一文掌握Kubernates核心组件，构建智能容器管理集群

1.Kubernates简要概述

Kubernates（常称为K8s，因省略了“ubernate”中的8个字符）是Google开源的容器编排平台，专为简化和自动化应用服务的部署、扩展和管理而设计。它将应用与底层的服务器抽象开来，提供了自动化的机制来协调、管理和维护多台服务器上的容器化应用。
通过Kubernates，你只需要编写一个YAML文件，定义应用的部署策略，系统即可根据这些策略自动完成应用部署，并具备以下功能：

• 自动扩缩容：根据应用负载情况自动调整容器数量；
• 故障恢复：当服务器或应用发生故障时，K8s可以将应用调度到其他服务器上以恢复服务。

2. Kubernates架构原理

Kubernates的架构分为两大核心部分：控制平面（Control Plane）和工作节点（Node）。

• 控制平面：负责管理和协调整个集群的工作。它通过调度策略确定哪些应用应该运行在哪些节点上，以及如何维护集群的健康状态。

• 工作节点（Node）：是实际执行应用任务的服务器或虚拟机。Node上运行的应用服务以Pod为单位，每个Pod包含一个或多个容器。K8s通过控制平面的调度策略将Pod分配到各个Node上运行。

Kubernates通过调度策略，使应用在集群中高效地运行，抽象出服务器的复杂性。 举个例子，原本我们需要手动登录到每台服务器上去检查资源情况、手动部署应用，而现在通过K8s的自动调度，只需编写一次配置文件，便能实现自动化的管理。

3. 控制平面的核心组件

为了实现自动化的集群管理，控制平面由以下几个主要组件组成：

• API Server：这是控制平面的核心组件，负责与外部交互，提供操作接口。所有对K8s资源的增删改查操作，都是通过API Server完成的。开发者可以通过命令行工具（如kubectl）或API请求与API Server进行通信。

• Scheduler（调度器）：调度器的作用是根据集群的当前状态，决定将新的Pod部署到哪个Node上。它会分析各个Node的资源使用情况（如CPU、内存等），并选择最适合的Node来运行应用。
  举例：以前我们部署应用时，必须手动选择合适的服务器，而现在调度器会自动完成这部分工作。

• Controller Manager：负责控制集群的状态，使其符合期望。Controller Manager会通过控制循环确保应用的副本数、状态与配置文件中指定的保持一致。例如，当某个Node失效时，Controller Manager会检测到Pod的丢失，并启动新的Pod。
  举例：以前我们需要手动监控和管理服务的状态，而Controller Manager会自动完成这部分工作。

• ETCD：一个强一致性的分布式键值存储，用来保存集群的所有配置信息和状态。Kubernetes的所有核心数据（如节点信息、Pod的状态、网络配置等）都会存储在ETCD中，它是整个集群的“数据库”。

4. 工作节点（Node）的内部组件

工作节点（Node） 是实际运行应用的地方，每个Node上都有一组组件来确保Pod的运行和管理：

• Container Runtime（容器运行时）：负责拉取镜像并运行容器。常见的运行时有Docker等。应用的代码和运行环境都会被打包成容器镜像。Node上的Container Runtime负责从镜像仓库中拉取这些镜像并启动容器。

  举例：可以将容器镜像理解为一个打包好的压缩包，里面包含了应用代码和环境配置。这个包解压后可以在任何机器上运行应用服务。以前我们需要上传代码到服务器并手动配置运行环境，而现在只需打包为容器镜像，Node会自动处理镜像的下载与运行。

• Pod：Pod是Kubernetes中最小的调度单位，它可以包含一个或多个容器。多个Pod可以运行在一个Node上，并共享该Node的资源。Pod不仅运行容器，还通常包括一些辅助容器，如日志收集器和监控工具等。

  举例：每个应用服务可以认为是一个容器，通常会配有日志收集或监控的容器来形成一个Pod。Pod可以跨不同的Node进行调度，也可以根据负载动态扩展或缩减。

• Kubelet：Kubelet是Node上的核心代理，它负责与控制平面的API Server进行通信，接受并执行调度命令。Kubelet会管理和监控Pod的运行状态，确保它们的生命周期符合定义。

  举例：以前我们需要手动启动、停止服务，现在Kubelet会根据控制平面下发的命令，自动执行这些操作。

• Kube Proxy：负责Node的网络通信，它会确保外部请求可以正确地路由到Pod。Kube Proxy为每个Pod分配独立的网络地址，并维护集群的网络规则。

  举例：以前我们需要为服务器设置负载均衡和网络规则，而现在Kube Proxy可以自动转发请求到正确的Pod，并处理复杂的网络配置。
  

5. Kubernates集群（Cluster）

控制平面和多个Node共同组成了Kubernetes集群（Cluster），K8s的强大之处在于集群的弹性扩展能力。公司通常会根据不同的需求创建多个集群，如测试集群、生产集群等。

为了将集群中的服务暴露给外部用户，Kubernetes通常会使用Ingress控制器。Ingress控制器提供了一个统一的入口，将外部用户的请求转发到集群内部的服务上。

6. Kubectl工具

Kubernates提供了一个非常方便的命令行工具——Kubectl。它允许开发者通过简单的命令对集群进行操作，无需直接调用K8s的API接口。你可以使用Kubectl执行各种任务，如部署、查看资源状态、删除服务等。

• 示例：我们可以通过编写一个YAML文件，定义Pod的配置、使用的镜像、资源限制等信息。然后使用以下命令将这个Pod部署到集群中：

  kubectl apply -f example.yaml
  

  这个命令会将YAML文件中的配置发送到API Server，API Server会将这些配置解析为K8s资源对象，然后触发Scheduler调度器来寻找合适的Node，最终由Node上的Kubelet根据命令启动Pod并拉取容器镜像。

7. 服务调用流程

服务部署完成后，外部用户通过Ingress控制器来访问集群内部的服务：

• 外部用户（如通过浏览器）发送HTTP请求到K8s集群的Ingress控制器。
• Ingress控制器将请求转发到集群内某个Node的Kube Proxy。
• Kube Proxy找到相应的Pod，将请求转发到Pod内的容器。
• 容器中的应用处理请求，并将响应通过相同的路径返回给用户。

举例：以前用户的HTTP请求直接发送到服务器上的Nginx并转发到服务内。现在有了K8s后，外部请求会先到达Ingress控制器，再通过内部路由机制转发到正确的Pod中，完成服务调用。

Kubernates通过高度自动化的调度和管理机制，简化了应用部署的过程。它不仅可以在集群内智能调度Pod，还能动态扩展应用、故障恢复，并通过API接口提供了强大的运维能力。总的来说，K8s帮助开发者和运维人员实现了应用的高效部署、管理和扩展，同时极大降低了手动运维的复杂性。