Kubernetes

一、Kubernetes介绍

1、kubernetes是什么

• 由google公司开源的应用，基于go语言编写
• 简称k8s

2、kubernetes作用

• 服务发现和负载均衡
• 存储编排
• 动部署和回滚
• 资源调度分配
• 自我修复

总而言之，kubernetes的目的就是让容器部署应用变得更简单、高效

二、Kubernetes架构

1、Master节点

Master 负责管理整个集群。 Master 协调集群中的所有活动，例如调度应用、维护应用的所需状态、应用扩容以及推出新的更新

1) API Server组件

与etcd数据库进行交互，读写集群状态信息

接收客户端操作请求

2) Scheduler组件

调度客户端操作请求，选择合适的Node节点运行资源

3) Controller Manager组件

管理集群控制器，例如replication controller负责维护容器的副本数量

2、Node节点

运行pod的主机，可以是物理服务器，也可以是虚拟机；

处理生产级流量的 Kubernetes 集群至少应具有三个 Node

1) container engine

2) kubelet

调度容器引擎创建容器

3) kube-proxy

在多个容器间实现负载均衡

3、etcd数据库

记录集群状态数据，例如node节点信息、pod信息、service等

三、Kubernets组件详解

1、下面通过k8s集群创建一个pod的过程说明组件间的交互

1) 用户通过客户端工具向api server组件发送创建pod的请求

2) api server接收到该请求后，会将请求信息(pod名称、镜像、卷、网络等信息)记录到etcd数据库

3) scheduler组件会周期性的请求api server，以询问是否有操作请求; api server组件查询etcd数据库响应scheduler组件，scheduler组件会得知存在创建pod的请求

4) scheduler按一定的算法选择一个合适的node节点计划创建Pod, 并将选定的节点信息返回给api server；api server会将该node节点要与创建的pod对应关系写入etcd数据库

5) kublet组件启动后，会先api server注册自己，以让api server得知有运行起kublet服务的node节点的存在，并将node节点信息记录到etcd数据库；这样scheduler组件才可以根据数据库的记录选择合适的节点创建pod

6) kubelet组件也会周期性的请求api server, 以询问是否有自己要做的操作，api server查询数据库响应kubelet， kubelet获知到要创建的pod的信息后，调用container engine创建容器

7) 容器创建完成后，为便于访问，由kube-proxy提供负载均衡

三、Kubernetes集群对象

1、Node

运行pod的主机，可以是物理服务器，也可以是虚拟机；每个node节点上都要运行容器引擎（docker或rkt)、kubelet组件及kube-proxy组件

2、Namespace

命名空间，是资源或对象的抽象集合

kubernetes集群默认会自动创建3个namespace

default——默认namespace

kube-system

kube-public

3、Container

容器

4、Pod

kubernetes所能管理的最小单元， 一个pod中可以放一个容器，也可以放多个容器

pod的设计理念是支持多个容器在一个pod中共享网络地址和文件系统

k8s集群会为每个pod分配一个IP，称为podIP

从实际应用角度讲，多数应用都是一个pod中只放一个容器

本质上讲, k8s创建一个pod后，每个Pod中至少存在两个容器，一个是用户自定义的容器，另一个是k8s自动创建的名称为pause-amd64的容器， 实际上Pod的IP是配置在pause容器上的

5、Label

一个key-value键值对的数据结构，用于在k8s集群中标识对象；例如每创建一个pod都应该为其分配一个或多个label

一个对象可以被分配一个label或多个label

label分配完成后，k8s集群会使用Label selector来选择具有相同标签的一组资源

6、Annotations

key-value键值对的数据结构，用于为对象添加注释说明信息

默认情况下可以不写

在特殊应用场景下，可以通过Annotations辅助部署应用；例如特定的镜像结合特定的说明信息时

7、Replication Controller复制控制器 RC

RC是k8s集群中保证Pod高可用的对象。通过监控运行中的Pod来保证集群中运行指定数量的Pod副本

RC通过Label Selector机制实现对Pod副本的自动控制

8、Replica Set 副本集 RS

RS是新一代的RC，提供同样的高可用能力。

9、Deployment 部署

通过Deployment来管理集群中的RS、Pod

在实际操作中，很少直接去操作RS或Pod，在k8s集群中要完成对RS和Pod的管理，都是通过操作Deployment完成

Deployment自动创建RS保证Pod副本

在升级操作时，Deployment会做滚动升级

在升级操作时，如果检测到升级失败，会自动回滚

10、HPA Horizontal Pod Autoscaler

用于实现Pod自动横向扩容

HPA会实时监测RC中的Pod的负载情况，完成自动扩展

可通过CPU百分比、自定义指标(QPS)实现

11、Service 服务

将具有相同label的Pod标记为一组，由集群为service分配固定IP，便于用户访问

可以理解为一个service是一组具有相同标签的Pod的集合

由kube-proxy组件实现，kube-proxy创建service类似于负载均衡器，后端Pod类似于real server

Pod宕机产生新Pod时，kube-proxy会自动更新etcd数据库关于service与Pod的对应关系

12、服务发现

借助DNS实现，coreDNS组件

创建service时，k8s集群会为其分配一个域名 www.default.svc.cluster.local

域名格式:

服务名称.命名空间.svc.cluster.local

service创建完成后，会自动形成IP与域名的解析关系，集群内多个service相互通信时，依靠域名实现

13、Job 任务

k8s集群执行批处理任务的对象

用于运行一次性任务，任务成功完成后Pod自动退出，类似于一次性计划任务

两种情况:

任务成功，Pod正常退出

任务失败，Pod异常退出

14、DaemonSet

保证选定的业务在所有选定的节点运行一个Pod

典型场景：监控agent, 日志收集工具filebeat

15、StatefulSet 有状态服务集

通过Statefulset创建的Pod，集群会为其分配一个固定的名称，而且该名称创建后是不能修改的、也是集群全局唯一的；用于让构建业务集群的多个Pod间通过名称通信，而不是借助IP，来保证服务的有状态性

stateful的实现要依赖于存储volume，例如一个Pod挂载一个独立的存储，该Pod宕机后，自动创建一个新的Pod，新Pod一样会去挂载存储获取数据，这就相当于新Pod继承的原有Pod的所有数据及状态

典型应用场景：数据库集群

16、Volume 卷

用于实现数据持久化保存

17、Federation 集群联邦

存在多个不同的k8s集群时，常规情况下，我们连接哪个集群创建资源，资源就会被创建在哪个集群里

Federation基于全局控制器，可实现将多个不同的集群放到一个全局控制器中，创建资源时，向该全局控制器发送请求，全局控制器会选择一个集群创建资源

Fderation基于全局调度器，在访问资源时，向全局调度器发送请求，它会将请求转交到合适的集群处理