k8s系列1之--概念

Kubernetes是Google 2014年创建管理的，是Google 10多年大规模容器管理技术Borg的开源版本。它是容器集群管理系统，是一个开源的平台，可以实现容器集群的自动化部署、自动扩缩容、维护等功能。

通过Kubernetes你可以：

• 快速部署应用
• 快速扩展应用
• 无缝对接新的应用功能
• 节省资源，优化硬件资源的使用

Kubernetes 特点:

• 可移植: 支持公有云，私有云，混合云，多重云（multi-cloud）
• 可扩展: 模块化, 插件化, 可挂载, 可组合
• 自动化: 自动部署，自动重启，自动复制，自动伸缩/扩展

K8s总体架构

K8s集群由两节点组成：Master和Node。在Master上运行etcd,Api Server,Controller Manager和Scheduler四个组件。后三个组件构成了K8s的总控中心，负责对集群中所有资源进行管控和调度.在每个node上运行kubectl,proxy和docker daemon三个组件,负责对节点上的Pod的生命周期进行管理，以及实现服务代理的功能。另外所有节点上都可以运行kubectl命令行工具。

API Server作为集群的核心，负责集群各功能模块之间的通信。集群内的功能模块通过Api Server将信息存入到etcd,其他模块通过Api Server读取这些信息，从而实现模块之间的信息交互。Node节点上的Kubelet每隔一个时间周期，通过Api Server报告自身状态，Api Server接收到这些信息后，将节点信息保存到etcd中。Controller Manager中 的node controller通过Api server定期读取这些节点状态信息，并做响应处理。Scheduler监听到某个Pod创建的信息后，检索所有符合该pod要求的节点列表，并将pod绑定到节点列表中最符合要求的节点上。如果scheduler监听到某个Pod被删除，则调用api server删除该Pod资源对象。kubelet监听pod信息，如果监听到pod对象被删除，则删除本节点上的相应的pod实例，如果监听到修改Pod信息，则会相应地修改本节点的Pod实例。

 

 

为什么要用k8s(优缺点)

k8s是一个开源的容器集群管理系统，可以实现容器集群的自动化部署、自动扩缩容、维护等功能。

1、故障迁移：当某一个node节点关机或挂掉后，node节点上的服务会自动转移到另一个node节点上，这个过程所有服务不中断。这是docker或普通云主机是不能做到的

2、资源调度：当node节点上的cpu、内存不够用的时候，可以扩充node节点，新建的pod就会被kube-schedule调度到新扩充的node节点上

3、资源隔离：创建开发、运维、测试三个命名空间，切换上下文后，开发人员就只能看到开发命名空间的所有pod，看不到运维命名空间的pod，这样就不会造成影响，互不干扰

     传统的主机或只有docker环境中，登录进去就会看到所有的服务或者容器

4、因为采用docker容器，进程之间互不影响，

5、安全：不同角色有不同的权限，查看pod、删除pod等操作；RBAC认证增加了k8s的安全

 快速精准地部署应用程序

• 限制硬件用量仅为所需资源

Kubernetes 的优势

•   可移动: 公有云、私有云、混合云、多态云
•   可扩展: 模块化、插件化、可挂载、可组合
•   自修复: 自动部署、自动重启、自动复制、自动伸缩

负载均衡

    k8s可以更快的更新新版本，打包应用，更新的时候可以做到不用中断服务，服务器故障不用停机，从开发环境到测试环境到生产环境的迁移极其方便，一个配置文件搞定，一次生成image，到处运行。。。

 

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；
• 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（CVI）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；

除了核心组件，还有一些推荐的Add-ons：

 

Node

Node节点是K8s集群中的工作负载节点，当某个Node宕机时，其上的工作负载会被Master自动转移到其他节点上。

Node节点运行着以下一组关键过程：

 

Pod

Pod是Kubernetes创建或部署的最小/最简单的基本单位，一个Pod代表集群上正在运行的一个进程。

一个Pod封装一个应用容器（也可以有多个容器），存储资源、一个独立的网络IP以及管理控制容器运行方式的策略选项。Pod代表部署的一个单位：Kubernetes中单个应用的实例，它可能由单个容器或多个容器共享组成的资源。

Pods提供两种共享资源：网络和存储。

网络

每个Pod被分配一个独立的IP地址，Pod中的每个容器共享网络命名空间，包括IP地址和网络端口。Pod内的容器可以使用localhost相互通信。当Pod中的容器与Pod 外部通信时，他们必须协调如何使用共享网络资源（如端口）。

存储

Pod可以指定一组共享存储volumes。Pod中的所有容器都可以访问共享volumes，允许这些容器共享数据。volumes 还用于Pod中的数据持久化，以防其中一个容器需要重新启动而丢失数据。

Pod、容器与Node的关系如下图所示:

 

Pod生命周期：

Pod 的 status 定义在 PodStatus 对象中，其中有一个 phase 字段。

下面是 phase 可能的值：

• 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
• Federation提供跨可用区的集群
• Fluentd-elasticsearch提供集群日志采集、存储与查询

• k8s基本概念和术语

  Master

  Master是集群的控制节点，每个K8s集群里需要有一个Master节点来负责整个集群的管理和控制。基本上k8s的所有控制命令都发给它，它来负责整个具体的执行过程。Master节点通常占据一个独立的服务器（高可用部署建议3台服务器）。

  Master节点运行着以下一组关键过程：

• API Server：集群控制的入口进程。
• k8s Controller Manager：K8s里所有资源对象的自动化控制中心
• K8s Scheduler:负责资源调度的进程。
• etcd:所有资源对象的数据全部保存在etcd。
• kubelet: 负责Pod对应容器的创建、启停等任务。
• kube-proxy: 实现k8s service的通信和负载均衡机制的重要组件。
• 挂起（Pending）：Pod 已被 Kubernetes 系统接受，但有一个或者多个容器镜像尚未创建。等待时间包括调度 Pod 的时间和通过网络下载镜像的时间，这可能需要花点时间。
• 运行中（Running）：该 Pod 已经绑定到了一个节点上，Pod 中所有的容器都已被创建。至少有一个容器正在运行，或者正处于启动或重启状态。
• 成功（Succeeded）：Pod 中的所有容器都被成功终止，并且不会再重启。
• 失败（Failed）：Pod 中的所有容器都已终止了，并且至少有一个容器是因为失败终止。也就是说，容器以非0状态退出或者被系统终止。
• 未知（Unknown）：因为某些原因无法取得 Pod 的状态，通常是因为与 Pod 所在主机通信失败。

Labels

Labels其实就一对 key/value ，其中key与value由用户自己指定。Label可以附加到各种资源对象上。例如Node、Pod、Service、RC等，一个资源对象可以定义任意数量的Label。

我们可以给指定的资源对象捆绑一个或多个不同的Label来实现多维度的资源分组管理功能，以便于灵活、方便地进行资源分配、调度、配置、部署等管理工作。一些常用的Label示例：

• 版本标签：“release”,"stable"...
• 环境标签: "dev","pro"...

ReplicationController

RC是K8s系统中的核心概念之一，简单来说，它其实定义了一个期望的场景。即声明某种Pod的副本数量在任意时刻都符合某个预期值。RC包括以下几个部分：

• Pod期待的副本数
• 用于筛选目标Pod的Label Selector。
• 当Pod的副本数量小于预期数量时，用于创建新的Pod模板（template）

当我们定义了一个RC并提交到了K8s集群以后，Master几点上的Controller Manager组件就得到通知，定时巡检系统中目前存活的目标Pod,并且确保目标Pod实例的数量刚好等于此RC的期望值。如果有过多的副本在运行，系统就会停掉一些Pod,否则系统就会再自动创建一些Pod。

Deployment

Deployment是V1.2引入的新概念，引入的目的是为了更好地解决Pod的编排问题。为此Deployment在内部使用了Replica Set来实现目的。Deployment相对于RC的一个最大升级是我们可以随时知道当前Pod部署的进度。

Deployment的使用场景：

• 创建一个Deployment对象来生成对应的Replica Set并完成Pod副本的创建过程。
• 检查Deployment的状态来看部署动作是否完成。
• 更新Deployment以创建新的Pod(比如镜像升级)
• 如果当前的Deployment不稳定，则回滚到早先的Deployment版本
• 拓展Deployment以应对高负载。
• 清理不在需要的旧版本ReplicaSets。

Service

Kubernetes Pod 是有生命周期的，它们可以被创建，也可以被销毁，然而一旦被销毁生命就永远结束。如果有一组Pod组成一个集群来提供服务，那么如何来访问他们呢？

一个Service可以看成一组提供相同服务的Pod的对外访问接口。

Pod的Ip地址和Service的Cluster IP地址：

Pod的Ip地址是Docker Daemon根据docker0网桥的Ip地址段进行分配的，但Service的Cluster IP地址是k8s系统中的虚拟IP地址。Service的Cluster IP地址相对于Pod的IP地址来说相对稳定。

外部访问Service

由于Service对象在Cluster IP Range池中分配的IP地址只能在内部访问，所以其他Pod都可以无障碍地访问它。

K8s提供两种对外提供服务的Service的Type定义：Nodeport和LoadBalance

1)Nodeport

apiVersion: v1kind: Servicemetadata:  labels:    name: hello  name: hellospec:  type: NodePort  ports:  - port: 8080    nodePort: 30008  selector:    name: hello

假设有3个hello Pod运行在3个不同的Node上，客户端访问其中任意一个Node都可以访问到这个服务。

2)LoadBalance

kind: ServiceapiVersion: v1metadata:  name: my-servicespec:  selector:    app: MyApp  ports:    - protocol: TCP      port: 80      targetPort: 9376      nodePort: 30061  clusterIP: 10.0.171.239  loadBalancerIP: 78.11.24.19  type: LoadBalancerstatus:  loadBalancer:    ingress:      - ip: 146.148.47.155

status.loadBalancer.ingress.ip设置的146.148.47.155为云提供商提供的负载均衡器的IP地址，

Volume

默认情况下容器中的磁盘文件是非持久化的，对于运行在容器中的应用来说面临两个问题，第一：当容器挂掉kubelet将重启启动它时，文件将会丢失；第二：当Pod中同时运行多个容器，容器之间需要共享文件时。Kubernetes的Volume解决了这两个问题。

在Docker中也有一个docker Volume的概念 ，Docker的Volume只是磁盘中的一个目录，生命周期不受管理。Kubernetes Volume具有明确的生命周期 - 与pod相同。在容器重新启动时能可以保留数据，当然，当Pod被删除不存在时，Volume也将消失。注意，Kubernetes支持许多类型的Volume，一个Pod可以同时使用任意类型/数量的Volume。

Kubernetes支持Volume类型有：

• emptyDir 使用emptyDir，当Pod分配到Node上时，将会创建emptyDir，并且只要Node上的Pod一直运行，Volume就会一直存。当Pod（不管任何原因）从Node上被删除时，emptyDir也同时会删除，存储的数据也将永久删除。注：删除容器不影响emptyDir。

示例：

apiVersion: v1kind: Podmetadata:  name: test-pdspec:  containers:  - image: gcr.io/google_containers/test-webserver    name: test-container    volumeMounts:    - mountPath: /cache      name: cache-volume  volumes:  - name: cache-volume    emptyDir: {}

• hostPath hostPath允许挂载Node上的文件系统到Pod里面去。如果Pod需要使用Node上的文件，可以使用hostPath。示例:

apiVersion: v1kind: Podmetadata:  name: test-pdspec:  containers:  - image: gcr.io/google_containers/test-webserver    name: test-container    volumeMounts:    - mountPath: /test-pd      name: test-volume  volumes:  - name: test-volume    hostPath:      # directory location on host      path: /data

Namespace

Namespace是K8s系统中非常重要的概念，通过将系统内部的对象“分配”到不同Namespace。K8s集群在启动后，会创建一个名为“default”的Namespace。

创建一个名为redis-master的Pod,放入到redis-namespace这个Namespace里。示例：

apiVersion: v1kind: Podmetadata:  name: redis-master  namespace: redis-namespacespec: