Kubernetes基础概述

一、Kubernetes基础概述

1、Kubernetes是什么

  Kubernetes是容器集群管理系统，是一个开源的平台，可以实现容器集群的自动化部署、自动扩缩容、维护等功能。
  Kubernetes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

  Kubernetes 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

2、为什么要使用容器？

  传统应用部署方式是通过插件或脚本来安装应用，这样缺点是应用的运行、配置、管理和所有生存周期将与当前操作系统绑定，不利于应用升级更新/回滚等操作，当然也可以通过创建虚机的方式来实现，但虚拟机非常重，可移植性低。
  通过部署容器方式，每个容器互相隔离，每个容器有自己的文件系统 ，容器之间进程不会影响，能区分计算资源。容器比虚拟机能快速部署，由于容器与底层设施和机器文件系统解耦的，所以它能在不同云和不同版本操作系统间进行迁移。
  容器占用资源少、部署快，每个应用可以被打包成容器镜像，每个应用与容器间成一对一关系也使容器有更大优势，使用容器可以在build或release 的阶段，为应用创建容器镜像。每个应用不需要与其余的应用堆栈组合，也不依赖于生产环境基础结构，从而使得研发到测试、生产能提供一致环境。容器比虚机轻量且更“透明”，便于监控和管理。最后容器优势总结：

• 快速创建/部署应用：与VM虚拟机相比，容器镜像的创建更加容易。
• 持续开发、集成和部署：提供可靠且频繁的容器镜像构建/部署，并使用快速和简单的回滚(由于镜像不可变性)。
• 开发和运行相分离：在build或者release阶段创建容器镜像，使得应用和基础设施解耦。
• 开发，测试和生产环境一致性：在本地或外网（生产环境）运行的一致性。
• 云平台或其他操作系统：可以在 Ubuntu、RHEL、 CoreOS、on-prem、Google Container
  Engine或其它任何环境中运行。
• Loosely coupled，分布式，弹性，微服务化：应用程序分为更小的、独立的部件，可以动态部署和管理。
• 资源隔离
• 资源利用：更高效

3、Kubernetes可以做什么？

  可以在物理或虚拟机的Kubernetes集群上运行容器化应用，Kubernetes能提供一个以“容器为中心的基础架构”，满足在生产环境中运行应用的一些常见需求，如：

• 多个进程（作为容器运行）协同工作。（Pod）
• 存储系统挂载
• Distributing secrets
• 应用健康检测
• 应用实例的复制
• Pod自动伸缩/扩展
• Naming anddiscovering
• 负载均衡
• 滚动更新
• 资源监控
• 日志访问
• 调试应用程序
• 提供认证和授权

二、Kubernetes架构

1、工作集群

  Kubernetes集群 = n Master Node + n Worker Node 即 n主节点 + n工作节点； m >= 1

2、组件

1、Master组件提供集群的管理控制中心。Master组件可以在集群中任何节点上运行。
2、**控制平面组件Control Plane Components）**对集群做出全局决策(比如调度)，以及检测和响应集群事件（例如，当不满足部署的 replicas 字段时，启动新的 pod）。控制平面组件可以在集群中的任何节点上运行。 然而，为了简单起见，设置脚本通常会在同一个计算机上启动所有控制平面组件， 并且不会在此计算机上运行用户容器。
3、kube-apiserver，API 服务器是 Kubernetes 控制面的组件， 该组件公开了 Kubernetes API。 API 服务器是 Kubernetes 控制面的前端。Kubernetes API 服务器的主要实现是 kube-apiserver。 kube-apiserver 设计上考虑了水平伸缩，也就是说，它可通过部署多个实例进行伸缩。 你可以运行 kube-apiserver 的多个实例，并在这些实例之间平衡流量。
4、etcd是兼具一致性和高可用性的键值数据库，可以作为保存 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库。

5、kube-scheduler负责监视新创建的、未指定运行节点（node）的 Pods，选择节点让 Pod 在上面运行。调度决策考虑的因素包括单个 Pod 和 Pod 集合的资源需求、硬件/软件/策略约束、亲和性和反亲和性规范、数据位置、工作负载间的干扰和最后时限。
6、kube-controller-manager在主节点上运行 控制器的组件。从逻辑上讲，每个控制器都是一个单独的进程， 但是为了降低复杂性，它们都被编译到同一个可执行文件，并在一个进程中运行。这些控制器包括:
● 节点控制器（Node Controller）: 负责在节点出现故障时进行通知和响应
● 任务控制器（Job controller）: 监测代表一次性任务的 Job 对象，然后创建 Pods 来运行这些任务直至完成
● 端点控制器（Endpoints Controller）: 填充端点(Endpoints)对象(即加入 Service 与 Pod)
● 服务帐户和令牌控制器（Service Account & Token Controllers）: 为新的命名空间创建默认帐户和 API 访问令牌
7、cloud-controller-manager云控制器管理器是指嵌入特定云的控制逻辑的 控制平面组件。 云控制器管理器允许您链接集群到云提供商的应用编程接口中， 并把和该云平台交互的组件与只和您的集群交互的组件分离开。cloud-controller-manager 仅运行特定于云平台的控制回路。 如果你在自己的环境中运行 Kubernetes，或者在本地计算机中运行学习环境， 所部署的环境中不需要云控制器管理器。与 kube-controller-manager 类似，cloud-controller-manager 将若干逻辑上独立的 控制回路组合到同一个可执行文件中，供你以同一进程的方式运行。 你可以对其执行水平扩容（运行不止一个副本）以提升性能或者增强容错能力。
下面的控制器都包含对云平台驱动的依赖：
● 节点控制器（Node Controller）: 用于在节点终止响应后检查云提供商以确定节点是否已被删除
● 路由控制器（Route Controller）: 用于在底层云基础架构中设置路由
● 服务控制器（Service Controller）: 用于创建、更新和删除云提供商负载均衡器
8、Node 组件 在每个节点上运行，维护运行的 Pod 并提供 Kubernetes 运行环境。
9、kubelet，一个在集群中每个节点（node）上运行的代理。 它保证容器（containers）都 运行在 Pod 中。kubelet 接收一组通过各类机制提供给它的 PodSpecs，确保这些 PodSpecs 中描述的容器处于运行状态且健康。 kubelet 不会管理不是由 Kubernetes 创建的容器。
10、kube-proxy 是集群中每个节点上运行的网络代理， 实现 Kubernetes 服务（Service） 概念的一部分。
kube-proxy 维护节点上的网络规则。这些网络规则允许从集群内部或外部的网络会话与 Pod 进行网络通信。
如果操作系统提供了数据包过滤层并可用的话，kube-proxy 会通过它来实现网络规则。否则， kube-proxy 仅转发流量本身。