【云原生K8S】Kubernetes来去今生与基础理论

目录

一、公有云类别

Ⅰ、IAAS

Ⅱ、PAAS 

Ⅲ、SAAS 

二、资源管理器

Ⅰ、Apache-MESOS

Ⅱ、Docker-SWARM

Ⅲ、Kubernetes

三、Kubernetes框架

Ⅰ、Master组件

(1)apiserver

(2)ControllerManager控制管理中心

(3)scheduler调度器

(4)etcd

Ⅱ、Node组件

(1)Pod

(2)Kube-proxy

(3)Kubelet

Ⅲ、其他一些重要的K8S组件

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一、公有云类别

Ⅰ、IAAS

Infrastructure As A Service

基础设施即服务

代表：阿里云、AWS

Ⅱ、PAAS 

Platform As A Service

平台即服务

代表：新浪云（号称免运维）

Ⅲ、SAAS 

Software As A Service

软件即服务

代表：Microsoft Office 365

二、资源管理器

在容器化技术出现后，为了更好的去管理、应用这项技术，“资源管理器”应运而生

Ⅰ、Apache-MESOS

apache开源协议，需要和Marathon结合使用，作为资源管理器被推特选用，2019年5月后被替换为kubernetes，虽然后续MESOS支持了内部管理kubernetes，但已无力回天，逐渐退出历史舞台

Ⅱ、Docker-SWARM

容器化高级选手docker母公司自己推出的一个专为docker而做的非常轻量级的容器编排工具，集成在docker内部（高版本），但相较于kubernetes对于企业应用方面的功能还是非常不足例如k8s 的 滚动更新、回滚，可以实现，但是很复杂，除此之外大规模集群的使用和管理还是很强大的；2019年7月份，阿里云宣布将Docker Swarm 从选择列表中剔除

Ⅲ、Kubernetes

 由谷歌推出，谷歌内部borg的翻写版本，并开源给了容器基金会。采用go语言编写，语言层面上奠定了kubernetes的轻量级特点（相对于其他语言）。当前以及未来架构平台的首选。

三、Kubernetes框架

Kubernetes（下文简称K8S） 是属于典型的C/S架构，Master 节点负责集群的调度、管理和运维。Node节点则被称为 Worker Node 节点，每个 Node 都会被 Master 分配一些工作负载。

Ⅰ、Master组件

APIserver：所有服务访问的统一入口

ControllerManager：由一系列控制器组成，通过API Server监控整个集群的状态，并确保集群处于预期的工作状态

Scheduler：负责分配任务，选择合适的节点进行调度

Etcd：键值对数据库，储存K8S集群所有的信息数据（持久化）

(1)apiserver

用于暴露Kubernetes API，任何资源请求或调用操作都是通过kube-apiserver 提供的接口进行。以HTTP Restful API提供接口服务，所有对象资源的增删改查和监听操作都交给API Server 处理后再提交给Etcd 存储（相当于分布式数据库，以键值对方式存储）。
可以理解成API Server 是K8S的请求入口服务。API server负责接收K8S所有请求(来自UI界面或者CLI 命令行工具)，然后根据用户的具体请求，去通知其他组件干活。可以说API server 是K8S集群架构的大脑。

(2)ControllerManager控制管理中心

控制器	功能
Node Controller	(节点控制器)负责在节点出现故障时发现和响应
Replication Controller	(副本控制器)负责保证集群中一个RC (资源对象ReplicationController)
Endpoints Controller	(端点控制器)填充端点(Endpoints)对象(即加入 Service 与 Pod)
Service Account & Token Controllers	(服务帐户和令牌控制器)为新的命名空间创建默认帐户和API访问令牌
Service Controller	(服务控制器)属于K8S集群与外部的云平台之间的一个接口控制器

(3)scheduler调度器

是 Kubernetes 集群的默认调度器，并且是集群 控制面 的一部分。 如果你真得希望或者有这方面的需求，kube-scheduler 在设计上允许你自己编写一个调度组件并替换原有的 kube-scheduler。

对每一个新创建的 Pod 或者是未被调度的 Pod，kube-scheduler 会选择一个最优的节点去运行这个 Pod。 然而，Pod 内的每一个容器对资源都有不同的需求， 而且 Pod 本身也有不同的需求。因此，Pod 在被调度到节点上之前， 根据这些特定的调度需求，需要对集群中的节点进行一次过滤。

在一个集群中，满足一个 Pod 调度请求的所有节点称之为 可调度节点。 如果没有任何一个节点能满足 Pod 的资源请求， 那么这个 Pod 将一直停留在未调度状态直到调度器能够找到合适的 Node。

调度器先在集群中找到一个 Pod 的所有可调度节点，然后根据一系列函数对这些可调度节点打分， 选出其中得分最高的节点来运行 Pod。之后，调度器将这个调度决定通知给 kube-apiserver，这个过程叫做 绑定。

在做调度决定时需要考虑的因素包括：单独和整体的资源请求、硬件/软件/策略限制、 亲和以及反亲和要求、数据局部性、负载间的干扰等等。

(4)etcd

• 分布式键值存储系统（特性:服务自动发现）。用于保存集群状态数据，比如Pod、Service等对象信息

• k8s中仅API Server 才具备读写权限，其他组件必须通过API Server 的接口才能读写数据

*:etcd V2版本:数据保存在内存中
v3版本:引入本地volume卷的持久化（可根据磁盘进行恢复),服务发现，分布式（方便扩容，缩容）
但kubernetes 1.11版本前不支持v3
ETCD一般会做为3副本机制(奇数方式)，分布在三台master上

Ⅱ、Node组件

Kubelet：直接与容器引擎交互实现容器的生命周期

Kube-proxy：负责写入iptables、IPVS规则来实现服务端口映射关系

Pod：kubernetes的最小控制单元，容器（Container）都是运行在pod中

(1)Pod

pod是K8S的最小管理单元，一个pod中可运行一个或者一组容器。pod内的容器共享使用pod的唯一ip地址和一组存储卷。同一pod内的容器使用localhost进行通信；而与pod外的容器通信时，需要pod内的容器协调使用pod的端口进行通信

pod有生命周期，当一个pod生命周期结束后，该pod将不复存在，k8s会重新部署一个新的pod提供和该pod一样的服务。这样就用到service概念用于标记k8s集群提供一组服务的pod。

pod控制器
Pod控制器是Pod启动的一种模版，用来保证在K8S里启动的Pod应始终按照用户的预期运行(副本数、生命周期、健康状态检查等)

K8s内提供了众多的Pod控制器，常用的有以下几种:
Deployment：无状态应用部署。Deployment 的作用是管理和控制Pod和ReplicaSet， 管控它们运行在用户期望的状态中。
Replicaset： 确保预期的Pod 副本数量。Replicaset 的作用就是管理和控制Pod， 管控他们好好干活。但是，ReplicaSet 受控于Deployment。
可以理解成Deployment 就是总包工头，主要负责监督底下的工人Pod 干活，确保每时每刻有用户要求数量的Pod在工作。如果一旦发现某个工人Pod 不行了，就赶紧新拉一个Pod 过来替换它。而ReplicaSet 就是总包工头手下的小包工头。
从K8S使用者角度来看，用户会直接操作Deployment 部署服务，而当Deployment 被部署的时候，K8S 会自动生成要求的ReplicaSet和Pod。用户只需要关心Deployment 而不操心ReplicaSet。资源对象Replication Controller 是ReplicaSet 的前身，官方推荐用Deployment 取代Replication Controller 来部署服务。
Daemonset： 确保所有节点运行同一类Pod，保证每 个节点上都有一个此类Pod运行，通常用于实现系统级后台任务。
Statefulset： 有状态应用部署
Job：一次性任务。 根据用户的设置，Job管理的Pod把任务成功完成就自动退出了。
Cronjob： 周期性计划性任务

(2)Kube-proxy

Kubernetes 网络代理在每个节点上运行。网络代理反映了每个节点上 Kubernetes API 中定义的服务，并且可以执行简单的 TCP、UDP 和 SCTP 流转发，或者在一组后端进行 循环 TCP、UDP 和 SCTP 转发。 当前可通过 Docker-links-compatible 环境变量找到服务集群 IP 和端口， 这些环境变量指定了服务代理打开的端口。 有一个可选的插件，可以为这些集群 IP 提供集群 DNS。 用户必须使用 apiserver API 创建服务才能配置代理。

(3)Kubelet

kubelet 是在每个 Node 节点上运行的主要 “节点代理”。它可以使用以下之一向 apiserver 注册： 主机名（hostname）；覆盖主机名的参数；某云驱动的特定逻辑。

kubelet 是基于 PodSpec 来工作的。每个 PodSpec 是一个描述 Pod 的 YAML 或 JSON 对象。 kubelet 接受通过各种机制（主要是通过 apiserver）提供的一组 PodSpec，并确保这些 PodSpec 中描述的容器处于运行状态且运行状况良好。 kubelet 不管理不是由 Kubernetes 创建的容器。

除了来自 apiserver 的 PodSpec 之外，还可以通过以下三种方式将容器清单（manifest）提供给 kubelet。

• 文件（File）：利用命令行参数传递路径。kubelet 周期性地监视此路径下的文件是否有更新。 监视周期默认为 20s，且可通过参数进行配置。

• HTTP 端点（HTTP endpoint）：利用命令行参数指定 HTTP 端点。 此端点的监视周期默认为 20 秒，也可以使用参数进行配置。

• HTTP 服务器（HTTP server）：kubelet 还可以侦听 HTTP 并响应简单的 API （目前没有完整规范）来提交新的清单。

Ⅲ、其他一些重要的K8S组件

ClusterDNS/CoreDNS：为集群中的SVC创建一个域名-IP的对应关系解析

Kubesphere/Dashboard：给K8S集群提供一个B/S结构访问体系、ui管理界面

INGRESS CONTROLLER：实现七层代理

FEDERATION：提供一个可以跨集群中心多K8S统一管理功能

Prometheus：提供监控K8S功能

ELK：提供K8S集群日志分析系统

Harbor：镜像仓库