谷粒商城 集群篇 (一) --------- K8s 快速入门

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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

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

2、Master 节点架构

• 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

• 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

• 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…)
    

• 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）
    

• 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）
    

• Label：标签，用于对象资源的查询，筛选
  

• 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
    

• 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