O que o futuro reserva para a infraestrutura de Kubernetes e computação em nuvem.

Novas estratégias e recursos de software livre estão sendo estabelecidos para lidar com os desafios de complexidade e expansão do Kubernetes, visando transformar a infraestrutura de nuvem conforme a conhecemos atualmente.

Na última década, a Kubernetes tem sido a principal força no campo da computação em nuvem e em software corporativo, à medida que provedores de nuvem e seus clientes optam por executar aplicações e serviços em clusters de contêineres, em vez de em máquinas virtuais. No entanto, apesar disso, a pesquisa anual da Cloud Native Computing Foundation, realizada entre agosto e dezembro de 2023, revelou que 44% das organizações ainda não implementaram o Kubernetes em seus ambientes de produção. Esses achados indicam que há um grande potencial de crescimento no mercado empresarial em geral, onde as implantações locais ainda são prevalentes.

O que impede o avanço do Kubernetes? De acordo com a pesquisa do CNCF realizada anualmente, as principais dificuldades enfrentadas pelas principais organizações no uso de contêineres continuam sendo a complexidade, a segurança e o monitoramento. Essas questões foram agravadas na última pesquisa pela falta de treinamento e pela necessidade de mudanças culturais nas equipes de desenvolvimento. Esses obstáculos não são surpreendentes dada a transição dramática do monolito para os microserviços que o Kubernetes representa. No entanto, alguns especialistas acreditam que esses desafios podem se tornar ainda maiores, com a previsão da Gartner de que mais de 95% das novas cargas de trabalho digitais serão implantadas em infraestrutura nativa de nuvem até 2025.

Entretanto, há suporte chegando. Novas abordagens no desenvolvimento de software, como plataformas internas para desenvolvedores e inovações como eBPF, estão prometendo ampliar as capacidades nativas da nuvem do kernel Linux. Avanços empolgantes na infraestrutura de nuvem estão se aproximando, com padrões de design essenciais, ferramentas de código aberto e arquiteturas que estão prontos para enfrentar os desafios de complexidade e escalabilidade do Kubernetes, transformando a infraestrutura de nuvem conforme a conhecemos atualmente.

Simplificar a complexidade inerente à computação em nuvem.

Para que Kubernetes se destaque no mercado convencional, é essencial aprimorar sua usabilidade. De acordo com James Watters, diretor de pesquisa e desenvolvimento na Divisão VMware Tanzu da Broadcom, embora Kubernetes tenha se mostrado uma API de acesso à infraestrutura em nuvem excepcional, são necessários esforços significativos para transformá-lo em uma plataforma empresarial completamente funcional.

O universo do software livre está enfrentando essa dificuldade implementando plataformas internas para desenvolvedores a fim de reduzir os obstáculos, enquanto os provedores de nuvem pública estão disponibilizando soluções para simplificar o gerenciamento da infraestrutura de contêineres. No entanto, Watters acredita que ainda é fundamental o desenvolvimento de plataformas corporativas de aplicativos para contêineres que facilitem a entrada no mercado.

“Os programadores buscam acesso a APIs de self-service, que nem sempre são o nível mais básico disponível – não se limitando apenas a VM como serviço ou container como serviço”, afirma Watters. “Os programadores necessitam de mais do que simplesmente um ambiente de execução de aplicativos como serviço para serem produtivos.” Diversas empresas, incluindo VMware, Rafay, Mirantis, KubeSphere e D2IQ, além dos principais provedores de nuvem, estão se empenhando em tornar a gestão de containers corporativos mais acessível e funcional.

Outros afirmam que é essencial simplificar significativamente a complexidade do produto em toda a plataforma. Thomas Graf, um dos desenvolvedores de Cilium e co-fundador da Isovalent, agora Vice-Presidente de Rede de Nuvem e Segurança da Isovalent na Cisco, afirma que a tecnologia open-source nativa da nuvem é muito complexa para a maioria das empresas. Graf destaca que questões de conformidade e segurança são desafios comuns que impedem a adoção de padrões de tecnologia nativa da nuvem em muitos ambientes empresariais existentes.

Melhorar a exposição do uso de recursos na computação em nuvem.

A maioria das empresas atualmente utiliza múltiplas nuvens ao mesmo tempo, uma prática que tende a se tornar ainda mais frequente, de acordo com especialistas. Isso vai demandar um maior controle de gerenciamento entre diferentes nuvens. Sid Nag, Analista Vice-Presidente da Gartner, explica que em uma abordagem de integração entre nuvens, os dados e as cargas de trabalho são combinados para operar de forma colaborativa em várias nuvens. Isso poderia viabilizar uma conectividade ampla, segurança adaptável e gerenciamento centralizado.

Uma maneira importante de promover a compreensão do comportamento da nuvem é ter um método de registro neutro. Ellen Chisa, da Boldstart Ventures, observa que o OpenTelemetry está ganhando popularidade de forma semelhante ao Kubernetes. De acordo com informações da Cloud Native Computing Foundation, em meados de 2023, o OpenTelemetry foi o segundo projeto de maior crescimento hospedado pela CNCF.

Diversos elementos estão contribuindo para a crescente importância da OpenTelemetry. Atualmente, as empresas lidam com um grande volume de registros e enfrentam custos cada vez maiores relacionados aos dados. De acordo com Chisa, à medida que as equipes técnicas lidam com restrições orçamentárias e pressões vindas de diretores financeiros, surge a questão de como tornar os registros mais úteis para o negócio.

Em seguida, a OpenTelemetry pode enriquecer o ambiente de produção com mais informações contextualizadas. De acordo com ela, assim como buscamos facilidade ao implantar o código na nuvem, também desejamos ter insights reais sobre as operações na nuvem enquanto desenvolvemos código.

A plataforma está sendo tornada mais abstrata e automatizada.

Atualmente, a infraestrutura de TI nas nuvens públicas e privadas é mais acessível, facilitando sua utilização. Os desenvolvedores têm maior controle por meio de APIs de autoatendimento e plataformas internas amigáveis, porém a engenharia de plataforma ainda enfrenta desafios significativos e está pronta para evoluir.

Segundo Jonas Bonér, CTO da Lightbend, a indústria precisa abandonar o uso complicado do YAML e adotar uma abordagem mais abstrata. Ele prevê que a próxima geração de serverless não terá infraestrutura visível, e que as operações de desenvolvimento serão terceirizadas, afastando-as das equipes de SRE. Bonér acredita que estamos passando por uma transição em que desenvolvedores e operadores estão aprendendo a se desapegar do controle.

“Segundo Watters da Broadcom, a criação de plataformas corporativas prontas demanda um trabalho árduo, com esforço considerável para assegurar a segurança e a escalabilidade dos sistemas. As equipes envolvidas terão um papel crucial na inovação da infraestrutura, ao facilitar o acesso seguro e otimizado para os desenvolvedores.”

De acordo com Guillermo Rauch, CEO da Vercel, os quadros modernos têm o potencial de automatizar totalmente a infraestrutura. Rauch prevê uma mudança na infraestrutura, com mais foco na estrutura e um aumento nos investimentos em front-ends globais. Ele acredita que essa evolução irá afastar a infraestrutura de nuvem do modelo sob medida e especializado, tradicionalmente provisionado em uma base por aplicação, o que trará benefícios tanto para a produtividade dos desenvolvedores quanto para a agilidade das empresas.

Independentemente da sua forma, plataformas internas simplificadas estão claramente sendo consideradas como o futuro da infraestrutura de nuvem. Liam Randall, CEO da Cosmonic, afirma que os desenvolvedores não estão mais preocupados com servidores individuais ou sistemas operacionais, e que estão caminhando para um cenário em que não precisarão se preocupar com as capacidades de suas aplicações e dependências. Assim como esperam que as nuvens públicas cuidem de seus data centers, os desenvolvedores desejam que suas plataformas também cuidem de suas dependências de aplicativos comuns.

De acordo com Randall, WebAssembly representa uma nova etapa na abstração de software, indo além da contêinerização. Segundo ele, as aplicações baseadas no Modelo Componente WebAssembly são compatíveis com conceitos de ecossistemas de contêineres, como malha de serviço, Kubernetes e recipientes, mas não são dependentes deles. Os componentes resolvem o problema do início frio, sendo menores e mais seguros que os recipientes, além de serem compostos através de limites de linguagem e framework.

Integrando virtualização em clusters Kubernetes.

Outra área em desenvolvimento é a virtualização interna do Kubernetes. Lukas Gentele, CEO e co-fundador da Loft Labs, afirma que o conceito que levou à virtualização de hardware para servidores Linux está agora sendo aplicado ao Kubernetes. Uma das justificativas para essa abordagem é lidar com os custos crescentes de computação em nuvem, especialmente diante do aumento das cargas de trabalho de IA e aprendizado de máquina. Em tais contextos, a capacidade de dividir dinamicamente e compartilhar recursos de computação torna-se ainda mais crucial.

Outro motivo é lidar com o conceito de fragmentação de clusters. Em 2022, a Cloud Native Computing Foundation descobriu que metade dos usuários de Kubernetes pesquisados estavam gerenciando 10 ou mais clusters. No entanto, o número de clusters em uso pode variar consideravelmente, como no caso da Mercedez-Benz, que opera 900 clusters. Segundo Gentele, muitas organizações acabam tendo que administrar centenas de clusters Kubernetes porque não possuem uma forma segura e eficiente de lidar com a multi-inquilinato dentro de sua arquitetura Kubernetes.

Conforme a Gentele, os clusters virtuais têm a capacidade de diminuir a quantidade de clusters físicos requeridos ao mesmo tempo que garantem a segurança e a separação necessárias para diversas cargas de trabalho, resultando em uma significativa redução da carga de recursos e facilitando as operações.

Coordenando as diversas etapas de inteligência artificial e dados.

Com o avanço da Inteligência Artificial, prevê-se que a infraestrutura em nuvem cresça e se desenvolva para atender a novas situações. Segundo o analista Gartner Nag, a interseção entre a IA generativa e a nuvem será um marco significativo na evolução da infraestrutura em nuvem.

“Segundo Nag, será essencial integrar silício especializado, como GPUs, TPUs e DPUs, na base da infraestrutura. Ele destaca a importância de conseguir realizar essa integração em diversas propriedades de nuvem, de acordo com demandas específicas de inteligência artificial, como treinamento, inferência e ajustes refinados.”

A orquestração de cargas de trabalho de inteligência artificial é uma área na qual o Kubernetes parece estar bem posicionado para se destacar. Rajiv Thakkar, diretor de marketing de produtos da Portworx por Pure Storage, acredita que o Kubernetes continuará a desempenhar um papel central na orquestração da infraestrutura de inteligência artificial generativa. Thakkar considera o Kubernetes uma maneira eficaz de possibilitar que as equipes de ciência de dados tenham acesso à computação GPU. No entanto, devido à grande quantidade de dados que esses modelos requerem, o acesso contínuo ao armazenamento persistente será crucial.

Por muito tempo, tem sido desafiador lidar com a implementação de Kubernetes em ambientes estatais. No entanto, há uma percepção de que a tecnologia atingiu um nível de maturidade que pode resolver esse problema. Liz Warner, CTO da Percona, acredita que chegou a hora de o Kubernetes se tornar mais comum no uso de dados.

“Ainda existe a ideia de que ‘Kubernetes foi concebido para ser temporário, você deve evitar’”, afirma Warner. “No entanto, com os operadores atuais, é viável operar bancos de dados de código aberto, como MySQL, PostgreSQL ou MongoDB, de maneira segura no Kubernetes.” Ela menciona que isso pode trazer vantagens financeiras, aprimorar soluções multi-nuvem e híbridas, e promover uma melhor integração no ambiente de desenvolvimento.

Kubernetes em ambientes locais e na periferia.

Kubernetes e tecnologia desenvolvida para a nuvem estão começando a ser adotados em novos ambientes, que não necessariamente estão na nuvem.

Segundo Isovalente da Cisco, o Kubernetes possui uma característica única que o torna moderno, mas também compatível com tecnologias mais antigas, com até 40 a 50 anos de retrocompatibilidade. A capacidade da tecnologia nativa da nuvem de lidar com código legado faz com que o Kubernetes seja uma escolha popular para empresas que buscam adotar em larga escala. Isovalente prevê que a maioria das empresas irá adotar o Kubernetes nos próximos 10 anos, tornando-o um padrão no setor.

“Containers nos data centers locais é uma tendência recente que está se desenvolvendo, de acordo com Graf. Se esse for realmente o caminho da indústria, será necessário um sistema de segurança moderno e abrangente para a nuvem e os data centers tradicionais, a fim de evitar redundâncias. Ele considera o eBPF, uma tecnologia que permite a programação segura e dinâmica do kernel do Linux, mais acessível graças ao projeto de código aberto Cilium, como a base fundamental para uma rede comum e um firewall independente de plataforma.”

As mesmas correntes subjacentes estão promovendo um novo modelo de infraestrutura na periferia. De acordo com Jonas Bonér, da Lightbend, muitas das recentes inovações indicam uma movimentação em direção à descentralização, com uma tendência para instâncias menores de serviços de banco de dados relacionais e uma infraestrutura mais robusta para atender os usuários onde eles estão localizados: na periferia.

“Segundo Bonér, é ineficiente enviar continuamente dados para a nuvem e de volta. Ele propõe a criação de plataformas onde dados e processamento estejam próximos dos usuários finais. Essa abordagem proporcionaria um equilíbrio entre alto desempenho, baixa latência e alta resiliência. Dessa forma, o desenvolvimento local não se basearia exclusivamente na nuvem, mas a utilizaria como um recurso adicional para redundância de dados. Bonér destaca que a integração entre nuvem e borda está se tornando cada vez mais relevante.”

Um conjunto de informações será essencial para viabilizar a evolução rumo a uma arquitetura híbrida descentralizada, afirma Bonér. Ele também destaca o potencial do WebAssembly como uma alternativa interessante para containers, devido ao seu ambiente isolado, o que é crucial ao transferir dados para dispositivos na borda. Além disso, Bonér destaca a importância de opções mais leves do que o Kubernetes tradicional, como K3s ou KubeEdge, que possibilitam a execução de recursos nativos na nuvem em qualquer lugar.

Identificando as tendências da infraestrutura em nuvem.

Kubernetes, como peça fundamental da infraestrutura em nuvem, está se preparando para ser usado de forma ainda mais convencional pelas empresas nos próximos anos. O mesmo vale para as diversas melhorias em dados persistentes, virtualização de cluster, engenharia de plataforma, logs, monitoramento e ferramentas de gerenciamento de várias nuvens, que continuam a impulsionar o desenvolvimento do ecossistema nativo da nuvem, expandindo suas capacidades.

De forma interessante, à medida que a capacidade de processamento local avança e as velocidades de entrada de dados e progresso aumentam, observa-se uma transição para a implementação de ferramentas nativas da nuvem nos data centers tradicionais e na borda. Segundo Isovalente, do Graf da Cisco, essa mudança traz consigo um novo nível de complexidade, que é em grande parte desconhecido para aqueles familiarizados com o ambiente nativo da nuvem.

A inteligência artificial generativa tem o objetivo de trazer avanços significativos para a área, automatizando diversas práticas de engenharia em nuvem. Segundo o engenheiro Omer Hamerman, a IA, em especial com relação ao Kubernetes, continuará a evoluir gradualmente, mas receberá um grande impulso. Hamerman acredita que a inteligência artificial proporcionará uma significativa automação para o Kubernetes e a implementação de aplicativos em containers.

Outras inovações tecnológicas estão prontas para revolucionar muitos aspectos que consideramos garantidos por meio do desenvolvimento de software em geral. Por exemplo, de acordo com Randall da Cosmonic, há uma utilização do WebAssembly por provedores de borda para atingir níveis mais avançados de abstração em suas plataformas de desenvolvimento. Ele afirma que orquestradores nativos de WebAssembly, como o wasm Cloud, podem automaticamente expandir capacidades plugáveis comuns em várias arquiteturas físicas e plataformas existentes baseadas em Kubernetes. Ele destaca que com os Componentes WebAssembly, o futuro já está presente – embora não seja completamente distribuído.

Isso representa uma combinação apropriada de recursos de nuvem em geral. As próximas tecnologias, baseadas em código aberto progressivo, já estão presentes e devem ser concretizadas.