【云原生_K8S系列】认识 Kubernetes

在当今数字化转型的浪潮中，企业对于构建高效、灵活的软件架构有了更高的期望。而在这个迅速变化的环境中，容器化技术如雨后春笋般涌现，为解决传统部署和管理软件所带来的挑战提供了一种全新的解决方案。在众多容器编排工具中，Kubernetes (K8s) 凭借其强大的功能和社区支持，成为了企业级容器调度平台的首选。

什么是 Kubernetes？

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。Kubernetes 是一种开源的容器编排引擎，由 Google 开发并于 2014 年首次发布，现已成为 Cloud Native Computing Foundation（CNCF）的毕业项目。简单来说，Kubernetes 允许用户在一个集群中自动化地部署、扩展和管理容器化的应用程序。

在 Kubernetes 中，用户可以将应用程序打包成独立的、轻量级的容器，并利用 Kubernetes 提供的丰富功能，如自动负载均衡、自我修复、自动伸缩等，快速而高效地部署和管理这些容器。这种基于容器的架构不仅使得应用程序更易于迁移和扩展，还提供了更高的灵活性和可靠性，有助于降低开发和运维的成本。

为什么需要 Kubernetes？

随着软件系统的规模不断扩大，传统的部署和管理方式已经无法满足日益增长的需求。传统的部署方式通常依赖于手动操作和静态配置，这种方式不仅效率低下，而且容易出错，难以应对快速变化的业务需求。而容器化技术的出现为这一困境提供了一个全新的解决方案。

应用部署的三大阶段

传统部署

程序员/运维工程师手动操作部署应用，直接将应用部署在目标机器上，由于资源不隔离，容易出现资源争抢、依赖冲突等各方面问题。

虚拟化部署

利用 OpenStask、VMware 等虚拟化技术，将一台目标机器虚拟化为多个虚拟机器，按照需求将应用部署到不同的虚拟机中，对虚拟机进行动态的水平扩容等管理操作。
相对传统部署自动化、资源隔离的能力提升了，带来的问题是虚拟化的逻辑过重，导致效率不高，且耗费资源较多

容器化部署

可以理解为轻量级的虚拟化，完美弥补虚拟化技术过重的问题，且由于直接共享主机硬件资源，只是通过系统提供的命名空间等技术实现资源隔离，损耗更小，且效率更高

K8S特点

1. 自动化部署与扩展：
   • Kubernetes 具有自动化部署和扩展功能，可以根据需求动态地调整容器的数量和资源分配，确保应用程序能够按需扩展，同时保持高可用性。
2. 统一管理：
   • Kubernetes 提供了统一的管理平台，可以管理多个应用程序、多个环境和多个集群，简化了部署和管理的复杂性，提高了操作效率。
3. 弹性伸缩：
   • Kubernetes 允许用户根据应用程序的负载情况动态地伸缩集群规模，从而实现资源的最优利用，提高了资源利用率和成本效益。
4. 自我修复：
   • Kubernetes 具有自我修复功能，可以自动检测和恢复容器和节点的故障，确保应用程序能够持续可用，提高了系统的稳定性和可靠性。
5. 服务发现与负载均衡：
   • Kubernetes 提供了服务发现和负载均衡的功能，可以自动管理应用程序之间的通信和流量分发，确保应用程序能够顺利地运行并满足用户需求。

企业级容器调度平台

Apache Mesos

基本概念

Mesos 是一个分布式调度系统内核，早于 Docker 产生，Mesos 作为资源管理器，从 DC/OS (数据中心操作系统)的角度提供资源视图。主/从结构工作模式，主节点分配任务，并用从节点上的 Executor 负责执行，通过 Zookeeper 给主节点提供服务注册、服务发现功能。通过 Framework Marathon 提供容器调度的能力。

优势

经过时间的检验，作为资源管理器的 Apache Mesos 在容器之前就已经出现很久了，支持运行容器化化和非容器化的工作负载。可以支持应用程序的健康检查，开放的架构。支持多个框架和多个调度器，通过不同的 Framework 可以运行 Haddop/Spark/MPI等多种不同的任务。
支持超大型规模的节点管理，模拟测试支持超过 5w+ 节点，在大规模上拥有较大优势。

Docker Swarm

基本概念

Docker Swarm 是一个由 Docker 开发的调度框架。由 Docker 自身开发的好处之一就是标准 Docker API 的使用，Swarm 由多个代理（Agent）组成，把这些代理称之为节点（Node）。这些节点就是主机，这些主机在启动 Docker Daemon 的时候就会打开相应的端口，以此支持 Docker 远程 API。这些机器会根据 Swarm 调度器分配给它们的任务，拉取和运行不同的镜像。

优势

从 Docker1.12 版本开始，Swarm 随 Docker 一起默认安装发布。由于随 Docker 引擎一起发布，无需额外安装，配置简单。支持服务注册、服务发现，内置 Overlay Network 以及 Load Balancer。与 Docker CLI 非常类似的操作命令，对熟悉 Docker 的人非常容易上手学习。
入门门槛、学习成本较低，使用更便捷，适用于中小型系统。

Google Kubernetes

基本概念

Kubernetes 是基于 Google 在过去十五年来大量生产环境中运行工作负载的经验。Kubernetes 的实现参考了 Google 内部的资源调度框架，但并不是 Borg 的内部容器编排系统的开源，而是借鉴 Google 从运行 Borg 获得的经验教训，形成了 Kubernetes 项目。
它使用 Label 和 Pod 的概念来将容器划分为逻辑单元。Pods 是同地协作（co-located）容器的集合，这些容器被共同部署和调度，形成了一个服务，这是 Kubernetes 和其他两个框架的主要区别。相比于基于相似度的容器调度方式（就像 Swarm 和Mesos），这个方法简化了对集群的管理。

优势

最流行等容器编排解决方案框架，基于 Google 庞大的生态圈及社区产生的产品。通过 Pods 这一抽象的概念，解决 Container 之间的依赖于通信问题。Pods，Services，Deployments 是独立部署的部分，可以通过 Selector 提供更多的灵活性。内置服务注册表和负载平衡。
适用度更广，功能更强大，相较于 Mesos 来说节点规模较小

总结

Kubernetes作为一种高度灵活和可扩展的容器编排引擎，已经成为了云原生应用开发和部署的首选工具。通过本文的介绍，相信大家对Kubernetes有了初步的了解。