Kubernetes 简介

Kubernetes（通常简称为K8s）是一个开源的容器编排平台，用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。它提供了一种集中式的控制平面，用于管理整个容器集群，以及一个可扩展的计算、存储和网络资源的抽象层，使得应用程序的部署和运行变得简单和可靠。

Kubernetes 架构

1. Master节点：Master节点是Kubernetes集群的控制平面，负责管理和协调整个集群的运行状态。它包含以下组件：
   1. API Server：API Server是Kubernetes的核心组件，提供了集群的API接口，用于与集群进行交互和管理。
   2. Scheduler：Scheduler负责将Pod调度到集群中的合适节点上运行，根据资源需求和策略进行智能的调度决策。
   3. Controller Manager：Controller Manager包含了多个控制器，用于监控和管理集群的状态。它负责处理副本控制、节点管理、服务管理等任务。
   4. etcd：etcd是分布式键值存储系统，用于存储集群的配置数据和状态信息。它提供了高可用性和一致性，是Kubernetes的重要组件之一。
2. Node节点：Node节点是Kubernetes集群中的工作节点，负责运行应用程序的容器实例。每个Node节点上都有以下组件：
   1. Kubelet：Kubelet是Node节点上的代理，负责与Master节点通信并管理本地节点上的容器。它负责启动、停止和监控容器的运行状态。
   2. Container Runtime：Container Runtime是在Node节点上负责运行容器的底层软件，如Docker、containerd等。
   3. kube-proxy：kube-proxy负责为Pod提供网络代理和负载均衡功能，使得Pod可以相互通信和访问外部网络。

核心组件

1. Pod（容器组）：Pod是Kubernetes中最小的可部署单元，它是一个或多个相关容器的组合。Pod提供了容器之间共享网络和存储资源的机制，这些容器在同一个Node节点上运行。Pod通常用于承载一个应用程序或一个微服务。

2. ReplicaSet（副本集）：ReplicaSet确保指定数量的Pod副本正在运行。它可以定义Pod的副本数和Pod的模板，然后通过监控和自动调整副本数来维护所需的Pod数量。ReplicaSet用于实现应用程序的水平扩展和高可用性。

3. Deployment（部署）：Deployment是一种高级资源对象，它管理着应用程序的发布和更新。通过Deployment，可以定义所需的Pod副本数、更新策略和滚动更新参数。Deployment还可以实现应用程序的回滚操作，使得应用程序的发布和更新更加可控和可靠。

4. Service（服务）：Service是用于公开和访问Pod的一种抽象。Service提供了一个稳定的网络终结点，以便其他应用程序或服务可以通过Service访问后端的一组Pod。Service可以使用标签选择器来定义与之关联的Pod集合，并提供负载均衡和服务发现的功能。

5. Namespace（命名空间）：Namespace用于提供逻辑隔离和资源管理。它可以将集群划分为多个虚拟的子集群，每个Namespace中的资源相互隔离。Namespace可以用于组织和管理不同的应用程序、环境或团队。

监控和日志

1. Metrics Server：Metrics Server是Kubernetes的核心组件之一，它用于收集和存储集群中各个资源对象的指标数据，如CPU使用率、内存使用量等。Metrics Server提供了一个API接口，可以查询和访问这些指标数据，以便进行监控和报警。

2. Prometheus：Prometheus是一种开源的监控和报警系统，广泛用于Kubernetes环境中。它可以与Kubernetes集成，通过从Metrics Server或其他指标数据源收集指标数据，并提供灵活的查询和可视化功能。Prometheus还支持报警规则定义和报警通知。

3. Logging：Kubernetes本身不提供日志收集和存储功能，但它提供了一些机制来集成外部的日志管理工具。应用程序可以将日志输出到标准输出（stdout），然后使用容器化日志收集工具（如Fluentd、Filebeat等）将日志收集到中央日志存储系统（如ELK Stack、Elasticsearch等）中进行分析和查询。

4. Container Runtime Logs：Kubernetes还提供了获取容器运行时日志的机制。通过使用kubectl命令行工具，可以方便地查看容器的日志输出，例如使用kubectl logs命令可以查看特定Pod中容器的日志信息。

5. Third-Party Monitoring Tools：除了上述组件，还有许多第三方监控工具可以与Kubernetes集成，如Grafana、DataDog、Prometheus Operator等。这些工具提供了更丰富的监控和可视化功能，可以定制化地监控集群、应用程序的指标，并生成仪表盘和报警。

网络

1. Pod网络：每个Pod在Kubernetes集群中都有自己的IP地址，Pod内的容器可以使用localhost相互通信。Pod之间的通信可以通过Pod网络实现，Kubernetes支持多种容器网络解决方案，如Flannel、Calico、Weave等。这些解决方案提供了网络插件，负责为Pod分配IP地址、创建虚拟网络和路由规则等。

2. Service：Service是Kubernetes中用于公开和访问Pod的一种抽象。Service为一组具有相同标签的Pod提供了一个稳定的网络终结点。通过Service，可以为应用程序创建一个虚拟的服务IP地址，外部流量可以通过该IP地址访问到后端的Pod。有时也会直接在node上打开端口，让流量直接打到node节点上。

3. Ingress：Ingress是Kubernetes的一种资源对象，用于公开HTTP和HTTPS服务到集群外部。Ingress充当了一个入口控制器，可以根据HTTP请求的路径、域名等规则将流量转发到不同的Service。通常会链接到一个Ingress Class，Ingress Class起到分组的作用，然后Ingress Controller执行具体的规则。

存储

1. Volume：Kubernetes的Volume抽象允许Pod和容器使用持久化存储。Volume可以是主机上的目录、网络存储（NFS、Ceph等）或云提供商的持久化存储（如AWS EBS、Azure Disk等）。Volume可以在Pod创建期间挂载到容器中，使得容器可以访问持久化数据。

2. Persistent Volume（PV）和Persistent Volume Claim（PVC）：PV和PVC是Kubernetes中用于管理持久化存储的资源对象。PV表示实际的存储资源，PVC是对PV的请求。PVC允许用户声明对特定容量、访问模式和存储类别的需求，Kubernetes将根据PVC的请求动态分配合适的PV。PVC是pod用于申请资源创建的。

3. Storage Class：Storage Class是Kubernetes中定义不同存储类别的对象。Storage Class描述了不同存储提供商、访问模式和其他存储相关的属性。通过Storage Class，用户可以灵活地选择和配置适合其需求的存储。