Almacenamiento distribuido en Kubernetes: Ceph y Rook como base de plataformas cloud-native

Las aplicaciones modernas ejecutadas sobre Kubernetes han transformado la forma en la que las organizaciones despliegan y operan software. Sin embargo, cuando estas aplicaciones requieren persistencia de datos, aparecen nuevos desafíos relacionados con disponibilidad, escalabilidad, rendimiento y recuperación ante fallos.

Aunque Kubernetes resuelve de forma eficiente la orquestación de contenedores, el almacenamiento continúa siendo uno de los componentes más críticos de cualquier plataforma. La pérdida de un nodo puede recuperarse fácilmente en una aplicación stateless, pero la pérdida de datos sigue siendo un problema de negocio.

Para abordar este reto han surgido diferentes soluciones de almacenamiento distribuido diseñadas para entornos cloud-native. Entre ellas destacan Longhorn, Portworx y Ceph. Todas buscan ofrecer almacenamiento persistente dentro de Kubernetes, pero existen diferencias significativas en capacidades, madurez y escalabilidad.

En este artículo se analizan las principales alternativas disponibles y se profundiza en Ceph, considerado por muchos como el estándar de facto del almacenamiento distribuido open source, así como en Rook, el operador que simplifica de forma notable su despliegue y operación sobre Kubernetes.

El reto del almacenamiento en Kubernetes

Kubernetes fue diseñado para ejecutar cargas de trabajo efímeras. Los pods pueden crearse, destruirse o moverse entre nodos de manera dinámica, un comportamiento que encaja especialmente bien con aplicaciones sin estado.

Sin embargo, bases de datos, sistemas de mensajería, plataformas analíticas o aplicaciones empresariales necesitan persistir información independientemente del ciclo de vida de los contenedores.

Para ello, Kubernetes incorpora conceptos como:

• Persistent Volumes (PV).
• Persistent Volume Claims (PVC).
• Storage Classes.
• CSI (Container Storage Interface).

Estos mecanismos permiten abstraer el almacenamiento físico, pero no resuelven por sí mismos problemas como:

• Replicación de datos.
• Alta disponibilidad.
• Recuperación ante fallos.
• Distribución geográfica.
• Escalado horizontal.
• Gestión del ciclo de vida del almacenamiento.

Es en este punto donde entran en juego las plataformas de almacenamiento distribuido.

Principales soluciones de almacenamiento distribuido para Kubernetes

El ecosistema cloud-native ofrece varias alternativas para proporcionar almacenamiento persistente en Kubernetes. La elección depende del tamaño del entorno, los requisitos operativos, el nivel de soporte necesario y la estrategia tecnológica de cada organización.

Longhorn

Longhorn, desarrollado originalmente por Rancher y actualmente bajo la CNCF, destaca por su simplicidad operativa. Su arquitectura está completamente integrada en Kubernetes y resulta especialmente atractiva para organizaciones que buscan una solución sencilla de desplegar y administrar.

Entre sus principales características destacan:

• Instalación simple.
• Interfaz gráfica integrada.
• Replicación automática de volúmenes.
• Snapshots y backups.
• Curva de aprendizaje reducida.

Longhorn es una opción adecuada para entornos pequeños o medianos donde la simplicidad operativa es una prioridad.

Portworx

Portworx es una solución comercial ampliamente utilizada en grandes organizaciones. Ofrece funcionalidades avanzadas orientadas a entornos empresariales, entre ellas:

• Disaster Recovery.
• Multi-cluster replication.
• Data migration.
• Data protection.
• Automatización avanzada.

Su principal inconveniente es el coste asociado al licenciamiento y la dependencia del fabricante.

Ceph

Ceph ocupa una posición diferente dentro del ecosistema. No nació como una solución específica para Kubernetes, sino como una plataforma de almacenamiento distribuido de propósito general capaz de proporcionar almacenamiento a escala masiva para centros de datos completos.

Esta aproximación le permite ofrecer capacidades que van mucho más allá de las necesidades habituales de un clúster Kubernetes.

Qué es Ceph

Ceph es una plataforma de almacenamiento distribuido open source diseñada para proporcionar almacenamiento altamente disponible, escalable y tolerante a fallos utilizando hardware estándar.

Su arquitectura elimina puntos únicos de fallo y distribuye automáticamente los datos entre múltiples nodos. Uno de los aspectos más relevantes de Ceph es que permite ofrecer simultáneamente tres tipos de almacenamiento.

Almacenamiento en bloques con RBD

Ceph RBD (RADOS Block Device) proporciona dispositivos de bloques distribuidos. Es el modelo más utilizado en Kubernetes para:

• Bases de datos.
• Aplicaciones empresariales.
• Máquinas virtuales.
• StatefulSets.

Desde la perspectiva de Kubernetes, funciona como cualquier volumen persistente tradicional.

Sistema de archivos distribuido con CephFS

CephFS permite que múltiples clientes accedan simultáneamente a los mismos datos mediante un sistema de archivos compartido. Resulta especialmente útil para:

• Aplicaciones compartidas.
• Sistemas de CI/CD.
• Plataformas de análisis.
• Cargas de trabajo que requieren acceso concurrente.

Almacenamiento de objetos con RGW

Ceph incluye un Object Gateway compatible con APIs S3 y Swift. Esto permite utilizar la misma plataforma para almacenar:

• Backups.
• Artefactos.
• Imágenes.
• Datos analíticos.
• Repositorios de objetos.

La capacidad de ofrecer estos tres modelos desde una única plataforma es una de las principales razones por las que Ceph se ha convertido en una referencia dentro del almacenamiento empresarial.

Qué es Rook y cómo simplifica Ceph en Kubernetes

Rook es un operador de Kubernetes diseñado para automatizar el despliegue, la configuración y la operación de plataformas de almacenamiento distribuido dentro del ecosistema cloud-native. Aunque soporta diferentes tecnologías, su integración con Ceph es actualmente la más madura y ampliamente adoptada.

Mediante el patrón Operator, Rook encapsula el conocimiento operativo necesario para gestionar un clúster de almacenamiento. De este modo, transforma tareas tradicionalmente complejas en recursos declarativos nativos de Kubernetes.

Gracias a esta aproximación, los equipos de plataforma pueden desplegar y administrar infraestructuras de almacenamiento utilizando manifiestos YAML y herramientas habituales del ecosistema, como GitOps, Argo CD o Flux. Así se mantiene un modelo operativo coherente con el resto de la plataforma Kubernetes.

Además de simplificar el despliegue inicial, Rook automatiza gran parte del ciclo de vida de la infraestructura de almacenamiento, incluyendo tareas de escalado, sustitución de nodos, gestión de capacidad y recuperación automática ante incidencias.

OpenShift Data Foundation como ejemplo empresarial

Un aspecto especialmente relevante es que esta misma arquitectura constituye la base de diversas soluciones empresariales. Un ejemplo destacado es OpenShift Data Foundation (ODF), la plataforma de almacenamiento de Red Hat para entornos OpenShift, que utiliza Rook y Ceph como componentes fundamentales.

Sobre esta base tecnológica, Red Hat añade capacidades de soporte empresarial, certificaciones, validaciones para entornos productivos, automatizaciones adicionales e integración avanzada con el ecosistema OpenShift.

Esto permite a las organizaciones adoptar una tecnología ampliamente utilizada en el ámbito open source y, al mismo tiempo, disponer de opciones comerciales respaldadas por fabricantes cuando los requisitos de soporte o cumplimiento normativo así lo requieren.

Ventajas de Ceph frente a otras soluciones

Aunque cada organización debe evaluar sus necesidades específicas, Ceph destaca especialmente en varios aspectos.

Escalabilidad

Puede crecer desde unos pocos nodos hasta infraestructuras de cientos de servidores sin cambios arquitectónicos significativos.

Flexibilidad

Proporciona almacenamiento de bloques, archivos y objetos desde una única plataforma.

Independencia del proveedor

Al ser open source, evita dependencias fuertes de fabricantes concretos.

Madurez

Cuenta con más de una década de adopción en producción en organizaciones de gran escala.

Ecosistema

Su integración con Kubernetes, OpenShift, OpenStack y otras plataformas es extremadamente sólida.

Cuándo elegir Ceph para Kubernetes

Antes de adoptar Ceph es importante considerar que se trata de una plataforma de almacenamiento completa y no únicamente de un provisionador de volúmenes para Kubernetes. Su potencia viene acompañada de una complejidad operativa superior a otras alternativas.

Por ello, es recomendable:

• Diseñar adecuadamente la infraestructura de red.
• Utilizar hardware homogéneo siempre que sea posible.
• Monitorizar la salud del clúster de forma continua.
• Automatizar la operación mediante Rook y GitOps.
• Formar a los equipos de plataforma en conceptos fundamentales de Ceph.

Cuando estas buenas prácticas se aplican correctamente, Ceph puede convertirse en una de las piezas más sólidas y estratégicas de una plataforma cloud-native.

Construya una plataforma de almacenamiento preparada para el crecimiento

El almacenamiento distribuido es uno de los pilares fundamentales de cualquier plataforma Kubernetes moderna. Elegir la tecnología adecuada impacta directamente en la disponibilidad, escalabilidad y resiliencia de las aplicaciones.

Ceph, combinado con Rook, proporciona una solución madura, flexible y ampliamente adoptada que permite construir infraestructuras cloud-native preparadas para crecer desde pequeños clústeres hasta plataformas empresariales de gran escala.

En Hopla! ayudamos a organizaciones a diseñar, desplegar y operar plataformas Kubernetes resilientes, incluyendo arquitecturas de almacenamiento distribuido basadas en Ceph, Rook y OpenShift Data Foundation. Si su empresa está evaluando cómo evolucionar su estrategia de almacenamiento cloud-native, podemos ayudarle a definir la solución más adecuada para su entorno.

Preguntas frecuentes

¿Su empresa necesita avanzar en almacenamiento distribuido sobre Kubernetes con un enfoque seguro, escalable y adaptado a sus objetivos?
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