文章目录

一、Kubernetes是什么?
二、Kubernetes特性
三、Kubernetes集群架构与组件
- 3.1 Master 主控节点
- - kube-apiserver
  - kube-scheduler
  - kube-controller-manager
  - cloud-controller-manager
  - etcd
  - DNS
  - Cluster-level Logging
- 3.2 Node 工作节点
- - kubelet
  - kube-proxy
  - docker / rocket
  - supervisord
  - fluentd
四、K8S核心概念
- Pod
- Volume
- Controllers
- - ReplicaSet
  - Deployment
- Service
- Label
- Namespaces

一、Kubernetes是什么?

kubernetes中文社区
https://www.kubernetes.org.cn/

Kubernetes的名字来自希腊语，意思是“舵手” 或 “领航员”。K8s是将8个字母“ubernete”替换为“8”的缩写。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是Google 2014年创建管理的，是Google 10多年大规模容器管理技术Borg的开源版本。

传统的应用部署方式是通过插件或脚本来安装应用。这样做的缺点是应用的运行、配置、管理、所有生存周期将与当前操作系统绑定，这样做并不利于应用的升级更新/回滚等操作，当然也可以通过创建虚拟机的方式来实现某些功能，但是虚拟机非常重，并不利于可移植性。

新的方式是通过部署容器方式实现，每个容器之间互相隔离，每个容器有自己的文件系统，容器之间进程不会相互影响，能区分计算资源。相对于虚拟机，容器能快速部署，由于容器与底层设施、机器文件系统解耦的，所以它能在不同云、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一个容器镜像，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，因为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，这使得从研发到测试、生产能提供一致环境。类似地，容器比虚拟机轻量、更“透明”，这更便于监控和管理。

在 Kubernetes 中，我们可以创建多个容器，每个容器里面运行一个应用实例，然后通过内置的负载均衡策略，实现对这一组应用实例的管理、发现、访问，而这些细节都不需要运维人员去进行复杂的手工配置和处理。

二、Kubernetes特性

自动装箱
- 基于容器对应用运行环境的资源配置要求自动部署应用容器
自我修复(自愈能力)
- 当容器失败时，会对容器进行重启，当所部署的Node节点有问题时，会对容器进行重新部署和重新调度
- 当容器未通过监控检查时，会关闭此容器直到容器正常运行时，才会对外提供服务。
弹性伸缩
- 使用命令、UI或者基于CPU使用情况自动快速扩容和缩容应用程序实例，保证应用业务高峰并发时的高可用性；业务低峰时回收资源，以最小成本运行服务。
自动部署和回滚
- K8S采用滚动更新策略更新应用，一次更新一个Pod，而不是同时删除所有Pod，如果更新过程中出现问题，将回滚更改，确保升级不受影响业务。
服务发现和负载均衡
- K8S为多个容器提供一个统一访问入口（内部IP地址和一个DNS名称），并且负载均衡关联的所有容器，使得用户无需考虑容器IP问题。
滚动更新
- 可以根据应用的变化，对应用容器运行的应用，进行一次性或批量式更新
版本回退
- 可以根据应用部署情况，对应用容器运行的应用，进行历史版本即时回退
密钥和配置管理
- 在不需要重新构建镜像的情况下，可以部署和更新密钥和应用配置，类似热部署。
存储编排
- 挂载外部存储系统，无论是来自本地存储，公有云（如AWS），还是网络存储（如NFS、GlusterFS、Ceph）都作为集群资源的一部分使用，极大提高存储使用灵活性。
批处理
- 提供一次性任务，定时任务；满足批量数据处理和分析的场景。

三、Kubernetes集群架构与组件

Kubernetes集群主要由Master Node和Worker Node两类节点组成
K8S 是属于主从设备模型（Master-Slave 架构），即有 Master 节点负责核心的调度、管理和运维，Slave 节点则在执行用户的程序。但是在 K8S 中，主节点一般被称为Master Node ，而从节点则被称为Worker Node 或者 Node。

3.1 Master 主控节点

Master节点指的是集群控制节点，管理和控制整个集群，Master组件可以在集群中任何节点上运行。但是为了简单起见，通常在一台VM/机器上启动所有Master组件，并且不会在此VM/机器上运行用户容器。基本上Kubernetes所有的控制命令都是发给它，它来负责具体的执行过程，我们后面所有执行的命令基本都是在Master节点上运行的；

kube-apiserver

需部署在 master 节点上；是 Kubernetes 控制面的前端。集群服务的统一入口，各组件协调者，以RESTful API提供接口服务，所有对象资源的增删改查和监听操作都交给APIServer处理后再提交给Etcd存储。

kube-scheduler

kube-scheduler 节点调度器，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。Scheduler在调度时会对集群的结构进行分析，当前各个节点的负载，以及应用对高可用、性能等方面的需求。

kube-controller-manager

kube-controller-manager运行管理控制器，负责执行各种控制器，处理集群中常规后台任务,维持副本期望数目，一个资源对应一个控制器，而 ControllerManager 就是负责管理这些控制器的。k8s中所有资源对象的自动化控制中心，维护管理集群的状态，比如故障检测，自动扩展，滚动更新等

cloud-controller-manager

运行与基础云提供商交互的控制器，从k8s 1.6之后出现的新功能
也包括了多个控制器：节点（Node）控制器、路由（Route）控制器、服务控制器、数据卷（Volume）控制器

etcd

etcd是Kubernetes提供默认的存储系统，保存所有集群数据，使用时需要为etcd数据提供备份计划。分布式键值存储系统，用于保存集群状态数据，比如Pod、Service等对象信息。

DNS

群集 DNS是一个DNS服务器，能够为 Kubernetes services提供 DNS记录。
由Kubernetes启动的容器自动将这个DNS服务器包含在他们的DNS searches中。

Cluster-level Logging

Cluster-level logging，负责保存容器日志，搜索/查看日志。

3.2 Node 工作节点

真正的工作节点，运行业务应用的容器；节点组件运行在Node，提供Kubernetes运行时环境，以及维护Pod。

kubelet

kubelet 节点管理工具，Worker Node 的监视器，以及与 Master Node 的通讯，是Master在Node节点上的Agent(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，可以理解为当在master上执行创建、删除对象时，kubelet负责执行从kube-apiserver下达的指令，master派到node节点代表，管理本机容器。

kube-proxy

kube-proxy 网络管理器，运行在每个node节点上，管理维护node上的网络规则，提供网络代理，四层负载均衡

docker / rocket

docker用于运行容器。rkt(rocket) 运行容器，作为docker工具的替代方案。

supervisord

supervisord是一个轻量级的监控系统，用于保障kubelet和docker运行。

fluentd

fluentd 是一个守护进程，它有助于提升集群层面日志

四、K8S核心概念

Pod

Pod是K8s中最小的部署单元
一组容器的集合
一个Pod中的容器共享网络，命名空间
生命周期是短暂的（服务器重启后，就找不到了）
每个pod都有个根容器”的Pause容器，用于共享网络等

同一个 Pod 之间的 Container 可以通过 localhost 互相访问，并且可以挂载 Pod 内所有的数据卷；但是不同的 Pod 之间的 Container 不能用 localhost 访问，也不能挂载其他 Pod 的数据卷。

Volume

数据卷 volume 是 Pod 内部的磁盘资源
声明在Pod容器中可访问的文件目录
可以被挂载到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

主要创建管理pod

ReplicaSet ：确保预期的Pod副本数量，支持集合式的selector
ReplicationController：和ReplicaSet相同，新版本建议用ReplicaSet取代
Deployment ：无状态应用部署，无状态就是指，不需要依赖于网络或者ip
StatefulSet ：有状态应用部署，有状态需要特定的条件
DaemonSet ：确保所有Node运行同一个Pod
Job ：一次性任务
Cronjob ：定时任务

ReplicaSet

ReplicaSet 的作用就是管理和控制 Pod，管控他们好好干活。但是，ReplicaSet 受控于 Deployment。形象来说，ReplicaSet 就是总包工头手下的小包工头。

Deployment

定义一组Pod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】
deployment不创建pod，通过replicaset创建和管理pod

Deployment 的作用是管理和控制 Pod 和 ReplicaSet，管控它们运行在用户期望的状态中。哎，打个形象的比喻，Deployment 就是包工头，主要负责监督底下的工人 Pod 干活，确保每时每刻有用户要求数量的 Pod 在工作。如果一旦发现某个工人 Pod 不行了，就赶紧新拉一个 Pod 过来替换它。

Service

定义一组pod的访问规则
Pod的负载均衡，提供一个或多个Pod的稳定访问地址
支持多种方式【ClusterIP、NodePort、LoadBalancer】
可以用来组合pod，同时对外提供服务

Label

标签，附加到某个资源上，用于关联对象、查询和筛选

Namespaces

命名空间，将对象逻辑上隔离，也就是说，可以通过在 K8S 集群内创建 namespace 来分隔资源和对象

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所有资源不能重复
不同namespace可以资源名重复

k8s 工作流程

客户端创建pod 流程：

用户管理员创建 Pod 的请求默认是通过kubectl 客户端管理命令 api server 组件进行交互的，默认会将请求发送给 API Server。
API Server 会根据请求的类型选择用何种 REST API 对请求作出处理（比如：创建 Pod 时 Storage 类型是 Pods 时，其对应的就是 REST Storage API）。
REST Storage API 会对请求作相应的处理并将处理的结果存入高可用键值存储系统 Etcd 中。
在 API Server 响应管理员kubectl 的请求后，Scheduler 会根据ETCD集群中运行 Pod情况及 Node 信息进行判断，将需要创建的 Pod 分发到可用的 Node 节点上。然后根据一组相关规则将pod分配到可以运行它们的节点上，并更新数据库，记录pod分配情况。
Kubelet监控数据库变化，管理后续pod的生命周期，发现被分配到它所在的节点上运行的那些pod，就会进行docker组件的启动，docker组件会启动对应的容器（pod），会在该节点上运行这个新pod。
kube-proxy运行在集群各个节点主机上，管理网络通信，如服务发现、负载均衡。例如当有数据发送到主机时，将其路由到正确的pod或容器。对于从主机上发出的数据，它可以基于请求地址发现远程服务器，并将数据正确路由，在某些情况下会使用轮训调度算法(Round-robin)将请求发送到集群中的多个实例。

以部署一个nginx服务来说明kubernetes系统各个组件调用关系：

首先要明确，一旦kubernetes环境启动之后，master和node都会将自身的信息存储到etcd数据库中
一个nginx服务的安装请求会首先被发送到master节点的apiServer组件
apiServer组件会调用scheduler组件来决定到底应该把这个服务安装到哪个node节点上

在此时，它会从etcd中读取各个node节点的信息，然后按照一定的算法进行选择，并将结果告知apiServer

apiServer调用controller-manager去调度Node节点安装nginx服务
kubelet接收到指令后，会通知docker，然后由docker来启动一个nginx的pod

pod是kubernetes的最小操作单元，容器必须跑在pod中至此，

一个nginx服务就运行了，如果需要访问nginx，就需要通过kube-proxy来对pod产生访问的代理
这样，外界用户就可以访问集群中的nginx服务了

yml文件

准备好一个包含应用程序的Deployment的yml文件，然后通过kubectl客户端工具发送给ApiServer。
ApiServer接收到客户端的请求并将资源内容存储到数据库(etcd)中。
Controller组件(包括scheduler、replication、endpoint)监控资源变化并作出反应。
ReplicaSet检查数据库变化，创建期望数量的pod实例。
Scheduler再次检查数据库变化，发现尚未被分配到具体执行节点(node)的Pod，然后根据一组相关规则将pod分配到可以运行它们的节点上，并更新数据库，记录pod分配情况。
Kubelete监控数据库变化，管理后续pod的生命周期，发现被分配到它所在的节点上运行的那些pod。如果找到新pod，则会在该节点上运行这个新pod。
kuberproxy运行在集群各个主机上，管理网络通信，如服务发现、负载均衡。例如当有数据发送到主机时，将其路由到正确的pod或容器。对于从主机上发出的数据，它可以基于请求地址发现远程服务器，并将数据正确路由，在某些情况下会使用轮训调度算法(Round-robin)将请求发送到集群中的多个实例。

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转载于:http://dockone.io/article/2626
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