K8S原理剖析：云原生技术的前世今生

大纲

• CNCF云原生介绍
• 容器技术发展介绍
• Kubernetes技术架构

CNCF云原生介绍

CNCF ToC: CNCF Cloud Native Definition v1.0

云原生技术有利于各组织在公有云、私有云和混合云等新型动态环境中，构建
和运行可弹性扩展的应用。云原生的代表技术包括容器、 服务网格、 微服务、
不可变基础设施和声明式API。

这些技术能够构建容错性好、易于管理和便于观察的松耦合系统。结合可靠的
自动化手段，云原生技术使工程师能够轻松地对系统作出频繁和可预测的重大
变更。

云原生计算基金会（ CNCF）致力于培育和维护一个厂商中立的开源生态系统，
来推广云原生技术。我们通过将最前沿的模式民主化，让这些创新为大众所用。

云计算的发展历程

“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。这种特性经常被称为像水电一样使用IT基础设施。

云计算的发展历程

云计算伴随云原生技术步入新时代

云计算伴随云原生技术步入新时代

容器是云原生技术发展的第一波热潮

容器是云原生技术发展的第一波热潮

容器服务的目标就是打造Cloud Native应用的运行环境

容器服务的目标就是打造Cloud Native应用的运行环境

CNCF当前项目介绍

CNCF当前项目介绍

CNCF当前项目介绍

CNCF当前项目介绍

容器技术发展介绍

容器技术发展历史

容器虚拟化（ LXC） :提供应用隔离运行的能力；
Docker：基于容器提供统一的应用分发平台

容器技术发展历史

容器的三大好处， 为应用而生

容器的三大好处， 为应用而生

Docker – Build, Ship, and Run Any App, Anywhere

Docker – Build, Ship, and Run Any App, Anywhere

 

容器底层关键技术 - Linux Cgroup

Docker使用Linux Cgroup技术来实现容器实例的资源管理

cgroup子系统	资源管理	对应的docker接口
memory	限制cgroup中的任务所能使用的内存上限	-m --memory-swap --memory-reservation --kernal-memory --oom-kill-disable --memory-swappiniss
cpu	使用调度程序提供对CPU的cgoup任务访问	-c --cpu-period --cpu-quota
Cpuset	为cgroup中的任务分配独立CPU和内存节点	--cpuset-cpus --cpuset-mems
Blkio	为块设备设定输入/输出限制	--blkio-weight --blkio-weight-device --device-read-bps --device-write-bps --device-read-iops --device-write-iops

容器底层关键技术 - Linux Namespace

Docker使用linux namespace技术来实现容器实例间的资源隔离

Namespace	系统调用参数	隔离内容
PID namespace	CLONE_NEWPID	隔离不同用户的进程，不同的namespace中可以有相同的pid。 允许嵌套，可以方便实现docker in docker
UTS namespace	CLONE_NEWUTS	允许每个容器拥有独立的hostname和domain name，使其在网络上可 以被视为独立的节点。
IPC namespace	CLONE_NEWIPC	保证容器间的进程交互，进行信号量、消息队列和共享内存的隔离。
Network namespace	CLONE_NEWNET	实现网络隔离，每个net namespace有独立的network devices、 ip addresses、 ip routing tables、 /proc/net目录。
Mount namespace	CLONE_NEWNS	隔离不同namespace的进程看到的目录结构，每个namespace的容器在 /proc/mounts的信息只包含所在namespace的mount point。
User namespace	CLONE_NEWUSER	允许每个容器可以有不同的user和group id

容器底层关键技术 – 联合文件系统

容器底层关键技术 – 联合文件系统

概念：一个基于文件的接口，通过把一组目录交错起来，形成一个单一视图。
优点：
1、多个容器可以共享image存储，节省存储空间；
2、部署多个容器时， base image可以避免多次拷贝，实现快速部署；

Docker目前支持的联合文件系统种类包括devicemapper、 overlay2、 aufs、 btrfs、 vfs和

新一代Kata容器实现多租户容器强隔离

新一代Kata容器实现多租户容器强隔离

• 虚拟化层的存在，保障了容器在多租户场景下的安全性。
• 高度裁剪和优化过的KVM, guest OS保证了VM启动时间极短，性能损耗极小。
• 接口层支持对接docker引擎或crio，镜像完全兼容docker镜像，无需修改。完美融入K8S容器生态。

Kubernetes技术架构

什么是Kubernetes？

什么是Kubernetes？

 Kubernetes系统组件

 Kubernetes系统组件

Kubernetes架构

Kubernetes架构

 Declarative （申明式API） vs Imperative （命令式API）

 Declarative （申明式API） vs Imperative （命令式API）

 

 Declarative （申明式API） vs Imperative （命令式API）

 Kubernetes Controllers

 Kubernetes Controllers

Kubernetes基于list-watch机制的控制器架构
 

Kubernetes基于list-watch机制的控制器架构

Kubernetes架构分层

K8S社区架构中对各层的详细定

Kubernetes生态系统范畴

• 容器内 – 多样化工作负载

• K8S南向 – 多样化的环境
– 容器、网络、存储插件
– 镜像仓库
– 多云插件
– 集群管理配置
– 认证系统

• K8S北向 – 多样化的服务和工具
– 日志&监控
– 配置语言
– 编排部署
– 持续集成
– PaaS
– 工作流
– 函数服务
– 数据处理服务
– 对象事务服务 (数据库、存储）
– 互联网应用