【k8s概念】一文搞懂k8s核心概念！！！

1. k8s简介

1.1 k8s概念

Kubernetes 是一个可移植、可扩展的开源平台，用于管理容器化的工作负载和服务，方便进行声明式配置和自动化。Kubernetes 拥有一个庞大且快速增长的生态系统，其服务、支持和工具的使用范围广泛。

Kubernetes 这个名字源于希腊语，意为“舵手”或“飞行员”。k8s 这个缩写是因为 k 和 s 之间有八个字符的关系。 Google 在 2014 年开源了 Kubernetes 项目。Kubernetes 建立在 Google 在大规模运行生产工作负载方面拥有十几年的经验 的基础上，结合了社区中最好的想法和实践。

1.2 作用/功能

1. 服务发现和负载均衡
Kubernetes 可以使用 DNS 名称或自己的 IP 地址来暴露容器。 如果进入容器的流量很大， Kubernetes 可以负载均衡并分配网络流量，从而使部署稳定。
2. 存储编排
Kubernetes 允许你自动挂载你选择的存储系统，例如本地存储、公共云提供商等。
3. 自动部署和回滚
你可以使用 Kubernetes 描述已部署容器的所需状态， 它可以以受控的速率将实际状态更改为期望状态。 例如，你可以自动化 Kubernetes 来为你的部署创建新容器， 删除现有容器并将它们的所有资源用于新容器。
4. 自动完成装箱计算
你为 Kubernetes 提供许多节点组成的集群，在这个集群上运行容器化的任务。 你告诉 Kubernetes 每个容器需要多少 CPU 和内存 (RAM)。 Kubernetes 可以将这些容器按实际情况调度到你的节点上，以最佳方式利用你的资源。
5. 自我修复
Kubernetes 将重新启动失败的容器、替换容器、杀死不响应用户定义的运行状况检查的容器， 并且在准备好服务之前不将其通告给客户端。
6. 密钥与配置管理
Kubernetes 允许你存储和管理敏感信息，例如密码、OAuth 令牌和 ssh 密钥。 你可以在不重建容器镜像的情况下部署和更新密钥和应用程序配置，也无需在堆栈配置中暴露密钥。

2. k8s集群搭建方式

部署k8s集群有很多种方式，例如二进制部署、kubeadm方式部署，亦或者使用Rancher部署，均可达到目的。
二进制部署方式比较久远，笔者没有使用过这种方式搭建集群，所以这里不做记录，如果需要，请自行搜索。

使用kubeadm方式搭建高可用k8s集群参考这篇文章：https://blog.csdn.net/weixin_64124795/article/details/129194945
使用Rancher部署k8s集群参考这篇文章（单节点master）：https://blog.csdn.net/weixin_64124795/article/details/129289289
使用Rancher的搭建高可用k8s集群参考这篇文章：https://dongweizhen.blog.csdn.net/article/details/119352792

3. k8s核心组件

3.1 Master Node（控制平面组件）

官网链接：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/overview/components/
1. kube-apiserver
Kubernetes API 集群的统一入口，各组件的协调者，以 RESTful API 提供接口方式，所有的对象资源的增删改查和监听操作都交给 APIServer 处理后再提交。它是发往集群的所有rest操作命令的接入点，并负责接收、校验并响应所有的rest请求，结果状态被持久存储于etcd中，因此，apiserver是整个集群的网关。
简言之，kube-apiserver是资源操作的唯一入口，接收用户输入的命令，提供认证、授权、API注册和服务发现等机制。

2. kube-controller-manager
处理集群中常规后台任务，一个资源对应一个控制器，而 controllerManager 就是负责处理这些控制器的。集群级别的大多数功能都是由几个被称为控制器的进程执行实现的，这几个进程被集成于kube-controller-manager守护进程中。由控制器完成的功能主要包括生命周期功能和api业务逻辑，具体如下：
生命周期功能：包括namespace创建和生命周期、event垃圾回收、pod终止相关的垃圾回收、级联垃圾回收及node垃圾回收等。
api业务逻辑：例如，由replicaset执行的pod扩展等。
简言之，kube-controller-manager 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、滚动更新等。

3. kube-scheduler
根据调度算法为新创建的 pod 选择一个 Node 节点，可以任意部署，可以部署在同一个节点上，也可以部署在不同的节点上。由scheduler根据集群内各节点的可用资源状态，以及要运行的容器的资源需求做出调度决策。
简言之，负责集群资源调度，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的node节点上。

4. cluster state store(etcd)
kubernetes集群的所有状态信息都需要持久存储于存储系统etcd中，不过，etcd是由coreos基于raft协议开发的分布式键值存储，可用于服务发现、共享配置以及一致性保障（如数据库主节点选择、分布式锁等）。因此，etcd是独立的服务组件，并不隶属于kubernetes集群自身。生产环境中应该以etcd集群的方式运行以确保其服务可用性。
etcd不仅能够提供键值数据存储，而且还为其提供了监听（watch）机制，用于监听和推送变更。k8s集群系统中，etcd中的键值发生变化时会通知到apiserver，并由其通过watch api向客户端输出。基于watch机制，k8s集群的个组件实现了高效协同。
简言之，负责存储集群中各种资源对象的信息，Key-Value方式存储，所有的 k8s 集群数据存放在此。

3.2 Worker Node

1. kubelet
kubelet 是 Master 在 Worker 节点上的代理，管理本机运行容器的生命周期。比如创建容器，Pod 挂载数据卷，下载 Secret，获取容器和节点状态等工作，kubelet 将每个 Pod 转换成一组容器。它从apiserver接收关于pod对象的配置信息并确保它们处于期望的状态（desired state，也是目标状态）。kubelet会在apiserver上注册当前工作节点，定期向master汇报节点资源使用情况，并通过cadvisor监控容器和节点的资源占用状况。
简言之，负责维护容器的生命周期，即通过控制docker，来创建、更新、销毁容器，会按固定频率检查节点健康状态并上报给 APIServer，该状态会记录在 Node 对象的 status 中。

2. kube-proxy
在 Node 节点上实现 Pod 网络代理，维护网络规则和四层负载均衡工作。
它能够按需为service资源对象生成iptables或ipvs规则，从而捕获访问当前service的clusterip的流量并将其转发至正确的后端pod对象，实现让 Pod 节点（一个或者多个容器）对外提供服务 docker 或 rocket。
简言之，负责提供集群内部的服务发现和负载均衡。

3. container runtime
每个node都要提供一个容器运行时环境，它负责下载镜像并运行容器。kubelet并未固定链接至某容器运行时环境，而是以插件的方式载入配置的容器环境，这种方式清晰地定义了各组件的边界。目前k8s支持的容器运行环境包括docker、rkt、cri-o、fraki等。

k8s集群还依赖于一组成为“组件”（add-ons）的组件以提供完整的功能，它们通常是由第三方提供的特定应用程序，并且托管运行于k8s集群之上。
kubedns：负责为整个集群提供 DNS 服务。在k8s集群中调度运行提供dns服务的pod，同一集群中的其他pod可使用此dns服务器解决主机名。k8s自1.11版本开始默认使用coredns项目为集群提供服务注册和服务发现的动态名称解析服务，之前的版本中用到的是kube-dns和skydns项目。
dashboard：提供 GUI图形化界面。kubernetes集群的全部功能都要基于web的UI来管理集群中的应用甚至是集群自身。
heapster：提供资源监控。容器和节点的性能监控与分析系统，它收集并解析多种指标数据，如资源利用率、生命周期事件等。新版本的k8s中，其功能会逐渐由prometheus结合其他组件所取代。
ingress controller：为服务提供外网入口。service是一种工作于传统层的负载均衡器，而ingress是在应用层实现的http(s)负载均衡机制。不过，ingress资源自身并不能进行“流量穿透”，它仅是一组路由规则的集合，这些规则需要通过ingress控制器（ingress controller）发挥作用。目前，此类的可用项目有nginx、traefik、envoy及haproxy等。
Fluentd-elasticsearch ：提供集群日志采集、存储与查询。
参考文章：https://blog.csdn.net/qq_35550345/article/details/103714455

4. k8s核心概念

4.1 容器

现代软件开发的目标之一是保证各类应用程序在相同的主机或集群上可以彼此隔离。虚拟机是解决该问题的一个方案。但虚拟机需要他们自己的操作系统，所以他们的规模通常是千兆字节。

容器则恰恰相反，它可以隔离应用程序的执行环境但共享底层操作系统。所以，容器就像一个盒子，我们可以在其中保存一切运行应用程序所需要的：代码、运行时、系统工具、系统仓库、设置等。它们通常仅需要几兆字节即可运行，远远少于虚拟机所需资源，并且可以立即启动。

4.2 工作负载——Pod

参考csdn文档：https://blog.csdn.net/weixin_64124795/article/details/128943080
网络文章：http://www.uml.org.cn/yunjisuan/2022051844.asp

1. Pod概念
Pod 是 k8s 系统中可以创建和管理的最小单元，是资源对象模型中由用户创建或部署的最小资源对象模型，也是在 k8s 上运行容器化应用的资源对象，其他的资源对象都是用来支撑或者扩展 Pod 对象功能的，比如控制器对象是用来管控 Pod 对象的，Service 或者Ingress 资源对象是用来暴露 Pod 引用对象的，PersistentVolume 资源对象是用来为 Pod提供存储等等，k8s 不会直接处理容器，而是 Pod。Pod 是由一个或多个 container 组成。

每一个 Pod 都有一个特殊的被称为”根容器“的 Pause容器。Pause 容器对应的镜像属于 Kubernetes 平台的一部分，除了 Pause 容器，每个 Pod还包含一个或多个紧密相关的用户业务容器，如下图。

2. POD特性

• 资源共享
  一个 Pod 里的多个容器可以共享存储和网络，可以看作一个逻辑的主机。共享的如namespace,cgroups 或者其他的隔离资源。
  多个容器共享同一 network namespace，由此在一个 Pod 里的多个容器共享 Pod 的 IP 和端口 namespace，所以一个 Pod 内的多个容器之间可以通过 localhost 来进行通信，所需要注意的是不同容器要注意不要有端口冲突即可。不同的 Pod 有不同的 IP，不同 Pod 内的多个容器之前通信，不可以使用 IPC（如果没有特殊指定的话）通信，通常情况下使用 Pod的 IP 进行通信。
  一个 Pod 里的多个容器可以共享存储卷，这个存储卷会被定义为 Pod 的一部分，并且可以挂载到该 Pod 里的所有容器的文件系统上。
• 生命周期短暂
  Pod 属于生命周期比较短暂的组件，比如，当 Pod 所在节点发生故障，那么该节点上的 Pod会被调度到其他节点，但需要注意的是，被重新调度的 Pod 是一个全新的 Pod，跟之前的Pod 没有半毛钱关系。
• 平坦的网络
  K8s 集群中的所有 Pod 都在同一个共享网络地址空间中，也就是说每个 Pod 都可以通过其他 Pod 的 IP 地址来实现访问。

总结：
最小部署单元
包含多个容器（一组容器的集合）
一个pod中容器共享网络命名空间（NameSpace）
pod是短暂的

4.3 Pod控制器

在介绍工作负载资源相关概念之前，先介绍一下Pod控制器（Controller）的概念，那什么是Pod控制器呢？

Pod控制器是用于实现管理pod的中间层。使用Pod控制器之后，只需要告诉Pod控制器，想要多少个什么样的Pod就可以了，它会创建出满足条件的Pod并确保每一个Pod资源处于用户期望的目标状态。如果Pod资源在运行中出现故障，它会基于指定策略重新编排Pod。

在kubernetes中，按照pod的创建方式可以将其分为两类：
自主式pod：kubernetes直接创建出来的Pod，这种pod删除后就没有了，也不会重建
控制器创建的pod：kubernetes通过控制器创建的pod，这种pod删除了之后还会自动重建

Pod和Controller关系
（1）Pod是通过Controller实现应用的运维，比如伸缩、滚动升级等等
（2）Pod和Controller之间通过label标签关系

4.3.1 ReplicationController(RC)

当我们定义了一个 ReplicationController（RC）并提交到 Kubernetes 集群中以后，Master 节点上的 Controller Manager 组件就得到通知，定期检查系统中存活的 Pod，并确保目标 Pod 实例的数量刚好等于 RC 的预期值，如果有过多或过少的 Pod 运行，系统就会停掉或创建一些 Pod。此外我们也可以通过修改 RC 的副本
数量，来实现 Pod 的动态缩放功能。RC是一种比较原始的pod控制器，已经被废弃，由ReplicaSet替代。

4.3.2 ReplicaSet(RS)

ReplicaSet(RS) 保证Pod副本数量一直维持在期望值，并支持pod的数量扩缩容，镜像版本升级等功能。
ReplicaSet 跟 ReplicationController 没有本质的不同，只是名字不一样，并且ReplicaSet 支持集合式的 selector（ReplicationController 仅支持等式）。Kubernetes 官方强烈建议避免直接使用 ReplicaSet，而应该通过 Deployment 来创建 RS 和Pod。由于 ReplicaSet 是 ReplicationController 的代替物，因此用法基本相同，唯一的区别在于 ReplicaSet 支持集合式的 selector。

RC与RS的区别：
由于 Replication Controller 与 Kubernetes 代码中的模块 Replication Controller 同名， 所以在 Kubernetes v1.2 时， 它就升级成了另外一个新的概念 Replica Set，官方解释为 下一代的 RC，它与 RC 区别是：RS 支持基于集合的 Label selector，而 RC 只支 持基于等式的 Label Selector。我们很少单独使用 ReplicaSet，它主要被 Deployment 这 个更高层面的资源对象所使用，从而形成一整套 Pod 创建、删除、更新的编排机制。最好不要越过 RS 直接创建 Pod， 因为 Replication Set 会通过 RS 管理 Pod 副本，实现自动创建、补足、替换、删除 Pod 副本，这样就能提高应用的容灾能力，减少由于节点 崩溃等意外状况造成的损失。即使应用程序只有一个 Pod 副本，也强烈建议使用 RS 来 定义 Pod。

4.3.3 Deployment

1. 概念
Deployment 为 Pod和Replica Set 提供了一个声明式定义(declarative)方法，用来替代以前的ReplicationController来方便的管理应用。
kubernetes为了更好的解决服务编排的问题，在V1.2版本开始，引入了Deployment控制器。这种控制器并不直接管理pod，而是通过管理ReplicaSet来间接管理Pod，即：Deployment管理ReplicaSet，ReplicaSet管理Pod。所以Deployment比ReplicaSet功能更加强大。

2. Deployment主要功能
● 支持ReplicaSet的所有功能
● 支持发布的停止、继续
● 支持滚动升级和回滚版本
● deployment支持版本升级过程中的暂停、继续功能以及版本回退等诸多功能

金丝雀发布
Deployment控制器支持控制更新过程中的控制，如“暂停(pause)”或“继续(resume)”更新操作。
比如有一批新的Pod资源创建完成后立即暂停更新过程，此时，仅存在一部分新版本的应用，主体部分还是旧的版本。然后，再筛选一小部分的用户请求路由到新版本的Pod应用，继续观察能否稳定地按期望的方式运行。确定没问题之后再继续完成余下的Pod资源滚动更新，否则立即回滚更新操作。这就是所谓的金丝雀发布。

4.3.4 Horizontal Pod Autoscaler(HPA)

Horizontal Pod Autoscal(Pod 横向扩容 简称 HPA)与 RC、Deployment 一样，也属于一种Kubernetes 资源对象。通过追踪分析 RC 控制的所有目标 Pod 的负载变化情况，来确定是否需要针对性地调整目标 Pod 的副本数量，这是 HPA 的 实现原理。
Kubernetes 对 Pod 扩容与缩容提供了手动和自动两种模式，手动模式通过 kubectl scale ... 命令对一个 Deployment/RC 进行 Pod 副本数量的设置。自动模式则需要用户根据某个性能指标或者自定义业务指标，并指定 Pod 副本数量的范围，系统将自动在这个范围内根据性能指标的变化进行调整。

4.3.5 DaemonSet

1. 概念
DaemonSet类型的控制器可以保证在集群中的每一台（或指定）节点上都运行一个副本。一般适用于日志收集、节点监控等场景。也就是说，如果一个Pod提供的功能是节点级别的（每个节点都需要且只需要一个），那么这类Pod就适合使用DaemonSet类型的控制器创建。

2. 特点
● 每当向集群中添加一个节点时，指定的 Pod 副本也将添加到该节点上
● 当节点从集群中移除时，Pod 也就被垃圾回收了

4.3.6 StatefulSet

StatefulSet 是用来管理有状态应用的工作负载 API 对象。
StatefulSet 用来管理某 Pod 集合的部署和扩缩，并为这些 Pod 提供持久存储和持久标识符。
和 Deployment 类似， StatefulSet 管理基于相同容器规约的一组 Pod。但和 Deployment 不同的是， StatefulSet 为它们的每个 Pod 维护了一个有粘性的 ID。这些 Pod 是基于相同的规约来创建的， 但是不能相互替换：无论怎么调度，每个 Pod 都有一个永久不变的 ID。

4.3.7 Cronjob

CronJob控制器以Job控制器资源为其管控对象，并借助它管理pod资源对象，Job控制器定义的作业任务在其控制器资源创建之后便会立即执行，但CronJob可以以类似于Linux操作系统的周期性任务作业计划的方式控制其运行时间点及重复运行的方式。也就是说，CronJob可以在特定的时间点(反复的)去运行job任务。

4.3.8 Job

Job，主要用于负责批量处理(一次要处理指定数量任务)短暂的一次性(每个任务仅运行一次就结束)任务。Job特点如下：
● 当Job创建的pod执行成功结束时，Job将记录成功结束的pod数量
● 当成功结束的pod达到指定的数量时，Job将完成执行

4.4 服务发现

4.4.1 Service

1. 概念

在kubernetes中，pod是应用程序的载体，我们可以通过pod的ip来访问应用程序，但是pod的ip地址不是固定的，这也就意味着不方便直接采用pod的ip对服务进行访问。
为了解决这个问题，kubernetes提供了Service资源，Service会对提供同一个服务的多个pod进行聚合，并且提供一个统一的入口地址。通过访问Service的入口地址就能访问到后面的pod服务。
Service在很多情况下只是一个概念，真正起作用的其实是kube-proxy服务进程，每个Node节点上都运行着一个kube-proxy服务进程。当创建Service的时候会通过api-server向etcd写入创建的service的信息，而kube-proxy会基于监听的机制发现这种Service的变动，然后它会将最新的Service信息转换成对应的访问规则。

2. kube-proxy三种工作模式

① userspace 模式
userspace模式下，kube-proxy会为每一个Service创建一个监听端口，发向Cluster IP的请求被Iptables规则重定向到kube-proxy监听的端口上，kube-proxy根据LB算法选择一个提供服务的Pod并和其建立链接，以将请求转发到Pod上。 该模式下，kube-proxy充当了一个四层负载均衡器的角色。由于kube-proxy运行在userspace中，在进行转发处理时会增加内核和用户空间之间的数据拷贝，虽然比较稳定，但是效率比较低。

② iptables 模式
iptables模式下，kube-proxy为service后端的每个Pod创建对应的iptables规则，直接将发向Cluster IP的请求重定向到一个Pod IP。 该模式下kube-proxy不承担四层负载均衡器的角色，只负责创建iptables规则。该模式的优点是较userspace模式效率更高，但不能提供灵活的LB策略，当后端Pod不可用时也无法进行重试。

③ ipvs 模式
ipvs模式和iptables类似，kube-proxy监控Pod的变化并创建相应的ipvs规则。ipvs相对iptables转发效率更高。除此以外，ipvs支持更多的LB算法。

3. Service常用类型

ClusterIP：默认值，它是Kubernetes系统自动分配的虚拟IP，只能在集群内部访问
NodePort：将Service通过指定的Node上的端口暴露给外部，通过此方法，就可以在集群外部访问服务
LoadBalancer：使用外接负载均衡器完成到服务的负载分发，注意此模式需要外部云环境支持
ExternalName： 把集群外部的服务引入集群内部，直接使用

1. ClusterIP类型的Service
Endpoint是kubernetes中的一个资源对象，存储在etcd中，用来记录一个service对应的所有pod的访问地址，它是根据service配置文件中selector描述产生的。
一个Service由一组Pod组成，这些Pod通过Endpoints暴露出来，Endpoints是实现实际服务的端点集合。换句话说，service和pod之间的联系是通过Endpoints实现的。

2. NodePort类型的Service
通过ClusterIp暴露出的IP地址只有集群内部才可以访问，如果希望将Service暴露给集群外部使用，那么就要使用到NodePort类型的Service。NodePort的工作原理其实就是将service的端口映射到Node的一个端口上，然后就可以通过NodeIp:NodePort来访问service了。

3. LoadBalancer类型的Service
LoadBalancer和NodePort很相似，目的都是向外部暴露一个端口，区别在于LoadBalancer会在集群的外部再来做一个负载均衡设备，而这个设备需要外部环境支持的，外部服务发送到这个设备上的请求，会被设备负载之后转发到集群中。

4. ExternalName类型的Service
ExternalName类型的Service用于引入集群外部的服务，它通过externalName属性指定外部一个服务的地址，然后在集群内部访问此service就可以访问到外部的服务了。

5. HeadLiness类型的Service
在某些场景中，开发人员可能不想使用Service提供的负载均衡功能，而希望自己来控制负载均衡策略，针对这种情况，kubernetes提供了HeadLiness Service，这类Service不会分配Cluster IP，如果想要访问service，只能通过service的域名进行查询。

4.4.2 Ingress

参考文章：https://blog.csdn.net/L2111533547/article/details/126248597
https://blog.csdn.net/WuDan_1112/article/details/126234642
https://blog.csdn.net/weixin_64124795/article/details/128999344

Kubernetes暴露服务的方式目前只有三种：LoadBlancer Service、NodePort Service、Ingress。
简单说，Ingress是一个代理，可以根据配置转发请求到指定的服务上。

1. 基本概念

Ingress概念：和之前提到的Service、Deployment，也是一个k8s的资源类型，ingress用于实现用域名的方式访问k8s内部应用。
Ingress为Kubernetes集群中的服务提供了入口，可以提供负载均衡、SSL终止和基于名称的虚拟主机，在生产环境中常用的Ingress有Treafik、Nginx、HAProxy、Istio等。

在Kubernetesv 1.1版中添加的Ingress用于从集群外部到集群内部Service的HTTP和HTTPS路由，流量从Internet到Ingress再到Services最后到Pod上，通常情况下，Ingress部署在所有的Node节点上。
Ingress可以配置提供服务外部访问的URL、负载均衡、终止SSL，并提供基于域名的虚拟主机。但Ingress不会暴露任意端口或协议。

2. 为什么需要Ingress资源

由于K8S集群拥有强大的副本控制能力，Pod随时可能从一个节点上被驱逐到另一个节点上，或者直接销毁再来一个新的。
然而伴随着Pod的销毁和重生，Pod的IP等信息不断地在改变，此时使用K8S提供的Service机制可以解决这一问题，Service通过标签选定指定的Pod作为后端服务，并监听这些Pod的变化。
在对外暴露服务时，使用Service的NodePort是一个方法，同时也有问题存在：

Q1-如何管理端口
当需要对外暴露的服务量比较多的时候，端口管理的问题变会暴露出来。
此时的一个处理方案是使用一个代理服务（例如nginx）根据请求信息将请求转发到不同的服务器上。
Q2-如何管理转发配置
每当有新服务加入，都需要对该服务的配置进行修改、升级，在服务数量逐渐变多后，该配置项目会变得越来越大，手工修改的风险也会逐渐增高。
那么需要一个工具来简化这一过程，希望可以通过简单的配置动态生成代理中复杂的配置，最好还可以顺手重新加载配置文件。
K8S刚好也提供了此类型资源。

a. Pod漂移问题

众所周知 Kubernetes 具有强大的副本控制能力，能保证在任意副本(Pod)挂掉时自动从其他机器启动一个新的，还可以动态扩容等，总之一句话，这个 Pod 可能在任何时刻出现在任何节点上，也可能在任何时刻死在任何节点上；那么自然随着 Pod 的创建和销毁，Pod IP 肯定会动态变化；那么如何把这个动态的 Pod IP 暴露出去？

这里借助于 Kubernetes 的 Service 机制，Service 可以以标签的形式选定一组带有指定标签的 Pod，并监控和自动负载他们的 Pod IP，那么我们向外暴露只暴露 Service IP 就行了；这就是 NodePort 模式：即在每个节点上开起一个端口，然后转发到内部 Pod IP 上，如下图所示

b. 端口管理问题

采用 NodePort 方式暴露服务面临一个坑爹的问题是，服务一旦多起来，NodePort 在每个节点上开启的端口会及其庞大，而且难以维护；这时候引出的思考问题是 “能不能使用 Nginx 啥的只监听一个端口，比如 80，然后按照域名向后转发？
这思路很好，简单的实现就是使用 DaemonSet 在每个 node 上监听 80，然后写好规则，因为 Nginx 外面绑定了宿主机 80 端口(就像 NodePort)，本身又在集群内，那么向后直接转发到相应 Service IP 就行了，如下图所示

c. 域名分配及动态更新问题

从上面的思路，采用 Nginx 似乎已经解决了问题，但是其实这里面有一个很大缺陷：每次有新服务加入怎么改 Nginx 配置？总不能手动改或者来个 Rolling Update 前端 Nginx Pod 吧？这时候 “伟大而又正直勇敢的” Ingress 登场，如果不算上面的 Nginx，Ingress 只有两大组件：Ingress Controller 和 Ingress。

Ingress 简单的理解就是你原来要改 Nginx 配置，然后配置各种域名对应哪个 Service，现在把这个动作抽象出来，变成一个 Ingress 对象，你可以用 yaml 创建，每次不要去改 Nginx 了，直接改 yaml 然后创建/更新就行了；那么问题来了：”Nginx 咋整？”
Ingress Controller 这东西就是解决 “Nginx 咋整” 的；Ingress Controoler 通过与 Kubernetes API 交互，动态的去感知集群中 Ingress 规则变化，然后读取他，按照他自己模板生成一段 Nginx 配置，再写到 Nginx Pod 里，最后 reload 一下，工作流程如下图

当然在实际应用中，最新版本 Kubernetes 已经将 Nginx 与 Ingress Controller 合并为一个组件，所以 Nginx 无需单独部署，只需要部署 Ingress Controller 即可。

3. Ingress Contronler 概念

Ingress Contronler通过于k8s API交互，动态去感知集群中Ingress 规则变化，然后读取它按照自定义规则，规则就是写明哪个域名对应哪个service ，生成一段nginx配资后，应用到管理Nginx服务， 然后热加载生效，从而达到Nginx负载均衡器配置及动态更新问题。

从上图可以很清晰的看出，实际上请求进来还是被负载均衡器拦截，比如nginx，然后ingress controller通过跟ingress交互得知某个域名对应哪个service，再通过k8s api交互得知service地址等信息；综合以后生成配置文件时写入负载均衡器，然后负载均衡器reload改规则便可实现服务发现，即动态映射。

4. Ingress 工作原理

（1）ingress-controller通过和 kubernetes APIServer 交互，动态的去感知集群中ingress规则变化，
（2）然后读取它，按照自定义的规则，规则就是写明了哪个域名对应哪个service，生成一段nginx配置，
（3）再写到nginx-ingress-controller的pod里，这个ingress-controller的pod里运行着一个Nginx服务，控制器会把生成的 nginx配置写入 /etc/nginx.conf文件中，
（4）然后reload一下使配置生效。以此达到域名区分配置和动态更新的作用。

在使用普通的Service时，集群中每个节点的kube-proxy在监听到Service和Endpoints的变化时，会动态的修改相关的iptables的转发规则。 客户端在访问时通过iptables设置的规则进行路由转发达到访问服务的目的。

而Ingress则跳过了kube-proxy这一层，通过Ingress Controller中的代理配置进行路由转发达到访问目标服务的目的。

实际上可以把IngressController看做一个拥有默认处理后端的代理，根据Ingress资源的配置动态修改代理的配置文件，以实现按照规则转发请求的功能。

5. ingress 暴露服务的方式

• 方式一：Deployment+LoadBalancer 模式的 Service
  如果要把ingress部署在公有云，那用这种方式比较合适。用Deployment部署ingress-controller，创建一个 type为 LoadBalancer 的 service 关联这组 pod。大部分公有云，都会为 LoadBalancer 的 service 自动创建一个负载均衡器，通常还绑定了公网地址。 只要把域名解析指向该地址，就实现了集群服务的对外暴露。
• 方式二：DaemonSet+HostNetwork+nodeSelector
  用DaemonSet结合nodeselector来部署ingress-controller到特定的node上，然后使用HostNetwork直接把该pod与宿主机node的网络打通，直接使用宿主机的80/433端口就能访问服务。这时，ingress-controller所在的node机器就很类似传统架构的边缘节点，比如机房入口的nginx服务器。该方式整个请求链路最简单，性能相对NodePort模式更好。缺点是由于直接利用宿主机节点的网络和端口，一个node只能部署一个ingress-controller pod。 比较适合大并发的生产环境使用。
• 方式三：Deployment+NodePort模式的Service
  同样用deployment模式部署ingress-controller，并创建对应的service，但是type为NodePort。这样，ingress就会暴露在集群节点ip的特定端口上。由于nodeport暴露的端口是随机端口，一般会在前面再搭建一套负载均衡器来转发请求。该方式一般用于宿主机是相对固定的环境ip地址不变的场景。
  NodePort方式暴露ingress虽然简单方便，但是NodePort多了一层NAT，在请求量级很大时可能对性能会有一定影响。

4.5 存储

4.5.1 Volume

Volume是Pod中能够被多个容器访问的共享目录，它被定义在Pod上，然后被一个Pod里的多个容器挂载到具体的文件目录下，kubernetes通过Volume实现同一个Pod中不同容器之间的数据共享以及数据的持久化存储。Volume的生命容器不与Pod中单个容器的生命周期相关，当容器终止或者重启时，Volume中的数据也不会丢失。
kubernetes的Volume支持多种类型，比较常见的有下面几个：
基本存储：EmptyDir、HostPath、NFS
高级存储：PV、PVC
配置存储：ConfigMap、Secret

4.5.2 基本存储

4.5.2.1 EmptyDir

EmptyDir是最基础的Volume类型，一个EmptyDir就是Host上的一个空目录。

EmptyDir是在Pod被分配到Node时创建的，它的初始内容为空，并且无须指定宿主机上对应的目录文件，因为kubernetes会自动分配一个目录，当Pod销毁时， EmptyDir中的数据也会被永久删除。
EmptyDir用途如下：
● 临时空间，例如用于某些应用程序运行时所需的临时目录，且无须永久保留
● 一个容器需要从另一个容器中获取数据的目录（多容器共享目录）

4.5.2.2 HostPath

EmptyDir中数据不会被持久化，它会随着Pod的结束而销毁，如果想简单的将数据持久化到主机中，可以选择HostPath。

HostPath就是将Node主机中一个实际目录挂在到Pod中，以供容器使用，这样的设计就可以保证Pod销毁了，但是数据依据可以存在于Node主机上。

4.5.2.3 NFS

HostPath可以解决数据持久化的问题，但是一旦Node节点故障了，Pod如果转移到了别的节点，又会出现问题了，此时需要准备单独的网络存储系统，比较常用的用NFS、CIFS。
NFS是一个网络文件存储系统，可以搭建一台NFS服务器，然后将Pod中的存储直接连接到NFS系统上，这样的话，无论Pod在节点上怎么转移，只要Node跟NFS的对接没问题，数据就可以成功访问，实现持久化存储的目的。

4.5.3 高级存储

PV（Persistent Volume）是持久化卷的意思，是对底层的共享存储的一种抽象。一般情况下PV由kubernetes管理员进行创建和配置，它与底层具体的共享存储技术有关，并通过插件完成与共享存储的对接。

PVC（Persistent Volume Claim）是持久卷声明的意思，是用户对于存储需求的一种声明。换句话说，PVC其实就是用户向kubernetes系统发出的一种资源需求申请。

使用了PV和PVC之后，工作可以得到进一步的细分：
存储：存储工程师维护
PV： kubernetes管理员维护
PVC：kubernetes用户维护

生命周期

PVC和PV是一一对应的，PV和PVC之间的相互作用遵循以下生命周期：
Provisioning ——-> Binding ——–>Using——>Releasing——>Recycling
资源供应：通过集群外的存储系统或者云平台来提供存储持久化支持。
● 静态提供 Static：集群管理员创建多个 PV。 它们携带可供集群用户使用的真实存储的详细信息。 它们存在于 Kubernetes API 中，可用于消费。
● 动态提供 Dynamic：当管理员创建的静态 PV 都不匹配用户的 PersistentVolumeClaim 时，集群可能会尝试为 PVC 动态配置卷。 此配置基于 StorageClasses：PVC 必须请求一个类，并且管理员必须已创建并配置该类才能进行动态配置。 要求该类的声明有效地为自己禁用动态配置。
资源绑定：用户创建PVC，kubernetes负责根据PVC的声明去寻找PV，并绑定
在用户定义好PVC之后，系统将根据PVC对存储资源的请求在已存在的PV中选择一个满足条件的
一旦找到，就将该PV与用户定义的PVC进行绑定，用户的应用就可以使用这个PVC了
如果找不到，PVC则会无限期处于Pending状态，直到等到系统管理员创建了一个符合其要求的PV
PV一旦绑定到某个PVC上，就会被这个PVC独占，不能再与其他PVC进行绑定了
资源使用：用户可在pod中像volume一样使用pvc
Pod使用Volume的定义，将PVC挂载到容器内的某个路径进行使用。
资源释放：用户删除pvc来释放pv
当存储资源使用完毕后，用户可以删除PVC，与该PVC绑定的PV将会被标记为“released”，但还不能立刻与其他PVC进行绑定。由于还保留着之前的数据，这些数据需要根据不同的策略来处理，否则这些存储资源无法被其他 pvc 使用。
资源回收：kubernetes根据pv设置的回收策略进行资源的回收，pv 可以设置三种回收策略：保留（Retain），回收（Recycle）和删除（Delete）。
对于PV，管理员可以设定回收策略，用于设置与之绑定的PVC释放资源之后如何处理遗留数据的问题。只有PV的存储空间完成回收，才能供新的PVC绑定和使用

4.5.3.1 PV

1. 概念
持久卷（PersistentVolume，PV） 是集群中的一块存储，可以由管理员事先制备， 或者使用存储类（Storage Class）来动态制备。 持久卷是集群资源，就像节点也是集群资源一样。PV 持久卷和普通的 Volume 一样， 也是使用卷插件来实现的，只是它们拥有独立于任何使用 PV 的 Pod 的生命周期。 此 API 对象中记述了存储的实现细节，无论其背后是 NFS、iSCSI 还是特定于云平台的存储系统。

2. PV 的关键配置参数说明

• 存储类型
  底层实际存储的类型，kubernetes支持多种存储类型，每种存储类型的配置都有所差异。
• 存储能力（capacity）
  目前只支持存储空间的设置( storage=1Gi )，不过未来可能会加入IOPS、吞吐量等指标的配置。
• 访问模式（accessModes）
  用于描述用户应用对存储资源的访问权限，访问权限包括下面几种方式：
  ReadWriteOnce（RWO）：读写权限，但是只能被单个节点挂载
  ReadOnlyMany（ROX）： 只读权限，可以被多个节点挂载
  ReadWriteMany（RWX）：读写权限，可以被多个节点挂载
  需要注意的是，底层不同的存储类型可能支持的访问模式不同。
• 回收策略（persistentVolumeReclaimPolicy）
  当PV不再被使用了之后，对其的处理方式。目前支持三种策略：
  Retain （保留） 保留数据，需要管理员手工清理数据
  Recycle（回收） 清除 PV 中的数据，效果相当于执行 rm -rf /thevolume/*
  Delete （删除） 与 PV 相连的后端存储完成 volume 的删除操作，当然这常见于云服务商的存储服务
  需要注意的是，底层不同的存储类型可能支持的回收策略不同
• 存储类别
  PV可以通过storageClassName参数指定一个存储类别
  具有特定类别的PV只能与请求了该类别的PVC进行绑定
  未设定类别的PV则只能与不请求任何类别的PVC进行绑定
• 状态（status）
  一个 PV 的生命周期中，可能会处于4中不同的阶段：
  Available（可用）： 表示可用状态，还未被任何 PVC 绑定
  Bound（已绑定）： 表示 PV 已经被 PVC 绑定
  Released（已释放）： 表示 PVC 被删除，但是资源还未被集群重新声明
  Failed（失败）： 表示该 PV 的自动回收失败

4.5.3.2 PVC

1. 概念
持久卷申领（PersistentVolumeClaim，PVC） 表达的是用户对存储的请求。概念上与 Pod 类似。 Pod 会耗用节点资源，而 PVC 申领会耗用 PV 资源。Pod 可以请求特定数量的资源（CPU 和内存）；同样 PVC 申领也可以请求特定的大小和访问模式 （例如，可以要求 PV 卷能够以 ReadWriteOnce、ReadOnlyMany 或 ReadWriteMany 模式之一来挂载）。
PVC是资源的申请，用来声明对存储空间、访问模式、存储类别需求信息。

2. PVC 的关键配置参数说明

• 访问模式（accessModes）
  用于描述用户应用对存储资源的访问权限
• 选择条件（selector）
  通过Label Selector的设置，可使PVC对于系统中己存在的PV进行筛选
• 存储类别（storageClassName）
  PVC在定义时可以设定需要的后端存储的类别，只有设置了该class的pv才能被系统选出
• 资源请求（Resources ）
  描述对存储资源的请求

4.5.4 配置存储

4.5.4.1 ConfigMap(cm)

ConfigMap 是一种 API 对象，用来将非机密性的数据保存到键值对中。使用时， Pods 可以将其用作环境变量、命令行参数或者存储卷中的配置文件。
ConfigMap 功能在 Kubernetes1.2 版本中引入，许多应用程序会从配置文件、命令行参数或环境变量中读取配 置信息。ConfigMap API给我们提供了向容器中注入配置信息的机制，ConfigMap 可以被用来保存单个属性，也可以用来保存整个配置文件或者 JSON 二进制大对象。

4.5.4.2 Secret

1. 概念
Secret 解决了密码、token、密钥等敏感数据的配置问题，而不需要把这些敏感数据暴露到镜像或者 Pod Spec 中。Secret 可以以 Volume 或者环境变量的方式使用。

2. Secret三种类型

• Service Account :用来访问 Kubernetes API，由 Kubernetes 自动创建，并且会自动挂载到 Pod 的
  /run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount 目录中。
• Opaque : base64 编码格式的 Secret，用来存储密码、密钥等。
• kubernetes.io/dockerconfigjson ：用来存储私有 docker registry 的认证信息。

4.5.5 存储类(StorageClass)

参考文章：https://www.kubernetes.org.cn/4078.html
https://www.cnblogs.com/gaoyukun/articles/17156401.html

1. 概念
   存储类（Storage class）是k8s资源类型的一种，它是有管理员为管理PV更加方便创建的一个逻辑组，可以按照存储系统的性能高低，或者综合服务质量，备份策略等分类。不过k8s本身不知道类别到底是什么，它只是作为一个描述。
   StorageClass 对象的命名很重要，用户使用这个命名来请求生成一个特定的类。 当创建 StorageClass 对象时，管理员设置 StorageClass 对象的命名和其他参数，一旦创建了对象就不能再对其更新。

StorageClass又称为PV动态供给，是k8s1.4之后引入的一个新资源，主要实现了存储卷PV按需创建，动态创建。一旦有pvc资源，storageclass会自动创建pv。
以前静态的PV和PVC都需要手动来创建，因为pv和pvc一一对应，一个pv一旦被绑定就不会再被其他pvc绑定，因此当pvc逐渐增多，pv也会同比增加，这时候就需要自动创建pv，就要用到stroageclass。

和pv、pvc关系
● StorageClass创建的pvc，只要pvc不删除，即使控制器删除、pod删除重建还是会找到原来的pvc，并且持久化数据，一旦pvc删除，下次重建statefulset控制器，重新使用StorageClass创建pvc，pvc的路径就会发生改变，当然pvc一般是不会删除的
● StorageClass可以配合Statefulset控制器为每一个有状态的Pod自动创建PVC并进行挂载，使每一个有状态的pod数据都实现持久化
● StorageClass只能配合statefulset为每个Pod自动创建PVC，因为只有statefulset有volumeClaimTemplates配置选项

2. 原理
   一旦有pvc资源文件，storageclass资源会去找自动配置程序也就是nfs-client-provisioner，由nfs-client-provisioner去创建一个PV，并将PV的数据存储在对应的nfs设备上，然后再从PV中分出一个PVC-1，最后挂载到Pod上实现持久化存储。

3. 部署步骤
   1.编写nfs-client-provisioner程序的rbac授权角色账号
   2.编写nfs-client-provisioner程序的deployment资源文件，与rbac账号进行绑定，使nfs-client-provisioner对pv、pvc有增删改查权限(这是server account存在的原因)
   3.创建一个StorageClass资源关联nfs-client，自动创建PV时，就将PV存储到了nfs-client对应的nfs存储上
   4.编写一个PVC yaml文件，验证是否能自动创建PV
   5.编写一个无状态的yaml文件，使用PVC挂载数据
   6.在statefulset里定义StorageCLass，实现每个pod都使用单独的pvc存储

4. 参数
   每个 StorageClass 都包含 provisioner、parameters 和 reclaimPolicy 字段， 这些字段会在 StorageClass 需要动态制备 PersistentVolume 时会使用到。
   Provisioner（供给方、提供者）：
   即提供了存储资源的存储系统。k8s内建有多重供给方，这些供给方的名字都以“kubernetes.io”为前缀。并且还可以自定义。
   armeters（参数）：
   存储类使用参数描述要关联到的存储卷，注意不同的供给方参数也不同
   ReclaimPolicy：
   PV的回收策略，可用值有Delete(默认)和Retain
   

1）集群管理员预先创建存储类（StorageClass）；
2）用户创建使用存储类的持久化存储声明(PVC：PersistentVolumeClaim)；
3）存储持久化声明通知系统，它需要一个持久化存储(PV: PersistentVolume)；
4）系统读取存储类的信息；
5）系统基于存储类的信息，在后台自动创建PVC需要的PV；
6）用户创建一个使用PVC的Pod；
7）Pod中的应用通过PVC进行数据的持久化；
8）而PVC使用PV进行数据的最终持久化处理

4.6 探针

参考csdn文章：https://blog.csdn.net/weixin_64124795/article/details/129971328

4.6.1 存活探测

liveness probe(存活探测器)：用来探测服务是否存活。如果存活，则正常运行；如果已经死了活着运行状态不正常，即存活检测失败，k8s就会杀死该服务后重启服务，直到正常运行为止。如果容器不提供存活探针，则默认状态为Success如果容器不提供存活探针，则默认状态为Success。

4.6.2 就绪探测

readiness probe(就绪探测器)：用来探测容器内的服务是否全部准备好服务请求，即服务（应用）是否准备好接受访问。如果就绪检测通过，说明服务准备就绪，可以接收流量；如果就绪检测失败，说明服务没有就绪，不具备提供服务流量的能力，同时，会自动从Service的 EndPoint 列表中去除该pod的 IP:Port，停止接收流量，直到检测通过。如果容器不提供就绪探针，则默认状态为Success。

4.6.3 启动探测

startup probe(启动探测器)：kubelet 使用启动探测器可以知道应用程序容器什么时候启动了。 如果配置了启动探测器，就可以控制容器在启动成功后再进行存活性和就绪检查，确保这些存活、就绪探测器不会影响应用程序的启动。这可以用于对慢启动容器进行存活性检测，避免它们在启动运行之前就被杀掉。

4.7 RBAC鉴权

RBAC API 声明了四种 Kubernetes 对象：Role、ClusterRole、RoleBinding 和 ClusterRoleBinding。

1. 概念

RBAC是kubernetes的一种认证访问授权机制，通过设置–authorization-mode=RBAC开启RBAC。RBAC的授权步骤分为两步：
1）定义角色：在定义角色时会指定此角色对于资源的访问控制的规则；
2）绑定角色：将主体与角色进行绑定，对用户进行访问授权。

2. 角色——Role&ClusterRole

在 RBAC API 中，一个角色包含一组相关权限的规则。权限是纯粹累加的（不存在拒绝某操作的规则）。 角色可以用 Role 来定义到某个命名空间上， 或者用 ClusterRole 来定义到整个集群作用域。
Role：特定命名空间访问权限
ClusterRole：所有命名空间访问权限

3. 角色绑定——Rolebinding&ClusterRoleBinding

角色绑定或集群角色绑定用来把一个角色绑定到一个目标上，绑定目标可以是 User、Group 或者 Service Account。使用 RoleBinding 为某个命名空间授权，ClusterRoleBinding 为集群范围内授权。
Rolebinding：角色绑定到主体
ClusterRoleBinding：集群角色绑定到主体，不受 namespace 限制

4. 主体

User：用户
Group：用户组
ServiceAccount：服务账号

定义好了角色也就是一个权限的集合，然后创建了一个serviceaccount也就是一个服务账号，然后将这两个东西绑定起来，就是授权的过程了。