一. 写在之前

本想着直接写pod相关内容，再三考虑，还是需要详细的介绍下k8s的一些概念。比如说强化下k8s的组件，可能面试的时候会有些作用。对于k8s不太熟悉掌握的面试官，会问些这类的问题，但是没有什么卵用。话又说回来，如果不了解这些，你说熟练掌握k8s，你自己可能都不信。另一块内容就是k8s的对象，这是我想先介绍概念的主要原因。k8s只是一个平台，使用k8s平台，需要用yaml文件来实现。编写yaml文件很重要，如果不了解这些对象先讲pod之类的，好多东西不能理解。既然要讲，我会尽量说的明白些。不过我能力有限，可能有些说不明白，或者理解不了还请 海涵。也欢迎诸位留言交流。最后说一句所有的内容都源自于k8s官方文档。

二.k8s 是什么

1. k8s 是什么

这是一个哲学问题，既然我们学习他，使用他就应该首先问 k8s是什么？引述官方的表述：

Kubernetes 是一个可移植的、可扩展的开源平台，用于管理容器化的工作负载和服务，可促进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。Kubernetes 的服务、支持和工具广泛可用。

简单的来说k8s就是一个管理容器负载和服务的平台。他的目的是实现服务配置的自动化。在说下可以拿出去吹牛的，kubernetes源自于希腊语，大概是舵手或者飞行员的意思。众所周知，k8s起源于Google的borg项目，他经过了Google 十几年的大规模运行生产工作负载，结合了社区中最好的想法和实践。目前来说是比较稳定即可用的。

2. 部署方式的演化

这章节我们通话追溯不同部署的应用，对比来发现k8s的优势。

• 传统部署方式

这是最原始的部署方式，在物理服务器上运行应用程序。无法为物理服务器中的应用程序定义资源边界，这会导致资源分配问题。 例如，如果在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， 结果可能导致其他应用程序的性能下降。 一种解决方案是在不同的物理服务器上运行每个应用程序，但是由于资源利用不足而无法扩展， 并且组织维护许多物理服务器的成本很高。

• 虚拟化部署方式

虚拟化技术允许你在单个物理服务器的 CPU 上运行多个虚拟机（VM）。 虚拟化允许应用程序在 VM 之间隔离，并提供一定程度的安全。每个 VM 是一台完整的服务器，在虚拟化硬件之上运行所有组件，包括其自己的操作系统。虚拟化技术能够更好地利用物理服务器上的资源，并且因为可轻松地添加或更新应用程序 而可以实现更好的可伸缩性，降低硬件成本等等。但是每个虚拟机都会有操作系统，在资源消耗上，会有所开销。

• 容器部署方式

容器类似于 VM，但是它们具有被放宽的隔离属性，可以在应用程序之间共享操作系统（OS）。 因此，容器被认为是轻量级的。容器与 VM 类似，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。

当前，k8s已经成了容器部署的主流方式，他的优势显而易见的，具体如下:

• 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），支持可靠且频繁的 容器镜像构建和部署。
• 关注开发与运维的分离：在构建/发布时而不是在部署时创建应用程序容器镜像， 从而将应用程序与基础架构分离。
• 可观察性不仅可以显示操作系统级别的信息和指标，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：在笔记本上与在云中相同地运行。
• 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

3. k8s都能做什么

在生产环境中，k8s主要解决管理运行应用程序的容器，并确保不会停机的问题。 Kubernetes 为你提供了一个可弹性运行分布式系统的框架。 Kubernetes 会满足你的扩展要求、故障转移、部署模式等。例如，目前许多大型公司正在追求的金丝雀发布。

总之，Kubernetes可提供：

• 服务发现和负载均衡

  Kubernetes 可以使用 DNS 名称或自己的 IP 地址公开容器，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。

• 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。

• 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。

• 自动完成装箱计算

  Kubernetes 允许你指定每个容器所需 CPU 和内存（RAM）。 当容器指定了资源请求时，Kubernetes 可以做出更好的决策来管理容器的资源。

• 自我修复

  Kubernetes 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。

• 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。

4. k8s 不是什么

首先指出的是k8s不是传统意义上的paas平台，当听到面试官这么问的时候，就知道这孙子对于k8s了解的不够深刻。咱们可以适当的忽悠下丫的。原因？Kubernetes 在容器级别而不是在硬件级别运行，但是它提供了 PaaS 产品共有的一些普遍适用的功能， 例如部署、扩展、负载均衡、日志记录和监视。Kubernetes 提供了构建开发人员平台的基础，但是在重要的地方保留了用户的选择和灵活性。

kubernetes：

• 不限制支持的应用程序类型。 Kubernetes 旨在支持极其多种多样的工作负载，包括无状态、有状态和数据处理工作负载。 如果应用程序可以在容器中运行，那么它应该可以在 Kubernetes 上很好地运行。
• 不部署源代码，也不构建你的应用程序。 持续集成(CI)、交付和部署（CI/CD）工作流取决于团队的文化和偏好以及技术要求。
• 不提供应用程序级别的服务作为内置服务，例如中间件（例如，消息中间件）、 数据处理框架（例如，Spark）、数据库（例如，mysql）、缓存、集群存储系统 （例如，Ceph）。这样的组件可以在 Kubernetes 上运行，并且/或者可以由运行在 Kubernetes 上的应用程序通过可移植机制）来访问。

• 不要求日志记录、监视或警报解决方案。 它提供了一些集成作为概念证明，并提供了收集和导出指标的机制。
• 不提供或不要求配置语言/系统（例如 jsonnet），它提供了声明性 API， 该声明性 API 可以由任意形式的声明性规范所构成。
• 不提供也不采用任何全面的机器配置、维护、管理或自我修复系统。
• 此外，Kubernetes 不仅仅是一个编排系统，实际上它消除了编排的需要。 编排的技术定义是执行已定义的工作流程：首先执行 A，然后执行 B，再执行 C。 相比之下，Kubernetes 包含一组独立的、可组合的控制过程， 这些过程连续地将当前状态驱动到所提供的所需状态。 如何从 A 到 C 的方式无关紧要，也不需要集中控制，这使得系统更易于使用 且功能更强大、系统更健壮、更为弹性和可扩展。

三. k8s 各组件详解

在认识k8s文章中，我简单的提了k8s的各个组件。为了增强记忆，在本文中有必要再提一遍。有助于加强记忆。重要的东西要说三遍！三遍！首先，k8s集群包括控制平面组件（也就是master节点，现在官网叫控制平面组件，我们要与时俱进，最近官方文档更新了好多，也可能我好长时间没看了）和node组件两部分组成。

1. 控制平面组件（Control Plane Components ）

控制平面 为集群提供故障转移和高可用性,一般跨多个主机、跨集群运行，对集群做出全局决策(比如调度)，以及检测和响应集群事件（例如，当不满足部署的 replicas 字段时，启动新的pod）。 一般控制平面可以在集群中的任何节点上运行。 然而，为了简单起见，设置脚本通常会在同一个计算机上启动所有控制平面组件，并且不会在此计算机上运行用户容器。

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。etcd最好为集群配置，另外还需对etcd的进行定时备份。

kube-scheduler

控制平面调度组件，负责监视新创建的、未指定运行节点（node）的Pods，选择节点让 Pod 在上面运行。调度决策考虑的因素包括单个 Pod 和 Pod 集合的资源需求、硬件/软件/策略约束、亲和性和反亲和性规范、数据位置、工作负载间的干扰和最后时限。

kube-controller-manager

在控制平面运行控制器的组件。从逻辑上讲，每个控制器都是一个单独的进程， 但是为了降低复杂性，它们都被编译到同一个可执行文件，并在一个进程中运行。

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.

cloud-controller-manager

云控制器管理器是指嵌入特定云的控制逻辑的控制平面组件。 云控制器管理器允许您链接聚合到云提供商的应用编程接口中， 并分离出相互作用的组件与您的集群交互的组件。cloud-controller-manager 仅运行特定于云平台的控制回路， 如果在非云环境不需要云控制器管理器。与 kube-controller-manager 类似，cloud-controller-manager 将若干逻辑上独立的 控制回路组合到同一个可执行文件中，可以对其执行水平扩容（运行不止一个副本）以提升性能或者增强容错能力。

对云平台驱动的依赖：

• 节点控制器（Node Controller）: 用于在节点终止响应后检查云提供商以确定节点是否已被删除
• 路由控制器（Route Controller）: 用于在底层云基础架构中设置路由
• 服务控制器（Service Controller）: 用于创建、更新和删除云提供商负载均衡器

2. node组件

node组件运行在计算的节点服务器，维护运行的 Pod 并提供 Kubernetes 运行环境。

kubelet

一个在集群中每个节点（node）上运行的代理。 它保证容器Containers 都 运行在Pod中。kubelet 接收一组通过各类机制提供给它的 PodSpecs，确保这些 PodSpecs 中描述的容器处于运行状态且健康。 但kubelet 不会管理不是由 Kubernetes 创建的容器，比如说docker创建的容器。

kube-proxy

kube-proxy 是集群中每个节点上运行的网络代理， 实现 Kubernetes 服务（Service）概念的一部分并且维护节点上的网络规则。这些网络规则允许从集群内部或外部的网络会话与 Pod 进行网络通信。若是操作系统提供了数据包过滤层并可用的话，kube-proxy 会通过它来实现网络规则。否则， kube-proxy 仅转发本身流量。

容器运行时（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以及任何实现Kubernetes CRI (容器运行环境接口)。

3.插件（Addons）

插件使用 Kubernetes 资源（DaemonSet、 Deployment等）实现集群功能。 因为这些插件提供集群级别的功能，插件中命名空间域的资源属于 kube-system 命名空间。插件可分为网络，发现服务，可视化等类别。由于网络插件比较多，讲起来也很晦涩等稍在具体使用在提及，今天介绍下发现服务和可视化两个方面的插件。

DNS

尽管其他插件都并非严格意义上的必需组件，但几乎所有 Kubernetes 集群都应该有集群DNS， 因为很多示例都需要 DNS 服务。集群 DNS 是一个 DNS 服务，和环境中的其他 DNS 服务器一起工作，它为 Kubernetes 服务提供 DNS 记录。Kubernetes 启动的容器自动将此 DNS 服务器包含在其 DNS 搜索列表中。

Web 界面（仪表盘）

Dashboard是Kubernetes 集群的通用的、基于 Web 的用户界面。 它使用户可以管理集群中运行的应用程序以及集群本身并进行故障排除。

容器资源监控

容器资源监控将关于容器的一些常见的时间序列度量值保存到一个集中的数据库中，并提供用于浏览这些数据的界面。当前比较流行的prometheus和zabbix等都可以做相关监控。

集群层面日志

集群层面日志机制负责将容器的日志数据 保存到一个集中的日志存储中，该存储能够提供搜索和浏览接口，现在做的最的为ELK系统

 

三. Kubernetes API

首先需要说明的是我不是研发人员，可能对API相关内容了解不深，有些地方可能有些偏颇，敬请见谅。k8s控制平面的核心为API，负责提供 HTTP API，以供用户、集群中的不同部分和集群外部组件相互通信，可以通过API查询操纵 Kubernetes API 中对象（例如：Pod、Namespace、ConfigMap 和 Event）的状态。客户端大部分操作都可以通过kubectl命令行接口或 类似kubeadm这类命令行工具来执行。当然也可以通过REST 调用来访问这些 API。

1. OpenAPI 规范

Kubernetes API 服务器通过 /openapi/v2 末端提供 OpenAPI 规范，表所给的请求头部，指定响应的格式

OpenAPI v2 查询请求的合法头部值

头部	可选值	说明
Accept-Encoding	gzip	不指定此头部也是可以的
Accept	application/com.github.proto-openapi.spec.v2@v1.0+protobuf	主要用于集群内部
	application/json	默认值
	*	提供application/json

Kubernetes 为 API 实现了一种基于 Protobuf 的序列化格式，主要用于集群内部通信。每种模式对应的接口描述语言（IDL）位于定义 API 对象的 Go 包中。

2.API 变更

任何成功的系统都要随着新的使用案例的出现和现有案例的变化来成长和变化。 为此，Kubernetes 的功能特性设计考虑了让 Kubernetes API 能够持续变更和成长的因素。 Kubernetes 项目的目标是 不要 引发现有客户端的兼容性问题，并在一定的时期内 维持这种兼容性，以便其他项目有机会作出适应性变更。

3. API 组和版本

为了简化删除字段或者重构资源表示等工作，Kubernetes 支持多个 API 版本， 每一个版本都在不同 API 路径下，例如 /api/v1 或 /apis/rbac.authorization.k8s.io/v1alpha1。版本化是在 API 级别而不是在资源或字段级别进行的，目的是为了确保 API 为系统资源和行为提供清晰、一致的视图，并能够控制对已废止的和/或实验性 API 的访问。为了便于演化和扩展其 API，Kubernetes 实现了 可被启用或禁用的API组。API 资源之间靠 API 组、资源类型、名字空间（对于名字空间作用域的资源而言）和 名字来相互区分。API 服务器可能通过多个 API 版本来向外提供相同的下层数据， 并透明地完成不同 API 版本之间的转换。所有这些不同的版本实际上都是同一资源 的（不同）表现形式。例如，假定同一资源有 v1 和 v1beta1 版本， 使用 v1beta1 创建的对象则可以使用 v1beta1 或者 v1 版本来读取、更改 或者删除。

4.API 扩展

有两种途径来扩展 Kubernetes API：

使用自定义资源来以声明式方式定义 API 服务器如何提供你所选择的资源 API。

你也可以选择实现自己的聚合层来扩展 Kubernetes API。