Kubernetes简介

序言

k8s是一个编排容器的工具，其实也是管理应用的全生命周期的一个工具，从创建应用，应用的部署，应用提供服务，扩容缩容应用，应用更新，都非常的方便，而且可以做到故障自愈，例如一个服务器挂了，可以自动将这个服务器上的服务调度到另外一个主机上进行运行。
k8s可以更快的更新新版本，打包应用，更新的时候可以做到不用中断服务，服务器故障不用停机，从开发环境到测试环境到生产环境的迁移极其方便，一个配置文件搞定，一次生成image，到处运行。

Kubernetes概述

Kubernetes特性

• 1.自我修复
  在节点故障时重新启动失败的容器，替换和重新部署，保证预期的副本数量;杀死健康检查失败的容器，并且在未准备好之前不会处理客户端请求，确保线上服务不中断。
• 2.弹性伸缩
  使用命令、UI或者基于CPU使用情况自动快速扩容和缩容应用船序实例，保证应用业务高峰并发时的高可用性;业务低峰时回收资源，以最小成本运行服务。
• 3.自动部署和回滚
  K8S采用滚动更新策略更新应用，一次更新一个Pod，而不是同时删除所有Pod，如果更新过程中出现问题，将回滚更改，确保升级不受影响业务。
• 4.服务发现和负载均衡
  K8S为多个容器提供一个统一访问入口（内部IP地址和一个DNS名称》，并且负载均衡关联的所有容器，使得用户无需考虑容器IP问题。
• 5.机密和配!置管理
  管理机密数据和应用程序配置，而不需要把敏感数据暴露在镜像里，提高敏感数据安全性。并可以将一些常用的配置存储在K8S中，方便应用程序使用
• 6.存储编排
  挂裁外部存储系统，无论是来自本地存储，公有云(如AWS)，还是网络存储(如NFS、GlusterfS、 Ceph)都作为集群资源的一部分使用，极大提高存储使用灵活性。
• 7.批处理
  提供一次性任务，定时任务:满足批量数据处理和分析的场景。

基本组件

1、master组件

1、auth/认证模块

K8S 内部支持使用RBAC认证的方式进行认证

2、kube-apiserver/api接口

用于暴露kubernetes API，不管是kubectl 还是HTTP 调用来操作kubernets 集群各种资源，都是通过kube-apiserver 提供的接口进行操作的，Node 节点与Master之间的通信也是主要依赖于kube-apiserver，例如pod调度: kube-scheduler 将调度结果写入etcd，kubelet 监听etcd 获取到调度任务。

Kubernetes APl，集群的统一入口，各组件协调者，以RESTful API提供接口服务，所有对象资源的增删改查和监听操作都交给APIServer处理后再提交给ETCD存储。

3、kube-scheduler/k8s pod调度器

调度器，接收来自于管理控制器(kube-controller-manager)触发的调度操作请求，然后根据请求规格、调度约束、整体资源情况等因素进行调度计算，最后将任务写到etcd，目标节点的kubelet 组件监听到由其负责的资源创建工作，然后执行具体调度任务。

根据调度算法为新创建的Pod选择一个Node节点，可以任意部署,可以部署在同一个节点上,也可以部署在不同的节点上。

4、kube-controller-manager/k8s管理器

• 管理负责整个kubernetes的管理工作，保障集群中各种资源处于期望状态，当监控到某个资源状态不正常时，管理控制器会触发对应的调度操作，主要由以下几个部分组成:

  • 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

处理集群中常规后台任务，一个资源对应一个控制器，而ControllerManager就是负责管理这些控制器的。

5、cloud-controller-manager/云控制器管理器

运行与基础云提供商交互的控制器，从k8s1.6之后出现的新功能

也包括了多个控制器：节点控制器、路由控制器、服务控制器、数据卷控制器

6、etcd/k8s后台数据库

一款用于共享配置和服务发现的高效KV存储系统，具有分布式、强一致性等特点，在kubernetes 环境中主要用于存储所有需要持久化的数据。

分布式键值存储系统（特性：服务自动发现）。用于保存集群状态数据，比如IPod、Service等对象信息。

2、work-node组件

1、kubelet/节点管理工具

kubelet负责管理节点的pod，可以理解为当在master上执行创建、删除对象时，kubelet负责执行从kube-apiserver下达的指令

2、kube-proxy/网络管理器

service 在逻辑上代表了后端多个pod，外界通过service 访问pod。service 接收到的请求是如何转发到pod的，这个就是kube-proxy 要完成的工作，每个node 都会运行kube-proxy服务，它负责将访问service的TCP/UDP 数据流转发到后端的容器，如果有多个副本，kube-proxy 会实现负载均衡。

kube-proxy运行在每个node节点上，管理维护node上的网络规则

3、docker或rocket

1. 提供容器操作的底层引擎
2. 为kubernets中Pod提供容器

K8S概念补充

1、pod

• pod是K8S的最小管理单元。
• 一个pod中可运行2+个容器。
• pod内的容器共享使用pod的唯一ip地址和一组存储卷。
• 同一pod内的容器使用localhost进行通信；而与pod外的容器通信时，需要pod内的容器协调使用pod的端口进行通信
• pod有生命周期，当一个pod生命周期结束后，该pod将不复存在，k8s会重新部署一个新的pod提供和该pod一样的服务。这样就用到service概念用于标记k8s集群提供一组服务的pod。

2、service

service是pod的代理层，根据用户请求的端口和服务，service找到对应标签的pod，将请求代理到这些pod去处理。如果您想要在应用程序中使用 Kubernetes 接口进行服务发现，则可以查询 API Server 的 endpoint 资源，只要服务中的Pod集合发生更改，endpoint 就会更新。

官方说：逻辑上的一组 Pod，一种可以访问它们的策略 —— 通常称为微服务。这一组 Pod 能够被Service 访问到，通常是通过selector实现的

3、volume

基本数据（网页文件），Kubernetes 卷具有明确的生命周期——与包裹它的 Pod 相同，但是卷比 Pod 中运行的任何容器的存活期都长，在容器重新启动时数据也会得到保留。Kubernetes支持多种类型的卷，如nfs、iscsi、cinder、azureDisk等。

4、Deployment

顾名思义，Deployment是一个部署，作用主要是创建、更新、回滚ReplicaSet以控制pod

5、namespace（命名空间）

命名空间为名称提供了一个范围。资源的名称需要在命名空间内是唯一的，但不能跨命名空间。命名空间不能相互嵌套，每个 Kubernetes 资源只能在一个命名空间中。

6、Job

可创建一个或者多个pod，job在指定次数、指定个数的pod创建后job的工作就完成了

删除一个job，会将其创建的pod一并清除

7、endpoint

endpoint是kubernetes的一个资源对象，存储于etcd数据库中，用以记录service的所有pod的访问地址

8、object（对象）

object是持久化的实体，用以表示整个集群的状态：

哪些容器化应用在运行

可以被应用使用的资源

应用运行时重启策略、升级策略，以及容错策略

一个object一旦创建，kubernetes会持续工作以保证对象存在；也就是通过对象棵设置kubernetes集群的期望状态

object的操作依赖于Kubernetes API，如果使用kubectl也是通过调用Kubernetes API完成的操作（使用yaml文件操作会将文件的内容从yaml转换为json格式）

9、Object Name 和 UID（对象名和UID）

集群中的每一个对象都一个名称 来标识在同类资源中的唯一性。

每个 Kubernetes 对象也有一个UID 来标识在整个集群中的唯一性。

10、label（标签）

label是附加到对象的键/值对；label可以在创建时附加到对象，然后可以随时添加和修改。每个对象可以定义一组键/值标签。每个键对于给定的对象必须是唯一的。label不是唯一的，也就是说多个对象可以拥有同一个label，如我们可以创建多个label为nginx的pod用于统一管理。

11、label selector（标签选择器）

与名称和UID不同，标签不提供唯一性。通常，我们希望许多对象携带相同的标签。通过标签选择器，客户端/用户就可以识别一组同标签的对象。

12、ReplicaSet

ReplicaSet 是Replication Controller（RC）的下一代，区别在于支持基于集合的选择器。

官方说：ReplicaSet 确保任何时间都有指定数量的Pod副本在运行。然而，Deployment 是一个更高级的概念，它管理 ReplicaSet，并向 Pod 提供声明式的更新以及许多其他有用的功能， 因此，我们建议使用 Deployment 而不是直接使用 ReplicaSet。

13、ReplicationController（RC）

是kubernetes的pod数量控制器，RC同时跨多个节点（node）控制多个pod的数量而不是仅限于单机。工作的内容主要是当pod数量跟预期不一样了，RC会将该数量维持为预期的数量

14、StatefulSets

StatefulSets用来管理 Deployment 和扩展一组 Pod

StatefulSet 和 Deployment 相同的是管理了基于相同容器定义的一组 Pod；但是StatefulSet 为它的每个 Pod 维护了一个固定的 ID，并且该ID是基于声明创建的，无论pod如何调度，ID永久不变

StatefulSet多用于满足以下一个或多个条件的应用程序：

稳定的、唯一的网络标识符。

稳定的、持久的存储。

有序的、优雅的部署和缩放。

有序的、自动的滚动更新。

15、DaemonSet

DaemonSet管理节点上的各个守护的pod，例如集存储群、日志收集器、监控客户端，通俗来讲就是K8S集群状态的控制器