K8S概念及其常见组件和整体架构

1.概念

• 什么是Kubernetes

  • 官网：Kubernetes 文档 | Kubernetes

  • K8S的本质是一组服务器集群，可以在对应服务器集群的每个节点上运行程序，来对节点中的容器进行管理

  • 类似Master-Work方式，每个服务器上安装特定的K8S组件，就可以形成集群，然后部署对应的应用即可

• K8S常见的功能

  • 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能够自动实现请求的负载均衡分配网络流量，从而使部署稳定
  • 存储编排
    • Kubernetes允许自动挂载选择的存储系统，例如本地存储、云提供商存储等
  • 自动部署和回滚
    • 可以用K8S自动化部署创建新容器，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容器，替换旧的容器
  • 密钥与配置管理
    • K8S允许存储和管理敏感信息，例如密码、OAuth令牌和ssh密钥

2.K8S常见概念组件

• 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
    

• K8S常见概念

  • Master

    • 集群控制节点（相当于整个集群的指挥中心），在每个Kubernetes集群里都需要一个Master来负责整个集群的管理和控制

  • Node

    • 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

    • 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

    • 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）查询和筛选拥有哪些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

  • 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

    • 可以在一个物理集群上运行多个虚拟集群，这种虚拟集群被称为命名空间，用来隔离Pod的运行环境
    • 同一个命名空间中的资源名称必须唯一
    • NameSpace是不能嵌套的，每一个Kubernetes的资源都只能在一个NameSpace内
    • 命名空间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）
    • 不必使用多个命名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
    • Kubernetes会创建四个初始NameSpace命名空间
      • default：没有指明使用其它命名空间的对象所使用的默认命名空间
      • kube-system Kubernetes：系统创建对象所使用的命名空间
      • kube-public：是自动创建的，命名空间下的资源可以被所有人访问（包括未认证用户）
      • kube-node-lease：集群节点之间的心跳维护

• 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
    • 相关服务需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K8S中或者容器中

3.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

• 架构图