Kubernetes 介绍基本概念

简介

首先，他是一个全新的基于容器技术的分布式架构领先方案。Kubernetes(k8s)是Google开源的容器集群管理系统（谷歌内部:Borg）。在Docker技术的基础上，为容器化的应用提供部署运行、资源调度、服务发现和动态伸缩等一系列完整功能，提高了大规模容器集群管理的便捷性。
　　Kubernetes是一个完备的分布式系统支撑平台，具有完备的集群管理能力，多扩多层次的安全防护和准入机制、多租户应用支撑能力、透明的服务注册和发现机制、內建智能负载均衡器、强大的故障发现和自我修复能力、服务滚动升级和在线扩容能力、可扩展的资源自动调度机制以及多粒度的资源配额管理能力。同时Kubernetes提供完善的管理工具，涵盖了包括开发、部署测试、运维监控在内的各个环节。

集群

集群是一组节点，这些节点可以是物理服务器或者虚拟机，在他上面安装了Kubernetes环境。

Master

负责管理集群。 master 协调集群中的所有活动，例如调度应用程序、维护应用程序的所需状态、扩展应用程序和滚动更新。
节点是 Kubernetes 集群中的工作机器，可以是物理机或虚拟机。 每个工作节点都有一个 kubelet，它是管理节点并与 Kubernetes Master 节点进行通信的代理。节点上还应具有处理容器操作的容器运行时，例如 Docker 或 rkt。一个 Kubernetes 工作集群至少有三个节点。
Master 管理集群，而 节点 用于托管正在运行的应用程序。
当您在 Kubernetes 上部署应用程序时，您可以告诉 master 启动应用程序容器。Master 调度容器在集群的节点上运行。 节点使用 Master 公开的 Kubernetes API 与 Master 通信。用户也可以直接使用 Kubernetes 的 API 与集群交互。

Pod

Pod是一组紧密关联的容器集合，它们共享PID、IPC、Network和UTS namespace，是Kubernetes调度的基本单位。Pod的设计理念是支持多个容器在一个Pod中共享网络和文件系统，可以通过进程间通信和文件共享这种简单高效的方式组合完成服务。

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在Kubernetes中，所有对象都使用manifest（yaml或json）来定义，比如一个简单的nginx服务可以定义为nginx.yaml，它包含一个镜像为nginx的容器：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: nginx
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx
ports:
- containerPort: 80

Label

Label是识别Kubernetes对象的标签，以key/value的方式附加到对象上（key最长不能超过63字节，value可以为空，也可以是不超过253字节的字符串）。
Label不提供唯一性，并且实际上经常是很多对象（如Pods）都使用相同的label来标志具体的应用。
Label定义好后其他对象可以使用Label Selector来选择一组相同label的对象（比如Service用label来选择一组Pod）。Label Selector支持以下几种方式：

• 等式，如app=nginx和env!=production
• 集合，如env in (production, qa)
• 多个label（它们之间是AND关系），如app=nginx,env=test

Namespace

Namespace是对一组资源和对象的抽象集合，比如可以用来将系统内部的对象划分为不同的项目组或用户组。常见的pods, services,和deployments等都是属于某一个namespace的（默认是default），而 Node, PersistentVolumes等则不属于任何namespace。

Deployment

否手动创建Pod，如果想要创建同一个容器的多份拷贝，需要一个个分别创建出来么，能否将Pods划到逻辑组里？

Deployment确保任意时间都有指定数量的Pod“副本”在运行。如果为某个Pod创建了Deployment并且指定3个副本，它会创建3个Pod，并且持续监控它们。如果某个Pod不响应，那么Deployment会替换它，保持总数为3.

如果之前不响应的Pod恢复了，现在就有4个Pod了，那么Deployment会将其中一个终止保持总数为3。如果在运行中将副本总数改为5，Deployment会立刻启动2个新Pod，保证总数为5。Deployment还支持回滚和滚动升级。

当创建Deployment时，需要指定两个东西：

• Pod模板：用来创建Pod副本的模板
• Label标签：Deployment需要监控的Pod的标签。
  现在已经创建了Pod的一些副本，那么在这些副本上如何均衡负载呢？我们需要的是Service。

Service

Service是应用服务的抽象，通过labels为应用提供负载均衡和服务发现。匹配labels的Pod IP和端口列表组成endpoints，由kube-proxy负责将服务IP负载均衡到这些endpoints上。
每个Service都会自动分配一个cluster IP（仅在集群内部可访问的虚拟地址）和DNS名，其他容器可以通过该地址或DNS来访问服务，而不需要了解后端容器的运行。

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基本概念与组件

Kubernetes中的绝大部分概念都抽象成Kubernetes管理的一种资源对象，一些资源对象：

• Master：Master节点是Kubernetes集群的控制节点，负责整个集群的管理和控制。Master节点上包含以下组件：

• kube-apiserver：集群控制的入口，提供HTTP REST服务

• kube-controller-manager：Kubernetes集群中所有资源对象的自动化控制中心

• kube-scheduler：负责Pod的调度

• Node： Node节点是Kubernetes集群中的工作节点，Node上的工作负载由Master节点分配，工作负载主要是运行容器应用。Node节点上包含以下组件：
  kubelet：负责Pod的创建、启动、监控、重启、销毁等工作，同时与Master节点协作，实现集群管理的基本功能。

• kube-proxy：实现Kubernetes Service的通信和负载均衡
  运行容器化(Pod)应用

• Pod: Pod是Kubernetes最基本的部署调度单元。每个Pod可以由一个或多个业务容器和一个根容器(Pause容器)组成。一个Pod表示某个应用的一个实例

• ReplicaSet：是Pod副本的抽象，用于解决Pod的扩容和伸缩

• Deployment：Deployment表示部署，在内部使用ReplicaSet来实现。可以通过Deployment来生成相应的ReplicaSet完成Pod副本的创建

• Service：Service是Kubernetes最重要的资源对象。Kubernetes中的Service对象可以对应微服务架构中的微服务。Service定义了服务的访问入口，服务的调用者通过这个地址访问Service后端的Pod副本实例。 Service通过Label Selector同后端的Pod副本建立关系，Deployment保证后端Pod副本的数量，也就是保证服务的伸缩性。
  

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• Kubernetes * 主要由以下几个核心组件组成:

• etcd 保存了整个集群的状态，就是一个数据库；

• apiserver 提供了资源操作的唯一入口，并提供认证、授权、访问控制、API 注册和发现等机制；

• controller manager 负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等；

• scheduler 负责资源的调度，按照预定的调度策略将 Pod 调度到相应的机器上；

• kubelet 负责维护容器的生命周期，同时也负责 Volume（CSI）和网络（CNI）的管理；

• Container runtime 负责镜像管理以及 Pod 和容器的真正运行（CRI）；

• kube-proxy 负责为 Service 提供 cluster 内部的服务发现和负载均衡；

当然了除了上面的这些核心组件，还有一些推荐的插件：

• kube-dns 负责为整个集群提供 DNS 服务
• Ingress Controller 为服务提供外网入口
• Heapster 提供资源监控
• Dashboard 提供 GUI

组件通信
Kubernetes 多组件之间的通信原理为

• apiserver 负责 etcd 存储的所有操作，且只有 apiserver 才直接操作 etcd 集群
• apiserver 对内（集群中的其他组件）和对外（用户）提供统一的 REST API，其他组件均通过 apiserver 进行通信
  controller manager、scheduler、kube-proxy 和 kubelet 等均通过 apiserver watch API 监测资源变化情况，并对资源作相应的操作
  所有需要更新资源状态的操作均通过 apiserver 的 REST API 进行
• apiserver 也会直接调用 kubelet API（如 logs, exec, attach 等），默认不校验 kubelet 证书，但可以通过 –kubelet-certificate-authority 开启（而 GKE 通过 SSH 隧道保护它们之间的通信）

比如最典型的创建 Pod 的流程：

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用户通过 REST API 创建一个 Pod

• apiserver 将其写入 etcd
• scheduluer 检测到未绑定 Node 的 Pod，开始调度并更新 Pod 的 Node 绑定
• kubelet 检测到有新的 Pod 调度过来，通过 container runtime 运行该 Pod
• kubelet 通过 container runtime 取到 Pod 状态，并更新到 apiserver 中