关于 K8s 的基本概念我们将会围绕如下七点展开：
- Docker 的管理痛点
- 什么是 K8s？
- 云架构 & 云原生
- K8s 架构原理
- K8s 核心组件
- K8s 的服务注册与发现
- 关键问题
Docker 的管理痛点
如果想要将 Docker 应用于庞大的业务实现，是存在困难的编排、管理和调度问题。
于是，我们迫切需要一套管理系统，对 Docker 及容器进行更高级更灵活的管理。
Kubernetes 应运而生！Kubernetes，名词源于希腊语，意为「舵手」或「飞行员」。
Google 在 2014 年开源了 Kubernetes 项目，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。
K8s 是 Kubernetes 的缩写，用 8 替代了 「ubernete」，下文我们将使用简称。
什么是 K8s ？
K8s 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。
K8s 拥有一个庞大且快速增长的生态系统。K8s 的服务、支持和工具广泛可用。
通过 K8s 我们可以：
- 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
K8s 有如下特点：
- 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。
云架构 & 云原生
①云和 K8s 是什么关系
云就是使用容器构建的一套服务集群网络，云由很多的大量容器构成。K8s 就是用来管理云中的容器。
②常见几类云架构
常见几类云架构如上图所示：
- On-Premises（本地部署）。
- IaaS（基础设施即服务）：用户：租用（购买|分配权限）云主机，用户不需要考虑网络，DNS，硬件环境方面的问题；运营商：提供网络，存储，DNS，这样服务就叫做基础设施服务。
- PaaS（平台即服务-中间件）：MySQL/ES/MQ/...
- SaaS（软件即服务-浏览器页面）：钉钉，财务管理。
- Serverless：无服务，不需要服务器。站在用户的角度考虑问题，用户只需要使用云服务器即可，在云服务器所在的基础环境，软件环境都不需要用户关心。
如果觉得不好理解，推荐阅读这篇文章：如何通俗解释 IaaS、PaaS、SaaS 的区别：
https://www.zhihu.com/question/21641778/answer/62523535 可以预见：未来服务开发都是 Serverless，企业都构建了自己的私有云环境，或者是使用公有云环境。③云原生
为了让应用程序（项目，服务软件）都运行在云上的解决方案，这样的方案叫做云原生。
云原生有如下特点：
- 容器化，所有服务都必须部署在容器中
- 微服务，Web 服务架构式服务架构
- CI/CD
- DevOps
K8s 架构原理
①K8s 架构
k8s架构解释：
概括来说 K8s 架构就是一个 Master 对应一群 Node 节点。下面我们来逐一介绍 K8s 架构图中的 Master 和 Node。
Master 节点结构如下：
apiserver即 K8s 网关，所有的指令请求都必须要经过 apiserver。Scheduler调度器，使用调度算法，把请求资源调度到某一个 Node 节点。Controller 控制器，维护 K8s 资源对象。etcd: 存储资源对象。
Node 节点结构如下：
Kubelet在每一个 Node 节点都存在一份，在 Node 节点上的资源操作指令由 Kubelet 来执行。Kube-proxy 代理服务，处理服务间负载均衡。Pod是 K8s 管理的基本单元（最小单元），Pod 内部是容器，K8s 不直接管理容器，而是管理 Pod。- Docker 运行容器的基础环境，容器引擎。
- Fluentd 日志收集服务。
在介绍完 K8s 架构后，我们又引入了很多技术名词。不要着急，先有整体概念，再各个击破。请耐心阅读下文，相信你一定会有不一样的收获。
K8s 核心组件
①K8s 组件
K8s 是用来管理容器，但是不直接操作容器，最小操作单元是 Pod （间接管理容器）：
- 一个 Master 有一群 Node 节点与之对应。
- Master 节点不存储容器，只负责调度、网管、控制器、资源对象存储。
- 容器的存储在 Node 节点，容器是存储在 Pod 内部的）。
- Pod 内部可以有一个容器，或者多个容器。
- Kubelet 负责本地 Pod 的维护。
- Kube-proxy 负责负载均衡，在多个 Pod 之间来做负载均衡。
②Pod 是什么？解释如下：
- Pod 也是一个容器，这个容器中装的是 Docker 创建的容器，Pod 用来封装容器的一个容器，Pod 是一个虚拟化分组。
- Pod 相当于独立主机，可以封装一个或者多个容器。
- Pod 有自己的 IP 地址、主机名，相当于一台独立沙箱环境。
**③Pod 到底用来干什么？
通常情况下，在服务部署时候，使用 Pod 来管理一组相关的服务。一个 Pod 中要么部署一个服务，要么部署一组有关系的服务。一组相关的服务是指：在链式调用的调用连路上的服务。
**④Web 服务集群如何实现？
**实现服务集群：只需要复制多方 Pod 的副本即可，这也是 K8s 管理的先进之处，K8s 如果继续扩容，只需要控制 Pod 的数量即可，缩容道理类似。
**⑤Pod 底层网络，数据存储是如何进行的？
具体如下：
- Pod 内部容器创建之前，必须先创建
Pause容器。 - 服务容器之间访问 localhost ，相当于访问本地服务一样，性能非常高。
⑥ReplicaSet 副本控制器
- 控制 Pod 副本「服务集群」的数量，永远与预期设定的数量保持一致即可。
- 当有 Pod 服务宕机时候，副本控制器将会立马重新创建一个新的 Pod，永远保证副本为设置数量。
副本控制器：标签选择器-选择维护一组相关的服务（它自己的服务）
- ReplicationController 副本控制器：单选。
- ReplicaSet 副本控制器：单选，复合选择。
selector：
app = web
Release = stable 在新版的 K8s 中，建议使用 ReplicaSet 作为副本控制器，ReplicationController 不再使用了。
⑦Deployment 部署对象
Deployment 部署对象如下：
- 服务部署结构模型
- 滚动更新
ReplicaSet 副本控制器控制 Pod 副本的数量。但是，项目的需求在不断迭代、不断的更新，项目版本将会不停的的发版。版本的变化，如何做到服务更新？
部署模型：
ReplicaSet 不支持滚动更新，Deployment 对象支持滚动更新，通常和 ReplicaSet 一起使用。- Deployment 管理 ReplicaSet，RS 重新建立新的 RS，创建新的 Pod。
⑧MySQL 使用容器化部署，存在什么样的问题？
问题如下：
- 容器是生命周期的，一旦宕机，数据丢失
- Pod 部署，Pod 有生命周期，数据丢失
Deployment与StatefulSet(有状态与无状态部署策略)
对于 K8s 来说，不能使用 Deployment 部署有状态服务。通常情况下，Deployment 被用来部署无状态服务，那么对于有状态服务的部署，使用 StatefulSet 进行有状态服务的部署。
什么是有状态服务？
- 有实时的数据需要存储。
- 有状态服务集群中，把某一个服务抽离出去，一段时间后再加入机器网络，如果集群网络无法使用。
什么是无状态服务？
- 没有实时的数据需要存储。
- 无状态服务集群中，把某一个服务抽离出去，一段时间后再加入机器网络，对集群服务没有任何影响。
⑨StatefulSet
为了解决有状态服务使用容器化部署的一个问题：
- 部署模型
- 有状态服务
StatefulSet 保证 Pod 重新建立后，Hostname 不会发生变化，Pod 就可以通过 Hostname 来关联数据。
K8s 的服务注册与发现
①Pod 的结构是怎样的？
结构如下：
- Pod 相当于一个容器，Pod 有独立 IP 地址，也有自己的 Hostname，利用 Namespace 进行资源隔离，独立沙箱环境。
- Pod 内部封装的是容器，可以封装一个，或者多个容器（通常是一组相关的容器）。
②Pod 网络具体如下：
- Pod 有自己独立的 IP 地址。
- Pod 内部容器之间访问采用 Localhost 访问。
- Pod 内部容器访问是 Localhost，Pod 之间的通信属于远程访问(集群内部服务可见)。
**③Pod 是如何对外提供服务访问的？
Pod 是虚拟的资源对象（进程），没有对应实体（物理机，物理网卡）与之对应，无法直接对外提供服务访问。那么该如何解决这个问题呢？
Pod 如果想要对外提供服务，必须绑定物理机端口。也就是说在物理机上开启端口，让这个端口和 Pod 的端口进行映射，这样就可以通过物理机进行数据包的转发。概括来说：先通过物理机 IP+Port 进行访问，再进行数据包转发。--【NodePort】
④一组相关的 Pod 副本，如何实现访问负载均衡？
我们先明确一个概念，Pod 是一个进程，是有生命周期的。宕机、版本更新，都会创建新的 Pod。这时候 IP 地址会发生变化，Hostname 会发生变化，使用 Nginx 做负载均衡就不太合适了。所以我们需要依赖 Service 的能力。
⑤Service 如何实现负载均衡？
简单来说，Service 资源对象包括如下三部分：
- Pod IP：Pod 的 IP 地址。
- Node IP：物理机 IP 地址。
- Cluster IP：虚拟 IP ，是由 K8s 抽象出的 Service 对象，这个 Service 对象就是一个 VIP 的资源对象。
⑥Service VIP 更深入原理探讨
具体如下：
- Service 和 Pod 都是一个进程，Service 也不能对外网提供服务。
- Service 和 Pod 之间可以直接进行通信，它们的通信属于局域网通信。
把请求交给 Service 后，Service 使用 iptable，ipvs 做数据包的分发。
⑦Service 对象是如何和 Pod 进行关联的？
具体如下：
- 不同的业务有不同的 Service。
- Service 和 Pod 通过标签选择器进行关联。
selector：
app=x 选择一组订单的服务 pod ，创建一个 service；
通过 endpoints 存放一组 pod ip； Service 通过标签选择器选择一组相关的副本，然后创建一个 Service。
⑧Pod 宕机、发布新的版本的时候，Service 如何发现 Pod 已经发生了变化？
每个 Pod 中都有 Kube-Proxy，监听所有Pod。如果发现 Pod 有变化，就动态更新（etcd 中存储）对应的 IP 映射关系。
关键问题
①企业使用 K8s 主要用来做什么？
有如下三个方面：
- 自动化运维平台，创业型公司，中小型企业，使用 K8s 构建一套自动化运维平台，自动维护服务数量，保持服务永远和预期的数据保持一致性，让服务可以永远提供服务。这样最直接的好处就是降本增效。
- 充分利用服务器资源，互联网企业，有很多服务器资源「物理机」，为了充分利用服务器资源，使用 K8s 构建私有云环境，项目运行在云。这在大型互联网公司尤为重要。
- 服务的无缝迁移，项目开发中，产品需求不停的迭代，更新产品。这就意味着项目不停的发布新的版本，而 K8s 可以实现项目从开发到生产无缝迁移。
②K8s 服务的负载均衡是如何实现的？
- Pod 中的容器很可能因为各种原因发生故障而死掉。Deployment 等 Controller 会通过动态创建和销毁Pod来保证应用整体的健壮性。
- 换句话说，Pod是脆弱的，但应用是健壮的。每个 Pod 都有自己的 IP 地址。当 Controller 用新 Pod 替代发生故障的 Pod 时，新 Pod 会分配到新的 IP 地址。这样就产生了一个问题：如果一组 Pod 对外提供服务（比如 HTTP），它们的 IP 很有可能发生变化，那么客户端如何找到并访问这个服务呢？
- K8s 给出的解决方案是 Service。Kubernetes Service 从逻辑上代表了一组 Pod，具体是哪些 Pod 则是由 Label 来挑选。Service 有自己 IP，而且这个 IP 是不变的。客户端只需要访问 Service 的 IP，K8s 则负责建立和维护 Service 与 Pod 的映射关系。无论后端 Pod 如何变化，对客户端不会有任何影响，因为 Service 没有变。
③无状态服务一般使用什么方式进行部署？
Deployment 为 Pod 和 ReplicaSet 提供了一个 声明式定义方法，通常被用来部署无状态服务。Deployment 的主要作用：定义 Deployment 来创建 Pod 和 ReplicaSet 滚动升级和回滚应用扩容和索容暂停和继续。Deployment不仅仅可以滚动更新，而且可以进行回滚，如果发现升级到 V2 版本后，服务不可用，可以迅速回滚到 V1 版本。