Kubernetes(一)

       Kubernetes(https://github.com/kubernetes/kubernetes)是Google公司团队于2014年基于内部集群管理系统Borg开源发起并维护的开源容器集群管理系统，为容器化的应用提供了资源调度、部署运行、服务发现、扩容以及缩容等一整套功能，它基于Go语言实现，支持如Docker等容器技术，使用它，用户可以轻松搭建和管理一个私有容器云。

      技术优势：

      1. 优秀的API设计，以及简洁高效的架构设计，主要组件个数很少，彼此之间通过接口调用

      2. 基于微服务模式的多层资源抽象模型，兼顾灵活性与可操作性，提出的Pod模型被许多平台借鉴

      3. 可扩展性好，模块化容易替换，伸缩能力极佳，1.2.0版本单集群支持1000个节点，同时运行30000个Pods

      4. 自动化程度高，真正实现"所得即所需"，用户通过模板声明服务后，生命周期都是自动化管理(Kebernetes可以说是一个高度自动化的资源控制系统，它通过跟踪对比etcd库里保存的“资源期望状态”与当前环境中的“实际资源状态”的差异来实现自动控制和自动纠错的高级功能)

      5. 部署支持多种环境，包括虚拟机、逻辑部署，还很好地支持常见云平台，包括AWS、GCE等

      6. 支持丰富的运维工具，方便用户对集群进行性能测试，问题检查和状态监控

      7. 自带控制台、客户端命令等工具，允许用户通过多种方式与Kubernetes集群进行交互

 

      Kubernetes有三大核心概念：

      1.集群组件

         集群由使用Kubernets组件管理的一组节点组成，这些节点提供了容器资源池供用户使用，主要由管理组件(Master)和工作节点(Node)组件构成。Kubernetes集群的主要任务始终围绕着应用的生命周期。通过将不同资源进行不同层次的抽象，Kubernetes提供了灵活可靠的生命周期管理。

        Master组件

        提供所有与管理相关的操作，例如调度、监控、支持对资源的操作等，它会通过Node、Controller来定期检查所管理的Node资源的健康状况，完成Node的生命周期管理。在Master节点上运行着集群管理相关的一组进程kube-apiserver、kube-controller-manager、和kube-scheduler，这些进程实现了整个集群的资源管理、Pod调度、弹性伸缩、安全控制、系统监控等功能。

        Node节点组件

        实际工作的计算实例(在1.1版本之前称为Minion)，可以是虚拟机或物理机器，是Kubernetes集群中的工作负载节点，在创建Kubernetes集群过程中，都要预装一些必要的软件来响应Master的管理。在Node节点上，Kubernetes管理的最小运行单元是Pod，其上运行着kubelet、kube-proxy服务进程以及docker引擎，这些服务进程负责Pod的创建、启动、监控、重启等功能。

        执行命令可查看集群中的Node数量: kubectl get nodes

        执行命令可查看Node的详细信息:    kubectl describe node {node_name}

       (目前Node的配置还只能通过人工手动进行，未来可以支持通过Master来自动配置)

       Node节点有如下几个重要属性：

      - 地址信息

        包括：

     - 主机名(HostName): 节点所在系统的主机别名，基本不会用到

    - 外部地址(ExternalIP): 集群外部客户端可以通过该地址访问到的节点

    - 内部地址(InternalIP): 集群内可访问的地址，外部往往无法通过该地址访问节点

    - 阶段状态

       包括：

    - 待定(Pending):新创建节点，还未就绪状态，需要进一步的配置

    - 运行中(Running): 正常运行中的节点，可被分配Pod，会定期汇报运行状态消息

    - 终止(Terminated): 节点已经停止，处于不可用状态，判断条件为5分钟内未收到运行状态消息

    - 资源容量

    包括常见操作系统资源，如CPU、内存、最多存放的Pod个数等

    - 节点信息

    包括操作系统内核信息、Kubernets版本信息、Docker引擎版本信息等，会由kubelet定期汇报

 

     2.资源抽象

      每个资源都是一个REST对象，通过API进行操作，通过JSON/YAML格式的模板文件进行定义，在Kubernetes代码包的example目录下自带了很好的示例模板文件，应多参考。

主要包括:

2.1 容器组(Pod): 由位于同一节点上若干容器组成，彼此共享网络命名空间和存储卷(Volume)。Pod是Kubernetes中进行管理的最小资源单位，是最为基础的概念。跟容器类似，Pod是短暂的，随时可变的；

2.2 服务(Service): 若干(往往是同类型的)Pod形成的对外提供某个功能的抽象，不随Pod改变而变化，带有唯一固定的访问路径，如IP地址或者域名。

2.3 复制控制器(Replication Controller): 负责启动Pod，并维护其健康运行的状态。是用户管理Pod的句柄。

2.4 部署(Deployment): 创建Pod，并可根据参数自动创建管理Pod的复制控制器，并且支持升级。1.2.0版本引入提供比复制控制器更方便的操作。

2.5 横向Pod扩展器(Horizontal Pod Autoscaler, HPA): 类似云里面的自动扩展组，根据Pod的使用率(类似CPU)自动调整一个部署里面Pod的个数，保障服务可用性

 

     3. 辅助概念

3.1 注解(Annotation): 键值对，可以存放大量任意数据，一般用来添加对资源对象的详细说明，可供其他工具处理

3.2 标签(Label): 键值对，可以标记到资源对象上，用来对资源进行分类和筛选

3.3 名字(Name): 用户提供给资源的别名，同类资源不能重名

3.4 命名空间(Namespace): 这里是指资源的空间，避免不同租户的资源发生命名冲突，另外可以进行资源限额

3.5 持久卷(Persistent Volume): 类似于Docker中的数据卷的概念，就是一个数据目录，Pod对其有访问权限。

3.6 秘密数据(Secret): 存放敏感数据，例如用户认证的口令

3.7 选择器(Selector): 基于标签概念的一个正则表达式，可通过标签来筛选出一组资源

3.8 Daemon集(DaemonSet): 确保节点上肯定运行某个Pod，一般用来采集日志和监控节点

3.9 任务(Job): 确保给定数目的Pod正常退出(完成了任务)

3.10 入口资源(Ingress Resource): 用来提供七层代理服务

3.11 资源限额(Resource Quotas): 用来限制某个命名空间下对资源的使用，开始逐渐提供多租户支持

3.12 安全上下文(Security Context): 应用到容器上的系统安全配置，包括uid、gid、capabilities、SELinux角色等

3.13 服务账号(Service Accounts): 操作资源的用户账号

 

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安装使用Kubernetes

1、关闭Centos自带的防火墙服务(实际测试，可以不需要关闭firewall，建议保留运行)

     systemctl disable firewalld

     systemctl stop firewalld

2、安装etcd和Kubernetes

     yum install -y etcd kubernetes

安装完成后需要进行如下配置:

//

3. 按如下顺序启动:

这样，就安装启动完成了一个单机版的Kubernetes集群搭建。

4、新建一个mysql的pod

准备，因为会自动下载pause容器，可能会遇到国外网络限制，无法从gcr.io拉取pause0.8.0的镜像。那么很简单，就找个可用的镜像拉取即可。 
docker pull docker.io/kubernetes/pause

然后新建mysql-rc.yaml文件，内容如下：

说明：

metadata:

name: mysql ---> RC的名称，全局唯一性！！

replicas: 1 ---> Pod副本的期待的数量

selector:

app: mysql ---> 符合目标的Pod拥有此标签

template: ---> 根据此模板创建Pod

metadata:

labels:

app: mysql ---> Pod副本拥有的标签，对应RC的Selector

spec:

contiainers: ---> Pod容器的定义部分

- name: mysql

从上面可以看到，在一个RC定义文件中，包含如下3个关键信息：

1. 目标Pod的定义

2. 目标Pod需要运行的副本数量(Replicas)

3. 要监控的目标Pod的标签(Label)

执行如下命令，把它发布到Kubernetes集群中，在Master节点执行命令(这里就是同一台机器):

可以查看刚刚创建的RC和pod的情况：

等了几分钟，不对路，还是状态"ContainerCreating"，看看其状态：（kubectl describe pod mysql-1qkm1）

出现如上错误，安装缺少的包( sudo yum install *rhsm* )，删除Pod后( kubectl delete -f mysql-rc.yml )，再次创建，稍等片刻，成功了：

看看运行的docker容器:

可以看到，提供MySQL服务的Pod容器已经创建好在运行了，另外，还多了一个容器，这是来自谷歌的pause容器，这是Pod的“根容器”。

 

5、创建好POD后，接下来创建与之关联的Service----MYSQL的定义文件，名称: mysql-svc.yaml：

创建service:

可以发现，mysql服务被分配了一个10.254.59.106的集群IP地址，它是一个虚地址，随后，Kubernetes集群中其他新创建的Pod就可以通过Service的集群IP+端口号3306来连接访问它了。

注意：

通常情况，集群Ip(Cluster IP)是在Service创建后由Kubernetes系统自动分配的，其他Pod无法预先知道某个Service的Cluster IP地址，因此需要一个服务发现机制来找到这个服务，对这个问题，Kubernetes利用Linux的环境变量来处理，根据Service的唯一名字，容器可以从环境变量中获取到Service对应的Cluster IP地址和端口，从而进行连接访问。

 

6、数据容器弄好了，现在来创建应用层，这里基于tomcat容器

上面的配置文件这里，tomcat容器内，依赖环境变量MYSQL_SERVICE_HOST值去连接MYSQL，更安全应该是使用服务的名称"mysql"，配置文件可更改如下，这里就先不更改了:

另外，这里依赖于镜像kubeguide/tomcat-app:v1，为了提高创建速度，先下载该镜像：

参考:https://hub.docker.com/r/kubeguide/tomcat-app/

然后创建RC，因为在配置文件指定了两个副本，所以，这里有2个Pod:

接着，创建对应myweb的Service，文件为myweb-svc.yaml:

这里设置该Service开启了NodePort方式的外网访问模式，并映射宿主机的3001端口到8085端口

创建Service:

启动完成。

 

7、验证

测试发现，8085端口不行，因为用tomcat的默认的镜像，所以，需要修改回其默认的8080端口，修改myweb-rc.yaml和myweb-svc.yaml的8085为8080，这里就不修改截图了，删除重新创建即可：

 

8、通过这个流程，可以发现，基于Kubernetes搭建容器集群很方便，准备好镜像，然后通过配置文件描述好其关系就行了。