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Kubernetes基本概念与组件

     Kubernetes 源于希腊语,意为 “舵手” 或 “飞行员”。Google 在 2014 年开源了 Kubernetes 项目。Kubernetes 建立在 Google 在大规模运行生产工作负载方面拥有十几年的经验的基础上,结合了社区中最好的想法和实践。K8S提供了面向应用的容器集群部署和管理系统。Kubernetes的目标旨在消除编排物理/虚拟计算,网络和存储基础设施的负担,并使应用程序运营商和开发人员完全将重点放在以容器为中心进行自助运营。Kubernetes 具备完善的集群管理能力,包括多层次的安全防护和准入机制、多租户应用支撑能力、透明的服务注册和服务发现机制、内建负载均衡器、故障发现和自我修复能力、服务滚动升级和在线扩容、可扩展的资源自动调度机制、多粒度的资源配额管理能力。 Kubernetes 还提供完善的管理工具,涵盖开发、部署测试、运维监控等各个环节。

  从传统部署到K8S

 

    Kubernetes的优秀特性:

              1、自我修复

          在节点故障时重新启动失败的容器,替换和重新部署,保证预期的副本数量;杀死健康检查失败的容器,并且在未准备好之前不会处理客户端请求,确保线上服务不中断。

              2、弹性伸缩

使用命令、UI或者基于CPU使用情况自动快速扩容和缩容应用程序实例,保证应用业务高峰并发时的高可用性;业务低峰时回收资源,以最小成本运行服务。

    3、自动部署和回滚

 K8S采用滚动更新策略更新应用,一次更新一个Pod,而不是同时删除所有Pod,如果更新过程中出现问题,将回滚更改,确保升级不受影响业务。

     4、服务发现和负载均衡

           K8S为多个容器提供一个统一访问入口(内部IP地址和一个DNS名称),并且负载均衡关联的所有容器,使得用户无需考虑容器IP问题。

               5、机密和配置管理

                     管理机密数据和应用程序配置,而不需要把敏感数据暴露在镜像里,提高敏感数据安全性。并可以将一些常用的配置存储在K8S中,方便应用程序使用。

               6、存储编排

                     挂载外部存储系统,无论是来自本地存储,公有云(如AWS),还是网络存储(如NFS、GlusterFS、Ceph)都作为集群资源的一部分使用,极大提高存储使用灵活性。

               7、批处理:提供一次性任务,定时任务;满足批量数据处理和分析的场景。

 

      Kubernetes 集群架构与组件:

k8s集群架构与组件

 

Kubernetes 主要由以下几个核心组件组成:

  • etcd                   保存了整个集群的状态,就是一个数据库;
  • apiserver          提供了资源操作的唯一入口,并提供认证、授权、访问控制、API 注册和发现等机制;
  • controller manager   负责维护集群的状态,比如故障检测、自动扩展、滚动更新等;
  • scheduler        负责资源的调度,按照预定的调度策略将 Pod 调度到相应的机器上;
  • kubelet         负责维护容器的生命周期,同时也负责 Volume(CSI)和网络(CNI)的管理;
  • Container runtime    负责镜像管理以及 Pod 和容器的真正运行(CRI);
  • kube-proxy      负责为 Service 提供 cluster 内部的服务发现和负载均衡;

当然了除了上面的这些核心组件,还有一些推荐的插件:

  • kube-dns        负责为整个集群提供 DNS 服务
  • Ingress Controller     为服务提供外网入口
  • Metrics server       提供资源监控
  • Dashboard            提供 GUI

 

基本概念:

 

  • Master: Master 节点是 Kubernetes 集群的控制节点,负责整个集群的管理和控制。
  • kube-apiserver:集群控制的入口,提供 HTTP REST 服务
  • kube-controller-manager:Kubernetes 集群中所有资源对象的自动化控制中心
  • kube-scheduler:负责 Pod 的调度
  • Node:Node 节点是 Kubernetes 集群中的工作节点,Node 上的工作负载由 Master 节点分配,工作负载主要是运行容器应用
  • kubelet:     负责 Pod 的创建、启动、监控、重启、销毁等工作,同时与 Master 节点协作,实现集群管理的基本功能
  • kube-proxy:实现 Kubernetes Service 的通信和负载均衡
  • Pod: Pod 是 Kubernetes 最基本的部署调度单元。每个 Pod 可以由一个或多个业务容器和一个根容器(Pause 容器)组成。一个 Pod 表示某个应用的一个实例
  • ReplicaSet:是 Pod 副本的抽象,用于解决 Pod 的扩容和伸缩
  • Deployment: 部署无状态服务的Pod控制器,在内部使用ReplicaSet 来实现。可以通过 Deployment 来生成相应的 ReplicaSet 完成 Pod 副本的创建
  • Service:Service 是 Kubernetes 最重要的资源对象。Kubernetes 中的 Service 对象可以对应微服务架构中的微服务。Service 定义了服务的访问入口,服务的调用者通过这个地址访问 Service 后端的 Pod 副本实例。Service 通过 Label Selector 同后端的 Pod 副本建立关系,Deployment 保证后端Pod 副本的数量,也就是保证服务的伸缩性。

 

组件通信

Kubernetes 多组件之间的通信原理:

 

apiserver 负责 etcd 存储的所有操作,且只有 apiserver 才直接操作 etcd 集群
apiserver 对内(集群中的其他组件)和对外(用户)提供统一的 REST API,其他组件均通过 apiserver 进行通信

controller manager、scheduler、kube-proxy 和 kubelet 等均通过 apiserver watch API 监测资源变化情况,并对资源作相应的操作,所有需要更新资源状态的操作均通过 apiserver 的 REST API 进行

apiserver 也会直接调用 kubelet API(如 logs, exec, attach 等),默认不校验 kubelet 证书,但可以通过 –kubelet-certificate-authority 开启(而 GKE 通过 SSH 隧道保护它们之间的通信)

比如最典型的创建 Pod 的流程:​​

  1. 用户通过 REST API 创建一个 Pod
  2. apiserver 将其写入 etcd
  3. scheduluer 检测到未绑定 Node 的 Pod,开始调度并更新 Pod 的 Node 绑定
  4. kubelet 检测到有新的 Pod 调度过来,通过 container runtime 运行该 Pod
  5. kubelet 通过 container runtime 取到 Pod 状态,并更新到 apiserver 中

 

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