Kubernetes-----基础概念及架构分析

前言

• 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。

一、Kubernetes是什么

• Kubernetes是Google在2014年开源的一个容器集群管理系统，Kubernetes简称K8S。
• K8S用于容器化应用程序的部署，扩展和管理。
• K8S提供了容器编排，资源调度，弹性伸缩，部署管理，服务发现等一系列功能。
• Kubernetes目标是让部署容器化应用简单高效。

官方网站:http://www.kubernetes.io

二、Kubernetes特性

自我修复

• 在节点故障时重新启动失败的容器，替换和重新部署，保证预期的副本数量;杀死健康检查失败的容器，并且在未准备好之前不会处理客户端请求，确保线上服务不中断。

弹性伸缩

• 使用命令、U或者基于CPU使用情况自动快速扩容和缩容应用程序实例，保证应用业务高峰并发时的高可用性;业务低峰时回收资源，以最小成本运行服务。

自动部署和回滚

• K8S采用滚动更新策略更新应用，一次更新一个Pod，而不是同时删除所有Pod，如果更新过程中出现问题，将回滚更改，确保升级不受影响业务。

服务发现和负载均衡

• K8S为多个容器提供一个统一访问入口(内部IP地址和一个DNS名称)，并且负载均衡关联的所有容器，使得用户无需考虑容器IP问题。

机密和配置管理

• 管理机密数据和应用程序配置，而不需要把敏感数据暴露在镜像里，提高敏感数据安全性。并可以将一些常用的配置存储在K8S中，方便应用程序使用。

存储编排

• 挂载外部存储系统，无论是来自本地存储，公有云（如AWNS)，还是网络存储（如NFS、GlusterfS、Ceph)都作为集群资源的一部分使用，极大提高存储使用灵活性。

批处理

• 提供一次性任务，定时任务;满足批量数据处理和分析的场景。

三、Kubernetes集群架构与组件

3.1、Master组件

① kube-apiServer（核心组件）

• Kubernetes API，集群的统一吐口，各组件协调者，以RESTful api 提供接口服务，所有的对象资源的增删改查和监听操作都是叫给APIServer处理后再提交给Etcd存储

② kube-controller-manager

• 处理集群中常规后台任务，一个资源对应一个控制器，而ControllerManaager就是负责管理这些控制器的

③ kube-scheduler

• 根据调度算法为新创建的Pod选择一个Node节点，可以任意部署，可以再部署再同一个节点上，也可以部署再不同的节点上。

④ Etcd

• 分布式键值存储系统，用于保存集群状态数据，比如Pod、Service等对象信息

3.2、Node节点组件

① kublet

• kubelet 是Master在Node节点上的Agent，管理本机运行容器的生命周期，比如创建容器、Pod挂载数据卷、下载secret、获取容器和节点状态等工作。kubelet将每个Pod转换成一组容器

② kube-proxy

• 在Node节点上实现Pod网络代理，维护网络规则和四层负载均衡工作。

③ docker或rocket

• 容器引擎，运行容器

3.3、Add-ons 附加组件

• 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

四、单节点架构工作流程

4.1、 流程详解

• 假设用户需创建 nginx资源（网站/调度）
• 请求发送至master 首先需要经过apiserver（资源控制请求的唯一入口）
• apiserver 接收到请求后首先会先记载在Etcd中
• Etcd的数据库根据controllers manager（控制器） 查看创建的资源状态（有无状态化）
• 通过controllers 触发 scheduler (调度器)
• scheduler 通过验证算法 验证架构中的nodes节点，筛选出最适合创建该资源，接着分配给这个节点进行创建
• node节点中的kubelet 负责执行master给与的资源请求，根据不同指令，执行不同操作
• 对外提供服务则由kube-proxy开设对应的规则（代理）
• container 容器开始运行（runtime 生命周期开始计算）
• 外界用户进行访问时，需要经过kube-proxy 访问到container
• 如果container 因故障而被销毁了，master节点的controllers 会再次通过scheduler 资源调度通过kubelet再次创建容器，恢复基本条件限制

五、Kubernetes 核心概念

1、Pod

• ① 最小部署单元
• ② 一组容器的集合
• ③ 一个Pod中的容器共享网络命名空间（可以理解在同一个局域网）
• ④ Pod 是短暂的（有生命周期）

2、Controllers

• ① ReplicaSet：确保预期的Pod副本数量(参数，可进行设置)
• ② Deployment：无状态应用（例如：web、nignx、apache、tomcat）
• ③ StatefulSet：有状态应用部署
• ④ DaemonSet：确保所有的Node运行同一个Pod（把所有的Node设置为同一个命名空间）
• ⑤ Job：一次性任务（类比linux：at）
• ⑥ Cronjob：定时任务（类比linux：crontab）

3、Service

• ①防止Pod失联
• ②定义一组Pod访问的策略（主要作用）
• ③确保每个Pod之间的独立性（安全）

4、Label

• ①标签，附加到某个资源上，用于关联对象、查询和筛选

5、Namespaces

• ①命名空间，将对象逻辑上隔离

6、Annotations

• ①注释

总结

本次对k8s的基础概念进行了介绍，后面会有单点集群部署哦！