gestionan el ciclo de vida de los pods, asegurando que se mantenga el número deseado de réplicas y facilitando actualizaciones o rollbacks.
• ConfigMaps y Secrets: Almacenan configuración y datos sensibles, permitiendo su inyección dinámica en los pods.
• Namespaces: Permiten dividir el clúster en entornos lógicos para organizar los recursos y aislar proyectos o equipos.

Comparativa: Docker Compose vs Kubernetes

Docker Compose y Kubernetes resuelven necesidades diferentes, aunque estén relacionados. Docker Compose simplifica la definición y gestión de aplicaciones multi-contenedor en entornos locales o de desarrollo, utilizando archivos docker-compose.yml. Permite poner en marcha varios servicios, redes y volúmenes con un solo comando, facilitando las pruebas y la colaboración.

Kubernetes va mucho más allá: está diseñado para despliegues a gran escala en producción, orquestando contenedores distribuidos en varios nodos, gestionando la alta disponibilidad, escalado automático, rescheduling de pods caídos y mucho más. Muchos equipos comienzan con Compose y migran a Kubernetes a medida que aumenta la complejidad o la necesidad de escalar.

Transición de Docker Compose a Kubernetes con Kompose

Para equipos que ya tienen aplicaciones definidas en Docker Compose, la migración a Kubernetes puede parecer compleja. Aquí es donde Kompose cobra protagonismo: es una herramienta de línea de comandos diseñada para convertir automáticamente archivos docker-compose.yml en manifiestos Kubernetes (YAML), como deployments y services, acelerando la transición y reduciendo errores manuales.

El proceso con Kompose es sencillo y consta de cuatro pasos básicos:

1. Instalación: Descarga el binario desde el repositorio oficial y colócalo en tu PATH.
2. Preparación del docker-compose.yml: Revisa y actualiza tu archivo para que refleje la configuración deseada (servicios, redes, volúmenes, etc.).
3. Conversión: Ejecuta kompose convert para generar los manifiestos de Kubernetes.
4. Despliegue: Utiliza kubectl apply -f para llevar los recursos al clúster Kubernetes.

Esta herramienta permite aprovechar el trabajo previo en Compose y acelerarlo en entornos productivos más avanzados.

Integración Práctica: Crear y Desplegar Imágenes Docker en Kubernetes

El flujo de trabajo típico para despliegue abarca estos pasos:

• Construcción de la imagen: Utiliza herramientas como Dockerfile para crear tu imagen desde el código y las dependencias.
• Etiquetado y push: Sube la imagen a un registro de contenedores como Docker Hub, Google Container Registry o Azure Container Registry, para que Kubernetes pueda acceder a ella.
• Creación del clúster Kubernetes: Puede hacerse en local (con Minikube o Docker Desktop), en la nube (GKE, EKS, AKS), o on-premise.
• Despliegue: Define tus manifiestos YAML (Deployment, Service, ConfigMap, Secret, etc.) y despliega la aplicación usando kubectl apply -f.
• Exposición del servicio: Crea un Service (ClusterIP, NodePort o LoadBalancer) para que los pods sean accesibles, bien desde dentro del clúster o desde el exterior.
• Monitorización y pruebas: Valida el despliegue accediendo al endpoint expuesto y utilizando herramientas como kubectl get pods para verificar el estado del despliegue.

Ejemplo Avanzado: Integración de Aplicaciones Spring Boot

Una de las integraciones más demandadas es la de aplicaciones Java con Spring Boot. Existen herramientas como Paketo Buildpacks y plugins Maven que permiten crear imágenes Docker automáticamente sin necesidad de escribir un Dockerfile. Simplemente ejecutando ./mvnw spring-boot:build-image -Dspring-boot.build-image.imageName=miapp:latest se obtiene la imagen lista para ser llevada a producción, cumpliendo las mejores prácticas y asegurando compatibilidad.

Un paso siguiente es la integración con ConfigMaps y Secrets para gestionar la configuración en el clúster y facilitar la integración con Docker Compose en entornos de desarrollo.

Manifiestos de Kubernetes: Deployment, Service, ConfigMap, Secret, Namespace

Kubernetes gestiona los recursos mediante archivos manifiesto en formato YAML (o JSON). Cada recurso cumple una función específica y es importante conocer su estructura y utilidad:

• Deployment: Gestiona el ciclo de vida de los pods y mantiene el número deseado de réplicas, además de facilitar actualizaciones sin downtime.
• Service: Permite el acceso, descubrimiento y balanceo de tráfico hacia los pods.
• ConfigMap: Almacena configuración no sensible que puede ser inyectada como variables de entorno o montada como archivos.
• Secret: Almacena datos sensibles como contraseñas o certificados, codificados en base64.
• Namespace: Segmenta y organiza recursos dentro del clúster para una mejor gestión multi-equipo o multi-proyecto.

Para una integración avanzada, se definen reglas de acceso mediante Role y RoleBinding, garantizando que sólo los usuarios o servicios autorizados puedan modificar o leer ciertos recursos dentro de los namespaces.

Health Checks y Monitorización con Spring Boot Actuator

En entornos reales, la monitorización es imprescindible. Spring Boot Actuator, por ejemplo, expone endpoints HTTP (/actuator/health, /actuator/ready) que pueden ser utilizados por Kubernetes para determinar si los pods están listos para recibir tráfico (readinessProbe) o si hay algún fallo grave que requiera reiniciar el contenedor (livenessProbe).

La configuración de estas sondas en los manifiestos de Deployment es clave para conseguir aplicaciones resilientes y autogestionadas, capaces de recuperarse de errores sin intervención manual.

Estrategias de Integración de Docker en Kubernetes

Para escenarios avanzados, es habitual encontrarse con situaciones donde se necesita ejecutar Docker dentro de un pod, por ejemplo para pipelines CI/CD como Jenkins. Existen tres estrategias principales:

• Docker in Docker (DinD): Instalar Docker Engine dentro del mismo contenedor. Es funcional, pero implica riesgos de seguridad, problemas de compatibilidad de almacenamiento y es poco recomendable en producción.
• Docker out of Docker (DooD): La aplicación accede al Docker daemon del nodo anfitrión montando su socket. Mejora el rendimiento y evita duplicación de daemons, pero aún plantea riesgos de seguridad y de gestión de recursos fuera del control de Kubernetes.
• Sidecar Docker: Desplegar un contenedor adicional dentro del pod que actúa como Docker Engine y expone su socket por red local, añadiendo plugins de autorización para mitigar riesgos. Aunque reduce algunos problemas, sigue requiriendo privilegios y cuidados especiales.

Recomendación: siempre que sea posible, usa herramientas daemonless para construir imágenes, evitando los problemas y riesgos de las soluciones anteriores.

Instalación de Docker y Kubernetes: Windows y Linux

En Windows, la forma más sencilla es usando Docker Desktop, que permite habilitar Kubernetes como un entorno de desarrollo local. El proceso es:

• Descargar e instalar Docker Desktop desde la web oficial.
• Activar la opción de Kubernetes en la configuración.
• Utilizar kubectl (viene integrado) para gestionar los recursos.

Para entornos productivos, o cuando se requiere más control, puedes instalar Minikube o directamente en máquinas virtuales o bare metal.

En Linux (por ejemplo, Ubuntu 22.04):

• Actualiza el sistema con sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade.
• Instala Docker con sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io docker-compose-plugin.
• Instala Kubernetes agregando el repositorio oficial y ejecutando sudo apt-get install -y kubeadm.
• Inicializa el clúster con sudo kubeadm init --pod-network-cidr 10.244.0.0/16.
• Configura kubectl copiando el archivo de configuración a $HOME/.kube/config y ajustando permisos.