Kubernetes（k8s）介绍

一. 应用部署方式演变

1. 在部署应用程序的方式上，主要经历了三个时代：

1.1 传统部署：

• 介绍：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

• 将应用部署在硬件上，有多个程序，之间可以产生影响，资源不够用会相互争抢

1.2 虚拟化部署：

• 介绍：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

1.3 容器化部署：

• 介绍：与虚拟化类似，但是共享了操作系统，虚拟化部署每个都需要操作系统，容器化部署可以直接在真机上跑一个docker，podman，这个程序消耗资源比较少，在应用程序管理内核所分配的容器

• 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，可以迁移（例在电脑上运行一个容器，资源不够了，将电脑放在别的电脑使用）
  • 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

• 介绍

传统部署：
硬件里面有个操作系统，在操作系统上跑应用

虚拟化部署：
硬件里面有个操作系统，操作系统有个虚拟化程序，在程序跑虚拟机，虚拟机有个操作系统，在操作系统里有命令和库文件，在他上面在跑应用

容器部署：
在硬件上有个操作系统，在系统上跑个容器环境，容器环境运行容器，容器里有命令和库文件，在他上面在跑应用

2. 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：

• 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

2.1 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

二. kubernetes

1. 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，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（自动启动，自动修复）
  • 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（可以根据自己的要求自动去处理，多删少加）
  • 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

三. kubernetes组件

1. 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。

2. master：集群的控制平面，负责集群的决策 ( 管理 )

• 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（所有的任务都要经过这里）
• Scheduler （调度器）: 负责集群资源调度，按照预定的调度策略将Pod（pod里面可以有多个容器，pod是k8s调度的最小单位，k8s不能管理容器，只能管理pod）调度到相应的node节点上
• ControllerManager（控制管理器） : 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，每个节点都有，存放数据的

3. node：集群的数据平面，负责为容器提供运行环境 ( 干活 )

• Kubelet : 负责维护容器的生命周期，即通过控制docker，来创建、更新、销毁容器
• KubeProxy : 负责提供集群内部的服务发现和负载均衡
• Docker : 负责节点上容器的各种操作

kuberctl 命令行工具，管理k8s工具

由 ControllerManager（控制管理器）来发现pod运行容器的数量进行控制 

• 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（kuberctl向ApiServer发出请求）

  • 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里面，

  • 一个nginx服务就运行了，如果需要访问nginx，就需要通过kube-proxy（代理）来对pod产生访问的代理

• 外界用户就可以访问集群中的nginx服务

四. kubernetes概念

• 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docker负责容器的运行
• 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，下面可以维护着同一类的多个pod
• Label：标签（打标记），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