Kubernetes学习（一）-概述

内容主要摘自官网文档资料 官方地址

本文概述了kubernetes的基本信息。

前提条件：

• 已知容器与Docker，且有一定实战经验

文档编写基于kubernetes v1.17版本

概述

要使用Kubernetes，你需要用KubernetesAPI对象来描述集群的预期状态（desiredstate）：包括你需要运行的应用或者负载，它们使用的镜像、副本数，以及所需网络和磁盘资源等等。你可以使用命令工具kubectl来调用KubernetesAPI创建对象，通过所创建的这些对象来配置预期状态。你也可以直接调用KubernetesAPI和集群进行交互，设置或者修改预期状态。

一旦你设置了你所需的目标状态，KubernetesKubernetes Control Plane（control plane）会通过Pod生命周期事件生成器(PLEG)，促成集群的当前状态符合其预期状态。为此，Kubernetes会自动执行各类任务，比如运行或者重启容器、调整给定应用的副本数等等。KubernetesKubernetes Control Plane由一组运行在集群上的进程组成：

• Kubernetes主控组件（Master）包含三个进程，都运行在集群中的某个节上，主控组件通常这个节点被称为master节点。这些进程包括：kube-apiserver、kube-controller-manager和kube-scheduler。
• 集群中的每个非master节点都运行两个进程：
  • kubelet，和 master 节点进行通信。
  • kube-proxy，一种网络代理，将 Kubernetes 的网络服务代理到每个节点上。

Kubernetes对象

Kubernetes包含若干用来表示系统状态的抽象层，包括：已部署的容器化应用和负载、与它们相关的网络和磁盘资源以及有关集群正在运行的其他操作的信息。这些抽象使用KubernetesAPI对象来表示。

基本的Kubernetes对象包括：

• Pod
• Service
• Volume
• Namespace

Kubernetes也包含大量的被称作Controller的高级抽象。控制器基于基本对象构建并提供额外的功能和方便使用的特性。具体包括：

• Deployment
• DaemonSet
• StatefulSet
• ReplicaSet
• Job

Kubernetes Control Plane

关于Kubernetes Control Plane的各个部分，（如Kubernetes主控组件和kubelet进程），管理着Kubernetes如何与你的集群进行通信。Kubernetes Control Plane维护着系统中所有的Kubernetes对象的状态记录，并且通过连续的控制循环来管理这些对象的状态。在任意的给定时间点，Kubernetes Control Plane的控制环都能响应集群中的变化，并且让系统中所有对象的实际状态与你提供的预期状态相匹配。

比如，当你通过KubernetesAPI创建一个Deployment对象，你就为系统增加了一个新的目标状态。Kubernetes Control Plane记录着对象的创建，并启动必要的应用然后将它们调度至集群某个节点上来执行你的指令，以此来保持集群的实际状态和目标状态的匹配。

Kubernetes Master节点

Kubernetes master节点负责维护集群的目标状态。当你要与Kubernetes通信时，使用如kubectl的命令行工具，就可以直接与Kubernetes master节点进行通信。

“master”是指管理集群状态的一组进程的集合。通常这些进程都跑在集群中一个单独的节点上，并且这个节点被称为master节点。master节点也可以扩展副本数，来获取更好的可用性及冗余。

Kubernetes Node节点

集群中的node节点（虚拟机、物理机等等）都是用来运行你的应用和云工作流的机器。Kubernetes master节点控制所有node节点；你很少需要和node节点进行直接通信。

Kubernetes是什么

Kubernetes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。

名称Kubernetes源于希腊语，意为“舵手”或“飞行员”。Google在2014年开源了Kubernetes项目。Kubernetes建立在Google在大规模运行生产工作负载方面拥有十几年的经验的基础上，结合了社区中最好的想法和实践。

传统部署时代：早期，组织在物理服务器上运行应用程序。无法为物理服务器中的应用程序定义资源边界，这会导致资源分配问题。例如，如果在物理服务器上运行多个应用程序，则可能会出现一个应用程序占用大部分资源的情况，结果可能导致其他应用程序的性能下降。一种解决方案是在不同的物理服务器上运行每个应用程序，但是由于资源利用不足而无法扩展，并且组织维护许多物理服务器的成本很高。

虚拟化部署时代：作为解决方案，引入了虚拟化功能，它允许您在单个物理服务器的CPU上运行多个虚拟机（VM）。虚拟化功能允许应用程序在VM之间隔离，并提供安全级别，因为一个应用程序的信息不能被另一应用程序自由地访问。

因为虚拟化可以轻松地添加或更新应用程序、降低硬件成本等等，所以虚拟化可以更好地利用物理服务器中的资源，并可以实现更好的可伸缩性。

每个VM是一台完整的计算机，在虚拟化硬件之上运行所有组件，包括其自己的操作系统。

容器部署时代：容器类似于VM，但是它们具有轻量级的隔离属性，可以在应用程序之间共享操作系统（OS）。因此，容器被认为是轻量级的。容器与VM类似，具有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等。由于它们与基础架构分离，因此可以跨云和OS分发进行移植。

容器因具有许多优势而变得流行起来。下面列出了容器的一些好处：

• 敏捷应用程序的创建和部署：与使用VM镜像相比，提高了容器镜像创建的简便性和效率。
• 持续开发、集成和部署：通过快速简单的回滚(由于镜像不可变性)，提供可靠且频繁的容器镜像构建和部署。
• 关注开发与运维的分离：在构建/发布时而不是在部署时创建应用程序容器镜像，从而将应用程序与基础架构分离。
• 可观察性不仅可以显示操作系统级别的信息和指标，还可以显示应用程序的运行状况和其他指标信号。
• 跨开发、测试和生产的环境一致性：在便携式计算机上与在云中相同地运行。
• 云和操作系统分发的可移植性：可在Ubuntu、RHEL、CoreOS、本地、GoogleKubernetesEngine和其他任何地方运行。
• 以应用程序为中心的管理：提高抽象级别，从在虚拟硬件上运行OS到使用逻辑资源在OS上运行应用程序。
• 松散耦合、分布式、弹性、解放的微服务：应用程序被分解成较小的独立部分，并且可以动态部署和管理-而不是在一台大型单机上整体运行。
• 资源隔离：可预测的应用程序性能。
• 资源利用：高效率和高密度。

为什么需要Kubernetes，它能做什么?

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。如果系统处理此行为，会不会更容易？

这就是Kubernetes的救援方法！Kubernetes为您提供了一个可弹性运行分布式系统的框架。Kubernetes会满足您的扩展要求、故障转移、部署模式等。例如，Kubernetes可以轻松管理系统的Canary部署。

Kubernetes为您提供：

• 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。

Kubernetes 不是什么

Kubernetes不是传统的、包罗万象的PaaS（平台即服务）系统。由于Kubernetes在容器级别而不是在硬件级别运行，因此它提供了PaaS产品共有的一些普遍适用的功能，例如部署、扩展、负载均衡、日志记录和监视。但是，Kubernetes不是单一的，默认解决方案是可选和可插拔的。Kubernetes提供了构建开发人员平台的基础，但是在重要的地方保留了用户的选择和灵活性。

Kubernetes：

• Kubernetes不限制支持的应用程序类型。Kubernetes旨在支持极其多种多样的工作负载，包括无状态、有状态和数据处理工作负载。如果应用程序可以在容器中运行，那么它应该可以在Kubernetes上很好地运行。
• Kubernetes不部署源代码，也不构建您的应用程序。持续集成(CI)、交付和部署（CI/CD）工作流取决于组织的文化和偏好以及技术要求。
• Kubernetes不提供应用程序级别的服务作为内置服务，例如中间件（例如，消息中间件）、数据处理框架（例如，Spark）、数据库（例如，mysql）、缓存、集群存储系统（例如，Ceph）。这样的组件可以在- Kubernetes上运行，并且/或者可以由运行在Kubernetes上的应用程序通过可移植机制（例如，开放服务代理）来访问。
• Kubernetes不指定日志记录、监视或警报解决方案。它提供了一些集成作为概念证明，并提供了收集和导出指标的机制。
• Kubernetes不提供或不要求配置语言/系统（例如jsonnet），它提供了声明性API，该声明性API可以由任意形式的声明性规范所构成。
• Kubernetes不提供也不采用任何全面的机器配置、维护、管理或自我修复系统。
• 此外，Kubernetes不仅仅是一个编排系统，实际上它消除了编排的需要。编排的技术定义是执行已定义的工作流程：首先执行A，然后执行B，再执行C。相比之下，Kubernetes包含一组独立的、可组合的控制过程，这些过程连续地将当前状态驱动到所提供的所需状态。从A到C的方式无关紧要，也不需要集中控制，这使得系统更易于使用且功能更强大、健壮、弹性和可扩展性。

总结

• 为什么需要kubernetes

  kubernetes是弹性的，能够动态扩展、故障转移等。容器使用kubernetes可以做到自动发现、负载均衡、存储编排、自动部署和回滚、自动打包、自我修复、以及密钥与配置管理。

• kubernetes主控组件（master）包含哪些进程

  kube-apiserver、kube-controller-manager、kube-scheduler

• 非master节点（node）包含哪些进程

  kubelet、kube-proxy

• 简述master与node节点各自的作用是什么

  master节点负责维护集群的目标状态；node节点都是用来运行应用和云工作流的机器

• 小结

  通过本文内容了解到kubernetes基本发展、是什么、为什么需要它、以及它的简单组成。

  在对某事物不是足够的了解时，通常会导致“不过尔尔”感觉，本篇文章仅简单概述了kubernetes，学习kubernetes还需要更加深入地去了解以及在实际使用中感受她的魅力。