一、Kubernetes 初识

1、Kubernetes介绍

• 官方对Kubernetes的定义

  Kubernetes（K8S）是用于自动部署、扩缩容和部署容器化应用的开源系统，是一个可移植的、可扩展的开源平台，用于管理容器化的工作负载和服务，可促进声明式配置和自动化。Kubernetes 拥有一个庞大且快速增长的生态系统。Kubernetes 的服务、支持和工具广泛可用。

• Kubernetes 能做什么?

  简单来说就是容器编排，容器是打包和运行应用程序的好方式。在生产环境中，您需要管理运行应用程序的容器，并确保不会停机。例如，如果一个容器发生故障，则需要启动另一个容器。

  Kubernetes就是提供了一个可弹性运行分布式系统的框架。Kubernetes 会满足定制的扩展要求、故障转移、部署模式等。

  • 服务发现和负载均衡
    Kubernetes 可以使用 DNS 名称或自己的 IP 地址公开容器，如果到容器的流量很大，Kubernetes 可以负载均衡并分配网络流量，从而使部署稳定。

  • 存储编排
    Kubernetes 允许您自动挂载您选择的存储系统，例如本地存储、公共云提供商等。

  • 自动部署和回滚
    您可以使用 Kubernetes 描述已部署容器的所需状态，它可以以受控的速率将实际状态更改为所需状态。例如，您可以自动化 Kubernetes 来为您的部署创建新容器，删除现有容器并将它们的所有资源用于新容器。

  • 自动二进制打包
    Kubernetes 允许您指定每个容器所需 CPU 和内存（RAM）。当容器指定了资源请求时，Kubernetes 可以做出更好的决策来管理容器的资源。

  • 自我修复
    Kubernetes 重新启动失败的容器、替换容器、杀死不响应用户定义的运行状况检查的容器，并且在准备好服务之前不将其通告给客户端。

  • 密钥与配置管理
    Kubernetes 允许您存储和管理敏感信息，例如密码、OAuth 令牌和 ssh 密钥。您可以在不重建容器镜像的情况下部署和更新密钥和应用程序配置，也无需在堆栈配置中暴露密钥。

    以上就是官方对 Kubernetes 的介绍，只截取了部分内容，需要详细了解更多的可以去官网查看。

2、Kubernetes核心组件与架构图

2.1 微观角度

从抽象的维护来看细节，Kubernetes 是对容器进行编排的，那么一切就从容器开始！

• Pod

  k8s不想直接操作container，因为操作container的事情是docker来做的，k8s中要有自己的最小操作单位，称之为 Pod

  • Pod就是一个或多个Container的组合

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• Service

  • 逻辑上的一组 Pod，有相同 Label 的Pod可以称为一个 service
    • Label就是一组键值对，比如app=login

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• ReplicaSet

  • ReplicaSet 确保任何时间都有指定数量的 Pod 副本在运行。

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• Deployments

  • 一个 Deployment 控制器为 Pods 和 ReplicaSets 提供描述性的更新方式。
  • 可以定义 Deployments 以创建新的 ReplicaSets

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2.2 宏观角度

从架构维度来看，Kubernetes有哪些组件构成。

• Node

  节点（Node）是执行工作的机器，以前叫做 minion。根据你的集群环境，节点可以是一个虚拟机或者物理机器。每个节点都包含用于运行 pods 的必要服务，并由主控组件管理。

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• 集群模式Node结构

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• Master组件

  • kube-apiserver
    • 主节点上负责提供 Kubernetes API 服务的组件；
    • 它是 Kubernetes 控制面的前端，用于接收 kubectl 传过来的请求。
  • etcd
    • etcd 是兼具一致性和高可用性的键值数据库，可以作为保存 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库。
  • kube-scheduler
    • 该组件监视那些新创建的未指定运行节点的 Pod，并按策略选择一个Node节点让 Pod 在上面运行。
  • kube-controller-manager
    • 在主节点上运行控制器的组件，kube-scheduler 选择节点后交由kube-controller-manager去执行请求。

• Node组件

  • kube-proxy
    • kube-proxy 是集群中每个节点上运行的网络代理，接收由kube-controller-manager发过来的请求。
  • kubelet
    • 一个在集群中每个节点上运行的代理。它保证容器都运行在 Pod 中。
    • kubelet 不会管理不是由 Kubernetes 创建的容器。
    • kube-proxy接收请求后交由kubelet去执行。
  • 容器运行环境(Container Runtime)
    • 容器运行环境是负责运行容器的软件，也就是Docker Engine。

• 插件

  • DNS
    • 集群 DNS 还是一个 DNS 服务器，为Kubernetes 服务提供DNS记录，和部署环境中的其他 DNS 服务器一起工作。
    • 用于根据容器名称解析出ip地址等。
  • 用户界面(Dashboard)
    • Dashboard 是 Kubernetes 集群的通用基于 Web 的 UI。它使用户可以管理集群中运行的应用程序以及集群本身并进行故障排除。

• 其他

  • 认证/授权
    • 客户端通过kubectl访问 K8s时，集群入口需要有一个认证，因为不是所有拥有kubectl的客户端都可以连接K8s的。

• 请求流程

  • 要有一个操作集群的客户端，也就是和集群打交道
    • kubectl
  • 请求肯定是到达Master Node，然后再分配给Worker Node创建Pod之类的，命令通过kubectl过来之后，还要要认证授权一下
  • 请求过来之后，Master Node中谁来接收？
    • kube-apiserver
  • kube-apiserver 收到请求之后，接下来调用哪个Worker Node创建Pod，Container之类的，要有调度策略
    • kube-scheduler
  • kube-scheduler 通过不同的策略，真正要分发请求到不同的Worker Node上创建内容，具体谁负责？
    • kube-controller-manager
  • 请求过来Worker Node中谁来接收？
    • kube-proxy
  • kube-proxy接收到创建请求之后，谁来处理请求？
    • Kubelet
  • 最终Kubelet会调用Docker Engine，创建对应的容器
    • 这边也反应出一点，在Node上需要有Docker Engine，不然怎么创建维护容器？
  • 会不会涉及到域名解析的问题？
    • DNS
  • 是否需要有监控面板能够监测整个集群的状态？
    • Dashboard
  • 集群中这些数据如何保存？分布式存储
    • ETCD

• 架构图

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• 官方架构图

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本章只介绍一下 Kubernetes 的定义与其组件，在下一章中将会采用不同的方式搭建 Kubernetes 集群。