谷粒商城 集群篇 (一) --------- K8s 快速入门

目录

  • 一、简介
  • 二、架构
  • 三、概念


一、简介

Kubernetes 简称 k8s。是用于自动部署,扩展和管理容器化应用程序的开源系统。

中文官网:https://kubernetes.io/zh/
中文社区:https://www.kubernetes.org.cn/
官方文档:https://kubernetes.io/zh/docs/home/
社区文档:http://docs.kubernetes.org.cn/

  • 部署方式的进化

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传统部署时代:

早期,各个组织是在物理服务器上运行应用程序。 由于无法限制在物理服务器中运行的应用程序资源使用,因此会导致资源分配问题。 例如,如果在同一台物理服务器上运行多个应用程序, 则可能会出现一个应用程序占用大部分资源的情况,而导致其他应用程序的性能下降。 一种解决方案是将每个应用程序都运行在不同的物理服务器上, 但是当某个应用程式资源利用率不高时,剩余资源无法被分配给其他应用程式, 而且维护许多物理服务器的成本很高。

虚拟化部署时代:

因此,虚拟化技术被引入了。虚拟化技术允许你在单个物理服务器的 CPU 上运行多台虚拟机(VM)。 虚拟化能使应用程序在不同 VM 之间被彼此隔离,且能提供一定程度的安全性, 因为一个应用程序的信息不能被另一应用程序随意访问。

虚拟化技术能够更好地利用物理服务器的资源,并且因为可轻松地添加或更新应用程序, 而因此可以具有更高的可扩缩性,以及降低硬件成本等等的好处。 通过虚拟化,你可以将一组物理资源呈现为可丢弃的虚拟机集群。

每个 VM 是一台完整的计算机,在虚拟化硬件之上运行所有组件,包括其自己的操作系统。

容器部署时代:

容器类似于 VM,但是更宽松的隔离特性,使容器之间可以共享操作系统(OS)。 因此,容器比起 VM 被认为是更轻量级的。且与 VM 类似,每个容器都具有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等。 由于它们与基础架构分离,因此可以跨云和 OS 发行版本进行移植。

容器因具有许多优势而变得流行起来,例如:

  • 敏捷应用程序的创建和部署:与使用 VM 镜像相比,提高了容器镜像创建的简便性和效率。
  • 持续开发、集成和部署:通过快速简单的回滚(由于镜像不可变性), 提供可靠且频繁的容器镜像构建和部署。
  • 关注开发与运维的分离:在构建、发布时创建应用程序容器镜像,而不是在部署时, 从而将应用程序与基础架构分离。
  • 可观察性:不仅可以显示 OS 级别的信息和指标,还可以显示应用程序的运行状况和其他指标信号。
  • 跨开发、测试和生产的环境一致性:在笔记本计算机上也可以和在云中运行一样的应用程序。
  • 跨云和操作系统发行版本的可移植性:可在 Ubuntu、RHEL、CoreOS、本地、 Google Kubernetes Engine 和其他任何地方运行。
  • 以应用程序为中心的管理:提高抽象级别,从在虚拟硬件上运行 OS 到使用逻辑资源在 OS 上运行应用程序。
  • 松散耦合、分布式、弹性、解放的微服务:应用程序被分解成较小的独立部分, 并且可以动态部署和管理 - 而不是在一台大型单机上整体运行。
  • 资源隔离:可预测的应用程序性能。
  • 资源利用:高效率和高密度。

二、架构

1、整体主从方式

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2、Master 节点架构

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  • kube-apiserver

    • 对外暴露 K8S 的 api 接口,是外界进行资源操作的唯一入口
    • 提供认证、授权、访问控制、API 注册和发现等机制
  • etcd

    • 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。
    • Kubernetes 集群的 etcd 数据库通常需要有个备份计划
  • kube-scheduler

    • 主节点上的组件,该组件监视那些新创建的未指定运行节点的Pod,并选择节点让 Pod 在上面运行。
    • 所有对 k8s 的集群操作,都必须经过主节点进行调度
  • kube-controller-manager

    • 在主节点上运行控制器的组件
    • 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。
      • 副本控制器(Replication Controller) : 负责为系统中的每个副本控制器对象维护正确数量的 Pod。
      • 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

3、Node 节点架构

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  • kubelet
    • 一个在集群中每个节点上运行的代理。它保证容器都运行在Pod 中。
    • 负责维护容器的生命周期,同时也负责 Volume(CSI)和网络(CNI)的管理;
  • kube-proxy
    • 负责为 Service 提供 cluster 内部的服务发现和负载均衡;
  • 容器运行环境(Container Runtime)
    • 容器运行环境是负责运行容器的软件。
    • Kubernetes 支持多个容器运行环境: Docker、 containerd、cri-o、rktlet 以及任何实现 Kubernetes CRI (容器运行环境接口)。
  • fluentd
    • 是一个守护进程,它有助于提供集群层面日志 集群层面的日志。

三、概念

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  • Container:容器,可以是 docker 启动的一个容器

  • Pod:

    • k8s 使用 Pod 来组织一组容器
    • 一个 Pod 中的所有容器共享同一网络。
    • Pod 是 k8s 中的最小部署单元
  • Volume

    • 声明在 Pod 容器中可访问的文件目录
    • 可以被挂载在 Pod 中一个或多个容器指定路径下
    • 支持多种后端存储抽象(本地存储,分布式存储,云存储…)
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  • Controllers:更高层次对象,部署和管理 Pod;

    • ReplicaSet:确保预期的 Pod 副本数量
    • Deplotment:无状态应用部署
    • StatefulSet:有状态应用部署
    • DaemonSet:确保所有 Node 都运行一个指定 Pod
    • Job:一次性任务
    • Cronjob:定时任务
  • Deployment:

    • 定义一组 Pod 的副本数目、版本等
    • 通过控制器(Controller)维持 Pod 数目(自动回复失败的 Pod)
    • 通过控制器以指定的策略控制版本(滚动升级,回滚等)
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  • Service

    • 定义一组 Pod 的访问策略
    • Pod 的负载均衡,提供一个或者多个 Pod 的稳定访问地址
    • 支持多种方式(ClusterIP、NodePort、LoadBalance)
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  • Label:标签,用于对象资源的查询,筛选
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  • Namespace:命名空间,逻辑隔离

    • 一个集群内部的逻辑隔离机制(鉴权,资源)
    • 每个资源都属于一个 namespace
    • 同一个 namespace 所有资源名不能重复
    • 不同 namespace 可以资源名重复
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  • API:

    • 我们通过 kubernetes 的 API 来操作整个集群。
    • 可以通过 kubectl、ui、curl 最终发送 http+json/yaml 方式的请求给 API Server,然后控制k8s集群。k8s 里的所有的资源对象都可以采用 yaml 或 JSON 格式的文件定义或描述

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