Kubernetes(K8s)的概念、功能和组件介绍

1. 为什么会有k8s

容器化部署的优点：

1. 共享了操作系统，节约了资源
2. 每个容器拥有自己的文件系统、CPU 、内存和进程空间等
3. 可以对容器的资源进行控制，不影响其它容器和宿主机
4. 容器化的应用可以在不同的云服务商、不同的Linux系统进行部署
   

k8s就是为了容器编排而生。例如：

1. 一个容器挂掉了，立刻启动另外一个容器提供服务
2. 访问量剧增，立刻新增容器提供服务

2. k8s的功能

主要的功能如下：

• 自我修复：一旦某一个容器崩溃，能够在1秒左右迅速启动新的容器
• 弹性伸缩：可以根据需要，自动对集群中正在运行的容器数量进行调整
• 服务发现：可以通过自动发现的形式找到它所依赖的服务
• 负载均衡：如果一个服务启动了多个容器，能够自动实现请求的负载均衡
• 版本回退：如果发现新发布的程序版本有问题，可以立即回退到原来的版本
• 存储编排：可以根据容器自身的需求自动创建存储卷

3. k8s的组件介绍

一个kubernetes集群主要由控制节点(master)、工作节点(node)构成，master节点和node节点安装的组件不同

3.1 master

是集群的控制平面，负责集群的管理决策。主要组件如下：

• API Server：集群操作的唯一入口，接收用户输入的命令，提供认证、授权、API注册和发现等服务。同时和node节点的Kubelet进行通信
• Scheduler：负责集群资源调度，按照预定的调度策略计算出Pod应该调度到哪个node节点上
• ControllerManager：负责维护集群的状态，比如程序部署安排、故障检测、自动扩展和滚动更新等。例如Scheduler计算出了Pod的调度节点，由ControllerManager负责安排
• Etcd：负责存储集群中各种资源对象的信息。例如储存Pod被调度的node信息

3.2 node

是集群的数据平面，负责为容器提供运行环境。主要组件如下：

• Kubelet：node节点和master 的API Server通信的组件。负责维护容器的生命周期，即通过控制Containerd，来创建、更新、销毁容器
• KubeProxy：负责提供Container内部的服务发现和负载均衡。外部访问直接访问node的KueProxy
• Containerd：每个node上都有一个Containerd组件，负责节点上容器的各种操作。Containerd里面运行一个或多个Pod，Pod里面运行一个或多个Container

3.3 一个详细的例子

以部署一个Nginx服务来说明Kubernetes系统各个组件调用关系：

1. 一旦Kubernetes环境启动之后，master和node都会将自身的信息存储到etcd数据库中
2. 一个Nginx服务的安装请求首先会被发送到master节点上的API Server
3. API Server调用Scheduler来决定到底应该把这个服务安装到那个node节点上。Scheduler从etcd中读取各个node节点的信息，然后按照一定的算法进行选择，并将结果告知API Server
4. API Server调用Controller-Manager去调用Node节点安装Nginx服务
5. Kubelet接收到指令后，会通知Containerd，然后由Containerd来启动一个Nginx的Pod。其中Pod是Kubernetes的最小操作单元，容器必须跑在Pod中
6. 这样一个Nginx服务就运行了，如果需要访问Nginx，就需要通过kube-proxy来对Pod产生访问的代理。这样外界用户就可以访问集群中的Nginx服务了

4. k8s的概念

• Controller：控制器，通过它来实现对Pod的管理，比如启动Pod 、停止Pod 、伸缩Pod的数量等
• Service：多个同一类Pod对外服务的统一入口，实现多个Pod的负载均衡
• Label：标签，用于对Pod进行分类，同一类Pod会拥有相同的标签
• NameSpace：命名空间，用来隔离Pod的运行环境。不同命名空间的Pod不能相互访问

5. k8s的资源管理

在Kubernetes中，所有的内容都抽象为资源，用户需要通过操作资源来管理Kubernetes

• Kubernetes的最小管理单元是Pod，容器运行在Pod中。而Kubernetes一般不直接管理Pod，通过Pod控制器来管理Pod的
• Kubernetes提供了Service资源来访问Pod中的容器提供的服务
• Kubernetes提供了各种存储系统来持久化Pod中的容器的数据