作者简介：

星龙

百度基础架构部研发工程师

负责混部调度系统研发

本文基于百度云原生团队『云原生基础知识概述及实践』系列视频课程——『Kubernetes入门—Kubernetes工作原理』梳理。

视频课程可点击下面链接进行学习：https://cloud.baidu.com/video-center/video.html?id=607

导读

在上一节课我们学习了Docker的相关基础知识。（Kubernetes入门——深入浅出讲Docker

）Docker解决了应用之间的隔离问题，但是在架构上，Docker仍然是一个单机的引擎。在真实的生产环境，我们可能拥有着海量的机器。那么如何管理、调度、编排这些分布在不同机器上的容器，就成为了新的问题。在这个时候，Kubernetes就应运而生了。

本节课将带领大家初步探索容器领域的编排引擎：Kubernetes。

课程主要分为以下三大部分：

第一部分：Kubernetes架构剖析

对Kubernetes核心组件分析。

第二部分：快速搭建Kubernetes集群

使用Kubeadm搭建Kubernetes环境

第三部分：Demo

演示如何操作一个Pod

在单机上，我们通常会把某个应用程序打包并部署在Docker容器当中。但在真实的环境中，问题往往比这复杂很多。我们需要解决服务的高可用问题、服务之间的依赖问题。

所以说Kubernetes不仅考虑的是容器级别的部署和编排，更多面向的是更高层面（比如应用层）的编排和部署引擎。

Kubernetes的前身其实是Google的Ball, 在2013年开源之后，发展至今。目前已经为开源事件部署引擎的事实标准了。

01 Kubernetes核心组件分析

核心概念Pod

Pod由一组容器组成，这些容器共享网络，存储以及相关的声明。
Pod是Kubernetes 中最小的可部署的计算单元。
这样的一组容器被“打包”到一起组成了一个Pod 并接受Kubernetes 的调度，编排等控制逻辑。

为了让大家更好的理解“一组容器“的概念，接下来为大家详细剖析Pod的内部架构。

Pod的内部架构

图示清晰的阐述了Pod 的内部是什么样子的。蓝色部分代表的是整个Pod。其中右上角的net namespace 是Pod 级别的namespace，它代表了Pod中的所有容器。

图中有4个Container（即：PauseContainer/Container A/Container B/Container C/），他们在创建的时候都被加入到了namespace 当中。

那么，Pod级别的Container 是从哪里来的呢？我们从图中可以看到，真正工作的Container我们把它标注为A，B，C。Pause Container 的作用相当于一个占位符。当我们创建Pod的时候，会首先创建一个Pause Container。该容器创建出来的namespace，就相当于整个Pod的namespace。然后后面的容器再创建出来（比如说Container A/B/C）这些容器在创建出来的时候，就都会选择加入到PauseContainer创建出来的net namespace当中。

当然，也不是所有的namespace都是不隔离的。Container左侧是一个image，每一个container都有一个镜像，每一个镜像又相当于一个容器的Root ffs。既然每个容器的Root ffs是不相同的，那么显而易见，mnt namespace就是隔离的。

这样我们就可以清楚的看到，什么叫做有些namespce在Pod当中是互相隔离的，而有些是在Pod级别当中共享的。

Pod在Kubernetes中的展现形式

通常，我们习惯用Yaml来描述Kubernetes里的资源。Yaml中的内容其实就是我们对资源参数的描述。

我们先看Pod在Yaml中的前四行。这四行是资源在Yaml中的通用字段。ApiVersion/kind用于表示Kubernetes的资源类型是什么。通过metadata来声明资源的源数据。Spec字段和资源类型是强相关的了。不同的资源会有不同的spec定义。那在Pod资源当中，最核心的是关于容器的定义了。

下面几行，关于容器的定义，是一个数组类型的，这也符合我们对Pod的定义：即它是由一组容器形成的。这些字段包含：声明容器镜像，启动容器的命令，容器镜像的拉取方式，以及容器的名称。

核心概念Kubelet

Kubelet 是Kubernetes 集群的“节点代理”。也可以说是Kubernetes 部署在每个节点的agent。

Kubelet 启动后会向Kubernetes 集群注册自己，并上报节点的相关信息。此时在Kubernetes 集群中就增加了一台新的可用的Node 节点（可能是一个物理机，也可能是一个虚拟机，甚至是一个容器）。

Kubelet 发现有属于自己节点的Pod 符合创建条件后，会按照Pod声明的配置去启动容器。

Kubernetes控制面的相关组件

下面把这张图分为3个部分介绍。

1.下半部分：也就是之前介绍过的Kubelet/Pod。

2.左上角：Kubectl。也就是Kubernetes 的命令行工具。可以通过Kubectl来提交资源的Yaml 给Kubernetes 集群。也可以进行一系列的运维操作。

3.右面：Master 节点。也就是Kubernetes 控制面的相关组件了。其中，API Sever是Kubernetes 中所有源数据的集成入口。也是整个Kubernetes 集群的中枢组件。其他组件（包括Controller, Scheduler等）在获取数据都需要和API Sever 打交道。API Sever 也会接受这些组件的协入请求，并最终将数据写入ETCD 当中。同时，API Sever 也会缓存所有的源数据。当其他组件发起“读”请求时，就会将数据直接从内存中发给对方。尽量避免ETCD 成为系统的瓶颈。除了源数据存储功能，API Server 还提供了一个Watch 机制。能够主动推送某种资源的变化。而Scheduler会向API Sever 注册并且监听Pod 的资源变更事件。Scheduler 整体的调度逻辑可以简化并概括为两个：过滤、打分。

每次对Pod进行调度的时候，首先将不符合条件的Node（如：机器上已经没有资源了，不符合某些标签，选择器的要求等）过滤掉。过滤完成后我们得到一个符合要求的Node列表，Scheduler 会通过打分算法，来计算每一个Node 的分数。最终选择一个得分最高的节点做为Pod 需要绑定的节点。最终Scheduler 会将结果回写到API Sever 当中。

编排组件：Controller。Controller 通过几种固定的workload。通过控制器的方式，来完成运行时服务器的编排工作。

02 快速搭建Kubernetes集群

搭建工具：Kubeadm简介

Kubeadm 是Kubernetes 官方提供的用于快速安装Kubernetes 集群的工具。

下图是Kubeadm 的配置文件

在配置文件当中，我们指定了dns的类型，ETCD存储目录以及要创建的Kubernetes的版本以及相关的参数。

搭建环境

初始Master节点

Kubeadm init—config kubeadm.conf

安装flannel cni

https://raw.githusercontent.com/coreos/flannel/master/Documentation/kube-flannel.yml

03 Demo --演示如何操作一个Pod

创建一个Namespace

Kubectl create namespace demo

创建Pod

Kubectl apply –f pod.yaml

查看Pod 运行状态

Kubectl describe pods demo-pod–n demo

查看Pod 输出日志


Kubectl logs demo-pod –n demo

查看Pods 列表

Kubectl get pods-n demo

删除Pod

Kubectl delete-f pod.yaml

(创建Deomo的详细过程欢迎大家观看课程的视频回放。)

MoreCommand

Basic Commands: create，expose, run, setBasic Commands: explain, get，edit，deleteDeploy Commands: rollout，scale，autoscale

04 总结

本节课作为K8s入门系列课程第二节。重点介绍了Kubernetes 出现的背景和作用、Kubernetes 的特点和核心架构、Kubernetes 每一个模块承担的作用以及实现的功能。并演示了如何搭建一个单节点的Kubernetes 环境以及如何使用来操作相关的资源。希望对大家有所帮助。

更多精彩课程欢迎关注百度开发者中心公众号。

Kubernetes入门——Kubernetes工作原理及使用相关推荐

Kubernetes入门——Kubernetes日志采集与监控告警
作者简介: 郭川磊百度基础架构部研发工程师负责云原生产品的研发本文基于百度云原生团队『云原生基础知识概述及实践』系列视频课程--『Kubernetes入门-Kubernetes实现应用高可用』梳 ...
Kubernetes入门——Kubernetes实现应用的高可用
作者简介: 胡家靖百度基础架构部研发工程师负责函数计算与云原生产品的研发本文基于百度云原生团队『云原生基础知识概述及实践』系列视频课程--『Kubernetes入门-Kubernetes实现应用 ...
Kubernetes入门——Kubernetes应用部署
郭良帅百度基础架构部资深工程师负责云原生产品研发本文基于百度云原生团队『云原生基础知识概述及实践』系列视频课程--『Kubernetes入门-Kubernetes应用部署』梳理. 视频课程可点击 ...
Kubernetes各组件工作原理 Pod 生命周期
一.kubernets 组件工作原理 - 概述: 在集群管理方面,kubernetes 将集群中的机器分为 Master(主)节点和一些 node(工作)节点.在 Master 节点上运行这一些集群管 ...
Kubernetes API server工作原理
作为Kubernetes的使用者,每天用得最多的命令就是kubectl XXX了. kubectl其实就是一个控制台,主要提供的功能: 1. 提供Kubernetes集群管理的REST API接口,包 ...
Kubernetes Controller Manager 工作原理
原文连接:https://blog.ihypo.net/15763910382218.html 本文基于对 Kubernetes v1.16 的源码阅读,文章有一定的源码,但我会通过配图尽量描述清晰 ...
Servlet快速入门和工作原理
Servlet: server applet * 概念:运行在服务器端的小程序 * Servlet就是一个接口,定义了Java类被浏览器访问到(tomcat识别)的规则. ...
Kubernetes入门--搭建Kubernetes集群，并启动容器服务
英文原作者:Ben Cane 翻译作者:Miazzy 翻译&转载:https://blog.codeship.com/getting-started-with-kubernetes/ Kub ...
Kubernetes NetworkPolicy 工作原理浅析
女主宣言 Kubernetes能够把集群中不同Node节点上的Pod连接起来,并且默认情况下,每个Pod之间是可以相互访问的.但在某些场景中,不同的Pod不应该互通,这个时候就需要进行访问控制.那么如 ...

Kubernetes入门——Kubernetes工作原理及使用