k8s概述

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1、kubernetes 基本介绍

kubernetes，简称 K8s，是用 8 代替 8 个字符“ubernete”而成的缩写。是一个开源 的，用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用，Kubernetes 的目标是让部署容器化的 应用简单并且高效（powerful）,Kubernetes 提供了应用部署，规划，更新，维护的一种 机制。 传统的应用部署方式是通过插件或脚本来安装应用。这样做的缺点是应用的运行、配置、管理、所有生存周期将与当前操作系统绑定，这样做并不利于应用的升级更新/回滚等 操作，当然也可以通过创建虚拟机的方式来实现某些功能，但是虚拟机非常重，并不利于可移植性。 新的方式是通过部署容器方式实现，每个容器之间互相隔离，每个容器有自己的文件 系统 ，容器之间进程不会相互影响，能区分计算资源。相对于虚拟机，容器能快速部署， 由于容器与底层设施、机器文件系统解耦的，所以它能在不同云、不同版本操作系统间进 行迁移。 容器占用资源少、部署快，每个应用可以被打包成一个容器镜像，每个应用与容器间 成一对一关系也使容器有更大优势，使用容器可以在 build 或 release 的阶段，为应用创 建容器镜像，因为每个应用不需要与其余的应用堆栈组合，也不依赖于生产环境基础结构， 这使得从研发到测试、生产能提供一致环境。类似地，容器比虚拟机轻量、更“透明”， 这更便于监控和管理。 Kubernetes 是 Google 开源的一个容器编排引擎，它支持自动化部署、大规模可伸缩、 应用容器化管理。在生产环境中部署一个应用程序时，通常要部署该应用的多个实例以便 对应用请求进行负载均衡。 在 Kubernetes 中，我们可以创建多个容器，每个容器里面运行一个应用实例，然后通 过内置的负载均衡策略，实现对这一组应用实例的管理、发现、访问，而这些细节都不需 要运维人员去进行复杂的手工配置和处理。

2、kubernetes 功能和架构

2.1 概述

Kubernetes 是一个轻便的和可扩展的开源平台，用于管理容器化应用和服务。通过 Kubernetes 能够进行应用的自动化部署和扩缩容。在 Kubernetes 中，会将组成应用的容 器组合成一个逻辑单元以更易管理和发现。Kubernetes 积累了作为 Google 生产环境运行 工作负载 15 年的经验，并吸收了来自于社区的最佳想法和实践。

2.2 K8s 功能:

kubernetes具有以下特性：

  • 服务发现和负载均衡 Kubernetes 可以使用 DNS 名称或自己的 IP 地址公开容器，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 你可以使用 Kubernetes 描述已部署容器的所需状态，它可以以受控的速率将实际状态 更改为期望状态。例如，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。
  • 自动完成装箱计算 Kubernetes 允许你指定每个容器所需 CPU 和内存（RAM）。 当容器指定了资源请求时，Kubernetes 可以做出更好的决策来管理容器的资源。
  • 自我修复 Kubernetes 重新启动失败的容器、替换容器、杀死不响应用户定义的 运行状况检查的容器，并且在准备好服务之前不将其通告给客户端。
  • 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。

2.3 架构

2.3.1 工作方式

Kubernetes Cluster = N Master **Node **+ N **Worker **Node：N主节点+N工作节点； N>=1

2.3.2 组件架构

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1. 控制平面组件（Control Plane Components）

控制平面的组件对集群做出全局决策(比如调度)，以及检测和响应集群事件（例如当不满足部署的 replicas 字段时，启动新的 pod）。 控制平面组件可以在集群中的任何节点上运行。 然而，为了简单起见，设置脚本通常会在同一个计算机上启动所有控制平面组件， 并且不会在此计算机上运行用户容器。 请参阅使用 kubeadm 构建高可用性集群 中关于多 VM 控制平面设置的示例。

kube-apiserver

API 服务器是 Kubernetes 控制面的组件， 该组件公开了 Kubernetes API。 API 服务器是 Kubernetes 控制面的前端。 Kubernetes API 服务器的主要实现是 kube-apiserver。 kube-apiserver 设计上考虑了水平伸缩，也就是说，它可通过部署多个实例进行伸缩。 你可以运行 kube-apiserver 的多个实例，并在这些实例之间平衡流量。

etcd

etcd 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。 您的 Kubernetes 集群的 etcd 数据库通常需要有个备份计划。 要了解 etcd 更深层次的信息，请参考 etcd 文档。

kube-scheduler

控制平面组件，负责监视新创建的、未指定运行节点（node）的 Pods，选择节点让 Pod 在上面运行。 调度决策考虑的因素包括单个 Pod 和 Pod 集合的资源需求、硬件/软件/策略约束、亲和性和反亲和性规范、数据位置、工作负载间的干扰和最后时限。

kube-controller-manager

在主节点上运行 控制器 的组件。 从逻辑上讲，每个控制器都是一个单独的进程， 但是为了降低复杂性，它们都被编译到同一个可执行文件，并在一个进程中运行。 这些控制器包括:

  • 节点控制器（Node Controller）: 负责在节点出现故障时进行通知和响应
  • 任务控制器（Job controller）: 监测代表一次性任务的 Job 对象，然后创建 Pods 来运行这些任务直至完成
  • 端点控制器（Endpoints Controller）: 填充端点(Endpoints)对象(即加入 Service 与 Pod)
  • 服务帐户和令牌控制器（Service Account & Token Controllers）: 为新的命名空间创建默认帐户和 API 访问令牌
    cloud-controller-manager

    云控制器管理器是指嵌入特定云的控制逻辑的 控制平面组件。 云控制器管理器允许您链接集群到云提供商的应用编程接口中， 并把和该云平台交互的组件与只和您的集群交互的组件分离开。 cloud-controller-manager 仅运行特定于云平台的控制回路。 如果你在自己的环境中运行 Kubernetes，或者在本地计算机中运Node 组件行学习环境， 所部署的环境中不需要云控制器管理器。 与 kube-controller-manager 类似，cloud-controller-manager 将若干逻辑上独立的 控制回路组合到同一个可执行文件中，供你以同一进程的方式运行。 你可以对其执行水平扩容（运行不止一个副本）以提升性能或者增强容错能力。 下面的控制器都包含对云平台驱动的依赖：

  • 节点控制器（Node Controller）: 用于在节点终止响应后检查云提供商以确定节点是否已被删除
  • 路由控制器（Route Controller）: 用于在底层云基础架构中设置路由
  • 服务控制器（Service Controller）: 用于创建、更新和删除云提供商负载均衡器

    2. Node 组件

    节点组件在每个节点上运行，维护运行的 Pod 并提供 Kubernetes 运行环境。

    kubelet

    一个在集群中每个节点（node）上运行的代理。 它保证容器（containers）都 运行在 Pod 中。 kubelet 接收一组通过各类机制提供给它的 PodSpecs，确保这些 PodSpecs 中描述的容器处于运行状态且健康。 kubelet 不会管理不是由 Kubernetes 创建的容器。

    kube-proxy

    kube-proxy 是集群中每个节点上运行的网络代理， 实现 Kubernetes 服务（Service） 概念的一部分。 kube-proxy 维护节点上的网络规则。这些网络规则允许从集群内部或外部的网络会话与 Pod 进行网络通信。 如果操作系统提供了数据包过滤层并可用的话，kube-proxy 会通过它来实现网络规则。否则， kube-proxy 仅转发流量本身。 image.png


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