Kubernetes (k8s) 快速认知

应用部署方式

传统部署时代

• 早期的时候，各个组织是在物理服务器上运行应用程序。
• 缺点
  • 资源分配问题：
    • 无法限制在物理服务器中运行的应用程序资源使用
  • 维护成本问题：
    • 部署多个物理机，维护许多物理服务器的成本很高

虚拟化部署时代

• 虚拟化技术允许在单个物理服务器的 CPU 上运行多台虚拟机（VM）
• 虚拟化能使应用程序在不同 VM 之间被彼此隔离，且能提供一定程度的安全性
• 虚拟化技术能够更好地利用物理服务器的资源，并且因为可轻松地添加或更新应用程序
• 缺点
  • 需要单独一个系统，占用资源
  • 不能灵活的扩容和缩容

容器部署时代

• 容器类似于 VM，但是更宽松的隔离特性，使容器之间可以共享操作系统（OS）
• 容器比起 VM 被认为是更轻量级的，每个容器都具有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等
• 跨云和操作系统发行版本的可移植性：可在 Ubuntu、RHEL、CoreOS、本地、 Google Kubernetes Engine 和其他任何地方运行。

容器化带来的问题

容器化部署存在的问题

• 20个物理机发布100个容器，怎么快速发布和管理
• 应用发布上线出现问题，需要进行回滚历史版本，如何进行回滚
• 突发海量请求过来，如何根据情况进行快速扩容
• 用户请求过来，怎么分配请求到100个容器里面
• 某个容器故障了，如何快速启动新容器去替代
• 。。。。。。。

上面容器管理的问题称为容器编排，为了解决这些问题，产生了一些容器编排的软件

• Docker Swarm：Docker自己的容器编排工具
• Mesos：Apache的资源管控的工具，结合Marathon使用
• Kubernetes：Google开源的的容器编排工具, 基于内部Borg系统的开源版本

什么是Kubernetes（简称 k8s）

介绍

• Kubernetes 这个名字源于希腊语，意为“舵手”或“飞行员”。
• k8s 这个缩写是因为 k 和 s 之间有八个字符的关系。
• Google 在 2014 年开源了 Kubernetes 项目。 Kubernetes 建立在 Google 大规模运行生产工作负载十几年经验的基础上， 结合了社区中最优秀的想法和实践。
• Kubernetes 是一个可移植、可扩展的开源平台，用于管理容器化的工作负载和服务，可促进声明式配置和自动化。

k8s 常用功能

• 服务发现和负载均衡
  • Kubernetes 可以使用 DNS 名称或自己的 IP 地址来暴露容器。
  • 如果进入容器的流量很大，Kubernetes 可以负载均衡并分配网络流量，从而使部署稳定。
• 存储编排
  • Kubernetes 允许你自动挂载你选择的存储系统，例如本地存储、公共云提供商等。
• 自动部署和回滚
  • 你可以自动化 Kubernetes 来为你的部署创建新容器， 删除现有容器并将它们的所有资源用于新容器
  • 当版本发布错误，可以立刻回退到之前的版本
• 自我修复
  • 如果某个容器宕机了，K8S 可以快速重新启动新的的容器，替换旧的容器
• 密钥与配置管理
  • Kubernetes 允许你存储和管理敏感信息，例如密码、OAuth 令牌和 SSH 密钥。
  • 你可以在不重建容器镜像的情况下部署和更新密钥和应用程序配置，也无需在堆栈配置中暴露密钥。

Kubernetes常见概念组件和整体架构

Kubernetes常见组件和整体架构讲解

K8S整体架构，也是Client-Server模型

• 控制节点Master-Node，负责集群的管理
• 工作节点Worker-Node，负责为集群提供运行环境
  

kubernetes常见概念

Master （集群控制节点）

• 指的是集群控制节点（相当于整个集群的指挥中心），在每个Kubernetes集群里都需要有一个Master来负责整个集群的管理和控制

Node （Node节点）

• 除了master，k8s集群中的其他机器被称为Node节点，Node节点才是kubernetes集群中的工作负载节点
• 每个Node节点都会被master分配一些工作负载（docker容器），node节点上的docker负责容器的运行

Pod

• Pod是一组容器, 在K8S中，最小的单位是Pod, 一个Pod可以包含多个容器，但通常情况下我们在每个Pod中仅使用一个容器
• 可以把Pod理解成豌豆荚, Pod内的每个容器是一颗颗豌豆
• 分类
  • 自主创建：直接创建出来的Pod，这种pod删除后就没有了，也不会自动重建
  • 控制器创建：通过控制器创建的pod，这类Pod删除了之后还会自动重建

Pod Controller （Pod控制器）

• 控制器是管理pod的中间层，只需要告诉Pod控制器，想要创建多少个什么样的Pod，它会创建出满足条件的Pod并确保每一个Pod资源处于用户期望的目标状态。如果Pod在运行中出现故障，它会基于指定策略重新编排Pod
• 通过它来实现对pod的管理，比如启动pod、停止pod、扩展pod的数量等等
• 类型
  • ReplicaSet、Deployment、Horizontal Pod Autoscaler、DaemonSet等

Service

• 在k8s里面，每个Pod都会被分配一个单独的IP地址,但这个IP地址会随着Pod的销毁而消失
• Service (服务)就是用来解决这个问题的, 对外服务的统一入口，用于为一组提供服务的Pod 抽象一个稳定的网络访问地址
• 一个Service可以看作一组提供相同服务的Pod的对外访问接口，作用于哪些Pod是通过标签选择器来定义的

Label （标签）

• K8S提供了一种机制来为Pod进行分类，那就是Label（标签），同一类pod会拥有相同的标签
• Label的具体形式是key-value的标记对，可以在创建资源的时候设置，也可以在后期添加和修改
• 给某个资源对象定义一个Label，就相当于给它打了一个标签，可以通过Label Selector（标签选择器）查询和筛选拥有某些Label的资源对象，K8S通过这种方式实现了类似SQL的对象查询机制
• 应用场景
  • 未使用前，分散难管理，如果需要部署不同版本的应用到不同的环境中，难操作
    
  • 为Pod打上不同标签，使用Label组织的Pod，轻松管理
    

Label选择器

• 对应的资源打上标签后,可以使用标签选择器过滤指定的标签
• 标签选择器目前有两个
  • 基于等值关系(等于、不等于)
  • 基于集合关系(属于、不属于、存在)

NameSpace（命名空间）

• 可以在一个物理集群上运行多个虚拟集群，这种虚拟集群被称作命名空间，用来隔离pod的运行环境
• 同一个名字空间中的资源名称必须唯一，而不同名字空间之间则没有这个要求
• NameSpace是不能嵌套的，每一个 Kubernetes 的资源都只能在一个NameSpace内
• NameSpace是在多个用户之间划分集群资源的一种方法（通过资源配额）
• （注意）不必使用多个名字空间来分隔轻微不同的资源，例如同一软件的不同版本： 应该使用标签 来区分同一名字空间中的不同资源
• Kubernetes 会创建四个初始NameSpace名称空间
  • default 没有指明使用其它名字空间的对象所使用的默认名字空间
  • kube-system Kubernetes 系统创建对象所使用的名字空间
  • kube-public 所有的客户端（包括未经身份验证的客户端）都可以读取该名字空间。
  • kube-node-lease 该名字空间包含用于与各个节点关联的 Lease（租约）对象。 节点租约允许 kubelet 发送心跳， 由此控制面能够检测到节点故障

应用分类

• 有状态应用
  • 不能简单的实现负载均衡的服务，有数据产生的服务，Redis、MySql、RabbitMQ等
  • 相关服务须通过一些较复杂的配置才能做到负载均衡
  • 有状态的应用，建议直接在物理机部署，方便维护管理
• 无状态应用
  • 没有对应业务数据的应用，可以简单的实现负载均衡，复制一个节点即可快速扩容，如SpringCloud中的业务服务
  • 无状态的应用适合部署在 Kubernetes（K8s）中或者容器中

K8S整体架构

• K8S整体架构，也是Client-Server模型

  • 控制节点Master-Node，负责集群的管理

    • apiserver：提供操作【k8s集群资源】的唯一入口，RESTful方式请求,并提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等
    • scheduler：负责资源的调度，按照预定的调度策略，【计算】将Pod调度到相应的Node节点进行应用部署
    • controller-manager：控制器管理中心，负责维护集群的状态，比如故障检测、滚动更新等，根据调度器的安排通知对应的节点创建pod
    • etcd：存储中心，是兼具一致性和高可用性的键值数据库，可以作为保存 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库

  • 工作节点Worker-Node，负责为集群提供运行环境

    • Node是Pod真正运行的主机，可以是物理机也可以是虚拟机, Node本质上不是K8S来创建的， K8S只是管理Node上的资源，为了管理Pod，每个Node节点上至少需要运行container runtime（Docker）、kubelet和kube-proxy服务
    • kubelet：相当于主节点派到工作节点的一个代表，用于管理本机容器（相当于master节点的化身），负责维护容器的生命周期也负责Volume(CVI)和网络（CNI）的管理
    • kube-proxy：负责为Service提供cluster内部的服务发现/网络代理/负载均衡等操作，为部署的应用程序提供访问入口，和apiserver是不一样的，后者是操作k8s集群内部的

文档

K8S文档：https://kubernetes.io/docs/home/