第一章 kubernetes介绍

如有错误，欢迎大家指点，大家互相学习
本章节主要介绍应用程序在服务器上部署方式演变以及kubernetes的概念、组件和工作原理。

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1.1 应用部署方式演变

在部署应用程序的方式上，主要经历了三个时代:
●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-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介绍

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-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。它的目的就是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-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组件

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，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，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

下面，以部署一个nginx服务来说明kubernetes系统各 个组件调用关系:
1.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

2.一个nginx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

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

4.apiServer调用controller-manager去调度Node节 点安装nginx服务

5.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中

6.至此一个nginx服务就运行了 ,如果需要访问nginx,就需要通过kube-proxy来对pod产生访问的代理，这样,外界用户就可以访问集群中的nginx服务了

1.4 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，-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

1.5 Kubernetes架构

1.6 Kubernetes 工作原理

1）、用户提交创建Pod的请求，可以通过API Server的REST API，也可用Kubectl命令行工具
2）、API Server处理用户请求，存储Pod数据到etcd数据库
3）、Schedule通过和API Server的watch机制，查看到新的Pod，尝试为Pod绑定Node
4）、过滤主机：调度器用一组规则过滤掉不符合要求的主机，比如Pod指定了所需要的资源，那么就要过滤掉资源不够的主机
5）、主机打分：对第一步筛选出的符合要求的主机进行打分，在主机打分阶段，调度器会考虑一些整体优化策略，
比如把一个Replication Controller的副本分布到不同的主机上，使用最低负载的主机等
6）、选择主机：选择打分最高的主机，进行binding操作，结果存储到etcd中
7）、Kubelet根据调度结果执行Pod创建操作： 绑定成功后，会启动container，Scheduler会调用API在数据库etcd中创建一个
bound pod对象，描述在一个工作节点上绑定运行的所有Pod信息。运行在每个工作节点上的Kubelet也会定期与etcd同步
bound pod信息，一旦发现应该在该工作节点上运行的bound pod对象没有更新，则调用Docker API创建并启动Pod内的容器
在这期间，Control Manager同时会根据K8S的mainfiles文件执行RC Pod的数量来保证指定的Pod副本数。
而其他的组件，比如Scheduler负责Pod绑定的调度，从而完成整个Pod的创建