Kubernetes总结一：初识Kubernetes

一. 简述

1. 由来

Kuberbetes简称 K8S，来源于古希腊语，意思是 舵手 。是由Google的几位工程师创立的，2014年6月首次对外公布。K8S的开发深受谷歌内部的一个叫做 Borg 系统的影响，Borg系统是谷歌内部稳定运行了十几年的大规模容器编排工具。谷歌沿用Borg系统的思路，用 GO 语言重新构建了这个容器编排工具，并命名为Kubernetes。

2. 简介

Kubernetes一个用于容器集群的自动化部署、扩容以及运维的开源平台。通过Kubernetes,你可以快速有效地响应用户需求;快速而有预期地部署你的应用;极速地扩展你的应用;无缝对接新应用功能;节省资源，优化硬件资源的使用。为容器编排管理提供了完整的开源方案。

1. 容器：一般指Docker容器，通过容器隔离的特性和宿主机进行解耦，与宿主机互不影响。而kubernetes则负责管理服务中所有的Docker容器，创建、运行、重启与删除容器。
2. 快速响应
   1. 新增或者修改需求时，可以快速进行部署测试(CICD)
   2. kubernetes可以根据不同条件进行动态扩缩容
      1. 举个栗子，用户访问量突然由1000人上升到100000人时，现有的服务已经无法支撑，kubernetes会自动将用户服务模块增加更多实例以保证当前的系统访问量。
3. 扩展：完善的注册发现机制，当某个服务的实例增加时，kubernetes会自动将其加入服务列表中，免除在传统运维中需要人工维护服务列表的问题。
4. 对接新应用：kubernetes是一个通用的容器编排框架，支持不同类型的语言，或者是语言无关的，新增加的应用都会以一个新的对象进行接入。
5. 硬件资源：这一点我觉得是kubernetess很基本但是非常重要的一个优点了，kubernetes在部署应用时会自动检查各个服务器的cpu与内存使用量，同时会根据服务申请的cpu与内存资源，将服务部署到最合适的服务器。(其实这就是容器调度的核心功能了)

3. 特性

• 自动装箱：基于资源依赖，以及其它约束，能够自动完成容器的部署而且不影响可用性。
• 自我修复：具有自愈能力，考虑到容器非常轻量级的特点，一旦某个应用容器崩溃了，可以很快启动一个新的应用容器替代。
• 水平扩展：能够实现自动水平扩展，一个容器不够，就再启一个，可以不断的扩展，只要你的物理平台资源足够。
• 服务发现/负载均衡：自动实现服务发现和负载均衡
• 自动发布和回滚:kubernetes在部署服务时，会记录部署服务的版本，我们可以很容易的进行上次版本或跨版本回退。
• **和配置管理
• 存储编排：对存储卷实现动态供给。如某一个容器需要用到存储卷时，会根据容器的需求自动创建符合要求的存储卷
• 批量处理执行

二.kubernetes架构与组成

1. 架构

kubernetes 属于主从分布式架构，主要由 Master节点 和 Node节点 组成，以及包括客户端命令行工具 kubectl 和其它附加项。
Master节点 包含
API Server 、 Scheduler（调度器） 、 ControllerManager（控制器管理器） 这三个核心的组件。
Node节点 包含
Kubelet 、Docker（容器引擎） 、Kube-proxy 这三个核心的组件。

1. k8s架构：
   

2. k8s运行流程
   

2. 组成

Master节点

1. 简介：集群 控制管理 节点，所有命令都经由master处理
2. 组成：
   1. API Server：提供rest接口 ，是k8s里所有资源 增删改查的唯一入口
   2. Scheduler：负责 pod调度 ，按照预定的调度策略将Pod调度到响应的机器上
   3. ControllerManager：k8s所有对象的自动化控制中心，资源对象大总管。维护集群状态，比如故障检测，自动扩展，滚动更新等

etcd

1. 简介：一个高可用 键值存储系统，主要用于 共享配置 和 服务发现
2. 作用：
   1. 功能与zookeeper相似，但更加轻量
   2. 通过Raft算法保证一致性
3. 特点：
   • 简单：支持curl方式的用户api（http+json）
   • 安全：可选的ssl客户端证书认证
   • 快速：单实例 1000次/秒 读写
   • 可靠：通过Raft算法保证强一致性

Node节点

1. 简介：集群 工作负载节点 , 如果宕机，上面的docker会被master转移到其他节点上
2. 组成：
   1. kubelet：
      1. 负责pod对应容器的创建和启停 （维护Pod生命周期）
      2. 向 Master节点 汇报当前 Node节点 的资源使用情况（如果某个node超过指定时间不上报信息，会被master判定为“失联”，node状态被标记为不可用“Not Ready”，随后master会触发“工作负载大转移”自动流程）
   2. kube-proxy : 实现 与kubernetes Service通信 与 负载均衡 的重要组件
   3. Docker : 负责 本机容器创建与管理 工作

3. 其他概念

Pod（容器组）

1. 简介：
   1. Pod是 最小部署单元 ，一个Pod由一个或多个容器组成，Pod中容器 共享存储和网络，在同一台Docker主机上运行
   2. 同一个Pod 里容器，共享同一个网络命名空间，可以使用 localhost 互相通信
2. 分类：
   1. 普通Pod：存放在etcd中
   2. 静态Pod：存放在Node具体文件中，且只能在此Node上启动运行
3. 特点：
   1. 每个Pod都有一个“根容器”–Pause容器。和一个或多个业务容器
   2. 一个Pod里的容器与另外主机上的Pod容器能够直接通信
   3. 如果Pod所在Node宕机，这个Node的所有Pod会转移到其他Node上
   4. 一个Pod中的应用程序共享同一组资源
      • PID命名空间：Pod中的不同应用程序可以看到其他应用程序的进程ID；
      • 网络命名空间：Pod中的多个容器能够访问同一个IP和端口范围；
      • IPC命名空间：Pod中的多个容器能够使用SystemV IPC或POSIX消息队列进行通信；
      • UTS命名空间：Pod中的多个容器共享一个主机名；
      • Volumes（共享存储卷）：Pod中的各个容器可以访问在Pod级别定义的Volumes；
4. 设置资源限额（CPU和Memory）
   1. Request : 资源最小申请量
   2. Limits : 资源最大允许使用量
5. 图示
   1. pod组成：
      
   2. pod，容器，node之间关系：
      

Pod控制器

1. 简介：用来管理Pod
2. 分类：
   1. ReplicationController （副本控制器），确保Pod的数量始终保持设定的个数。也支持Pod的滚动更新。主要用来部署升级
   2. ReplicaSet （副本集），它不直接使用，有一个声明式更新的控制器叫Deployment来负责管理。但是Deployment只能负责管理那些无状态的应用。
   3. StatefulSet （有状态副本集），负责管理有状态的应用。
   4. DaemonSet ，如果需要在每一个Node上只运行一个副本，而不是随意运行，就需要DaemonSet。
   5. Job，运行作业，对于时间不固定的操作，比如：某个应用生成了一大堆数据集，现在需要临时启动一个Pod去清理这些数据集，清理完成后，这个Pod就可以结束了。 这些不需要一直处于运行状态的应用，就用Job这个类型的控制器去控制。如果Pod运行过程中意外中止了，Job负责重启Pod。如果Pod任务执行完了，就不需要再启动了。
   6. Cronjob，周期性作业。

Endpoint , Event

1. EndPoint（IP+Port）：标识 服务进程的访问点
2. Event：一个 事件记录 ，记录事件最早产生时间，最后重复时间，重复次数，发起者，类型，以及导致此时间原因。用来 排查故障
   

Service（服务）

1. 简介：
   1. k8s中的Service是对象资源之一，一个k8s Service是一个应用服务的抽象，定义了Pod逻辑集合和访问这个Pod集合的策略
   2. Service代理Pod集合对外表现是一个 访问入口 ，分配集群IP地址，来自这个IP的请求，通过负载均衡转发后端Pod中的容器
   3. Service通过Lable Selector选择一组Pod提供服务
   4. Service被创建后，系统自动床架你一个同名的 endPoint
2. kubernetes 中 ip 分类：
   1. ClusterIp：Service的Ip地址（Service不是共用一个负载均衡器的ip地址，而是每个service分配一个全局唯一的虚拟Ip地址 ， 这个虚拟ip被称为ClusterIp）
   2. NodeIp：node节点的IP地址，k8s每个节点的物理网卡的Ip地址
   3. podIp：pod的ip地址，是docker分配的，是一个虚拟二层网络，不同Node上的Pod能彼此通信。
3. Pod，RC 与 Service 的关系
   

Label（标签）

1. 简介：标签，用来分组管理
2. 作用：
   1. Lable可以附加在各种资源对象上，一个资源对象可定义任意数量Label。
   2. 然后通过 Lable Selector 查询和筛选拥有某些label的资源对象。
   3. 通过给指定资源对象捆绑一个或多个Label来实现多维度资源分组管理
3. 示例：select * from pod where pod's name = 'xxx' , env ='yyy'
4. 支持操作符：=、!=、in、not in
   

Deployment（部署）

1. 简介：拥有更加灵活强大的升级，回滚功能。
2. 作用：升级，部署，回滚Pod。官方推荐Replica Set + Deployment 代替 RC
3. 优势：相对于RC，可以知道当前Pod部署进度
4. 使用场景：
   • 创建一个Deployment对象来生成对应的Replica Set并完成Pod副本创建过程
   • 检查更新Deployment的状态来查看部署动作是否完成：Pod副本数量是否达到预期的值
   • 更新Deployment以创建新的Pod（比如镜像升级）
   • 如果当前Deployment不稳定，则回滚到一个早先的Deployment版本
   • 挂起或者恢复一个Deployment

HPA（横向自动缩扩容）

1. 简介：Horizontal Pod Autoscaler简称HPA，意思是Pod横向自动扩容。
2. 作用：自动化，智能化缩扩容
3. 实现：CPUUtilizationPercentage
   1. 通常使用一分钟平均值，通过Heapster扩展组件获取这个值
   2. 利用率计算： Pod的CPU利用率 = Pod的CPU使用量/Pod Request (如果没有定义Pod Reques的值，则无法使用)

Volume（数据卷）

1. 简介：数据卷是Pod中能被多个容器访问的共享目录。定义在Pod上，被一个 Pod 中的多个容器挂载到具体文件目录下。与Pod生命周期相同。

NameSpace（命名空间）

1. 简介：命名空间将对象逻辑上分配到不同的NameSpace，可以是不同的项目，用户等区分管理，并设定控制策略，从而实现多租户。命名空间也称为虚拟集群

Kubectl（k8s命令行工具）

1. 简介：通过命令行对 资源对象 (Node，Pod，Replication Controlle，Servcie 等) 进行 增删改查 操作，并保存在etcd 进行持久化

Ingress（路由）

1. 简介：无论是容器组还是Service，外网都是无法直接访问的，Ingress就可以通过一个负载IP与Kubernetes集群内部进行通讯，一般会和Service对象进行配合使用。

ConfigMap（配置项）

1. 简介：简单理解为一个管理配置的对象，可以将项目的配置写入到ConfgiMap中，项目中的配置使用相应的变量名就可以读取相应的变量值。

概念理解起来比较困难，这里推荐一个形象的理解
用插画理解Kubernetes
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