1、kubernetes介绍

1.1、应用部署方式演变

在部署应用程序的方式上，主要经历了三个阶段：

传统部署：互联网早期，会直接将应用程序部署在物理机上

  • 优点：简单，不需要其它技术的参与
  • 缺点：不能为应用程序定义资源使用边界，很难合理地分配计算资源，而且程序之间容易产生影响

虚拟化部署：可以在一台物理机上运行多个虚拟机，每个虚拟机都是独立的一个环境

  • 优点：程序环境不会相互产生影响，提供了一定程度的安全性
  • 缺点：增加了操作系统，浪费了部分资源

容器化部署：与虚拟化类似，但是共享了操作系统

优点：

  • 可以保证每个容器拥有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等
  • 运行应用程序所需要的资源都被容器包装，并和底层基础架构解耦
  • 容器化的应用程序可以跨云服务商、跨Linux操作系统发行版进行部署

容器化部署方式给带来很多的便利，但是也会出现一些问题，比如说：

  • 一个容器故障停机了，怎么样让另外一个容器立刻启动去替补停机的容器
  • 当并发访问量变大的时候，怎么样做到横向扩展容器数量

这些容器管理的问题统称为容器编排问题，为了解决这些容器编排问题，就产生了一些容器编排的软件：

  • Swarm：Docker自己的容器编排工具
  • Mesos：Apache的一个资源统一管控的工具，需要和Marathon结合使用
  • Kubernetes：Google开源的的容器编排工具

1.2、kubernetes简介

kubernetes，是一个全新的基于容器技术的分布式架构领先方案，是谷歌严格保密十几年的秘密武 器----Borg系统的一个开源版本，于2014年9月发布第一个版本，2015年7月发布第一个正式版本。 kubernetes的本质是一组服务器集群，它可以在集群的每个节点上运行特定的程序，来对节点中的容器进行管理。目的是实现资源管理的自动化，主要提供了如下的主要功能：

  • 自我修复：一旦某一个容器崩溃，能够在1秒中左右迅速启动新的容器
  • 弹性伸缩：可以根据需要，自动对集群中正在运行的容器数量进行调整
  • 服务发现：服务可以通过自动发现的形式找到它所依赖的服务
  • 负载均衡：如果一个服务起动了多个容器，能够自动实现请求的负载均衡
  • 版本回退：如果发现新发布的程序版本有问题，可以立即回退到原来的版本
  • 存储编排：可以根据容器自身的需求自动创建存储卷

1.3、kubernetes架构

1.3.1、各个组件的作用

一个kubernetes集群主要是由控制节点(master)、**工作节点(node)**构成，每个节点上都会安装不同的组件

master：集群的控制平面，负责集群的决策

  • ApiServer : 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注册和发现等机制
  • Scheduler : 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
  • ControllerManager : 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

Etcd ：负责存储集群中各种资源对象的信息

node：集群的数据平面，负责为容器提供运行环境

  • kubelet：负责维护容器的生命周期，同时也负责Volume（CVI）和网络（CNI）的管理
  • Container runtime：负责镜像管理以及Pod和容器的真正运行（CRI）
  • kube-proxy：负责为Service提供cluster内部的服务发现和负载均衡

1.3.2、k8s各组件之间的调用关系

当我们要运行一个web服务时

  1. 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
  2. web服务的安装请求会首先被发送到master节点的apiServer组件
  3. 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
  4. 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
  5. apiServer调用controller-manager去调度Node节点安装web服务
  6. kubelet接收到指令后，会通知docker，然后由docker来启动一个web服务的pod
  7. 如果需要访问web服务，就需要通过kube-proxy来对pod产生访问的代理

1.3.3、 K8S的常用名词解释

  • Master：集群控制节点，每个集群需要至少一个master节点负责集群的管控
  • Node：工作负载节点，由master分配容器到这些node工作节点上，然后node节点上的
  • Pod：kubernetes的最小控制单元，容器都是运行在pod中的，一个pod中可以有1个或者多个容器
  • Controller：控制器，通过它来实现对pod的管理，比如启动pod、停止pod、伸缩pod的数量等等
  • Service：pod对外服务的统一入口，下面可以维护者同一类的多个pod
  • Label：标签，用于对pod进行分类，同一类pod会拥有相同的标签
  • NameSpace：命名空间，用来隔离pod的运行环境

1.3.4、k8s的分层架构

  • 生态系统：在接口层之上的庞大容器集群管理调度的生态系统，可以划分为两个范畴
  • 接口层：kubectl命令行工具、客户端SDK以及集群联邦
  • 管理层：系统度量（如基础设施、容器和网络的度量），自动化（如自动扩展、动态Provision等）以及策略管理（RBAC、Quota、PSP、NetworkPolicy等）
  • 应用层：部署（无状态应用、有状态应用、批处理任务、集群应用等）和路由（服务发现、DNS解析等）
  • 核心层：Kubernetes最核心的功能，对外提供API构建高层的应用，对内提供插件式应用执行环境
  • Kubernetes外部：日志、监控、配置管理、CI、CD、Workflow、FaaS、OTS应用、ChatOps等
  • Kubernetes内部：CRI、CNI、CVI、镜像仓库、Cloud Provider、集群自身的配置和管理等

2、集群环境搭建

2.1、容器的管理方式

K8S 集群创建方式有3种：

centainerd

  • 默认情况下，K8S在创建集群时使用的方式

docker

  • Docker使用的普记录最高，虽然K8S在1.24版本后已经废弃了kubelet对docker的支持，但是可以借助cri-docker方式来实现集群创建

cri-o

  • CRI-O的方式是Kubernetes创建容器最直接的一种方式，在创建集群的时候，需要借助于cri-o插件的方式来实现Kubernetes集群的创建。

注意：后两种方式需要对Kubelet程序的启动参数进行改造

2.2、k8s集群环境的部署

参考：https://blog.csdn.net/weixin_74344274/article/details/150346432?spm=1001.2014.3001.5502

3、kubernetes 中的资源

3.1、资源管理介绍

  • 在kubernetes中，所有的内容都抽象为资源，用户需要通过操作资源来管理kubernetes。
  • kubernetes的本质上就是一个集群系统，用户可以在集群中部署各种服务
  • 所谓的部署服务，其实就是在kubernetes集群中运行一个个的容器，并将指定的程序跑在容器中。
  • kubernetes的最小管理单元是pod而不是容器，只能将容器放在Pod中，
  • kubernetes一般也不会直接管理Pod，而是通过Pod控制器来管理Pod的。
  • Pod中服务的访问是由kubernetes提供的Service资源来实现。
  • Pod中程序的数据需要持久化是由kubernetes提供的各种存储系统来实现
     

3.2、资源管理方式

命令式对象管理：直接使用命令去操作kubernetes资源

  • kubectl run nginx-pod --image=nginx:latest --port=80

命令式对象配置：通过命令配置和配置文件去操作kubernetes资源

  • kubectl create/patch -f nginx-pod.yaml

声明式对象配置：通过apply命令和配置文件去操作kubernetes资源

  • kubectl apply -f nginx-pod.yaml
类型 操作对象 适用环境 优点 缺点
命令式对象管理 对象 测试 简单 只能操作活动对象，无法审计、跟踪
命令式对象配置 文件 开发 可以审计、跟踪 项目大时，配置文件多，操作麻烦
声明式对象配置 目录 开发 支持目录操作 意外情况下难以调试

3.2.1、命令式对象管理

kubectl是kubernetes集群的命令行工具，通过它能够对集群本身进行管理，并能够在集群上进行容器化应用的安装部署

kubectl命令的语法如下：

kubectl [command] [type] [name] [flags]
  • comand：指定要对资源执行的操作，例如create、get、delete
  • type：指定资源类型，比如deployment、pod、service
  • name：指定资源的名称，名称大小写敏感
  • flags：指定额外的可选参数
# 查看所有pod
kubectl get pod 

# 查看某个pod
kubectl get pod pod_name

# 查看某个pod,以yaml格式展示结果
kubectl get pod pod_name -o yaml

3.2.2、资源类型

kubernetes中所有的内容都抽象为资源

kubectl api-resources

常用资源类型

kubect 常见命令操作

3.2.3、基本命令示例

kubectl的详细说明地址：https://kubernetes.io/docs/reference/generated/kubectl/kubectl-commands

显示版本号
[root@Rocky-1 ~]# kubectl version
Client Version: v1.32.9
Kustomize Version: v5.5.0
Server Version: v1.32.2

显示集群信息
[root@Rocky-1 ~]# kubectl cluster-info 
Kubernetes control plane is running at https://192.168.1.156:6443
CoreDNS is running at https://192.168.1.156:6443/api/v1/namespaces/kube-system/services/kube-dns:dns/proxy

To further debug and diagnose cluster problems, use 'kubectl cluster-info dump'.

创建一个webcluster控制器，控制器中pod数量为2
[root@Rocky-1 ~]# kubectl create deployment webcluster --image=nginx --replicas=2
deployment.apps/webcluster created

查看控制器的数量
[root@Rocky-1 ~]# kubectl get deployments.apps 
NAME         READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx        1/1     1            1           27d
webcluster   2/2     2            2           65s

查看资源帮助
[root@Rocky-1 ~]# kubectl explain deployment
GROUP:      apps
KIND:       Deployment
VERSION:    v1

DESCRIPTION:
    Deployment enables declarative updates for Pods and ReplicaSets.
    
FIELDS:
  apiVersion	<string>
    APIVersion defines the versioned schema of this representation of an object.
    Servers should convert recognized schemas to the latest internal value, and
    may reject unrecognized values. More info:
    https://git.k8s.io/community/contributors/devel/sig-architecture/api-conventions.md#resources

  kind	<string>
    Kind is a string value representing the REST resource this object
    represents. Servers may infer this from the endpoint the client submits
    requests to. Cannot be updated. In CamelCase. More info:
    https://git.k8s.io/community/contributors/devel/sig-architecture/api-conventions.md#types-kinds

  metadata	<ObjectMeta>
    Standard object's metadata. More info:
    https://git.k8s.io/community/contributors/devel/sig-architecture/api-conventions.md#metadata

  spec	<DeploymentSpec>
    Specification of the desired behavior of the Deployment.

  status	<DeploymentStatus>
    Most recently observed status of the Deployment.



查看控制器参数帮助 
[root@Rocky-1 ~]# kubectl explain deployment.spec
GROUP:      apps
KIND:       Deployment
VERSION:    v1

FIELD: spec <DeploymentSpec>


DESCRIPTION:
    Specification of the desired behavior of the Deployment.
    DeploymentSpec is the specification of the desired behavior of the
    Deployment.
    
FIELDS:
  minReadySeconds	<integer>
    Minimum number of seconds for which a newly created pod should be ready
    without any of its container crashing, for it to be considered available.
    Defaults to 0 (pod will be considered available as soon as it is ready)

  paused	<boolean>
    Indicates that the deployment is paused.

  progressDeadlineSeconds	<integer>
    The maximum time in seconds for a deployment to make progress before it is
    considered to be failed. The deployment controller will continue to process
    failed deployments and a condition with a ProgressDeadlineExceeded reason
    will be surfaced in the deployment status. Note that progress will not be
    estimated during the time a deployment is paused. Defaults to 600s.

  replicas	<integer>
    Number of desired pods. This is a pointer to distinguish between explicit
    zero and not specified. Defaults to 1.

  revisionHistoryLimit	<integer>
    The number of old ReplicaSets to retain to allow rollback. This is a pointer
    to distinguish between explicit zero and not specified. Defaults to 10.

  selector	<LabelSelector> -required-
    Label selector for pods. Existing ReplicaSets whose pods are selected by
    this will be the ones affected by this deployment. It must match the pod
    template's labels.

  strategy	<DeploymentStrategy>
    The deployment strategy to use to replace existing pods with new ones.

  template	<PodTemplateSpec> -required-
    Template describes the pods that will be created. The only allowed
    template.spec.restartPolicy value is "Always".


编辑控制器配置
[root@Rocky-1 ~]# kubectl edit deployments.apps webcluster 
Edit cancelled, no changes made.
[root@Rocky-1 ~]# kubectl get deployments.apps
NAME         READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx        1/1     1            1           27d
webcluster   2/2     2            2           11m

利用补丁更改控制器配置
[root@Rocky-1 ~]# kubectl patch deployments.apps webcluster -p '{"spec":{"replicas":4}}'
deployment.apps/webcluster patched
[root@Rocky-1 ~]# kubectl get deployments.apps
NAME         READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx        1/1     1            1           27d
webcluster   2/4     4            2           16m

删除pod
[root@Rocky-1 ~]# kubectl delete deployments.apps webcluster 
deployment.apps "webcluster" deleted
[root@Rocky-1 ~]# kubectl get deployments.apps
NAME    READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx   1/1     1            1           27d

# kubernetes # 容器 # 云原生
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