Kubernetes——基础概念

Posted 2022-03-22 封玖FJ

Kubernetes介绍

什么是Kubernetes

1. 用于自动部署、扩展和管理“容器化( containerized) 应用程序”的开源系统
2. 可以理解成K8S是负责自动化运维管理多个容器化程序(比如Docker)的集群，是–个生态极其丰富的容器编排框架工具

Kubernetes作用

1.用于自动部署、扩展和管理“容器化( containerized) 应用程序”的开源系统
2.可以理解成K8S是负责自动化运维管理多个容器化程序(比如Docker)的集群，是–个生态极其丰富的容器编排框架工具

Kubernetes由来

• k8S由google的Borg系统(博格系统，google内部使用的大规模容器编排工具)作为原型，后经G0语言延用Borg的思路重写并捐献给CNCF基金会开源

Kubernetes含义

• 词根源于希腊语的舵手、飞行员

Kubernetes官网

官网https://kubernetes.io

GitHub: https://github.com/kubernetes/kubernetes

中文网站http://docs.kubernetes.org.cn/92.html

为什么用K8S

1. 试想下传统的后端部署办法:把程序包(包括可执行二进制文件、配置文件等)放到服务器上，接着运行启动脚本把程序跑起来，同时启动守护脚本定期检查程序运行状态、必要的话重新拉起程序
2. 设想一下，如果服务的请求量上来，已部署的服务响应不过来怎么办?传统的做法往往是，如果请求量、内存、CPU超过阈值做了告警，运维人员马上再加几台服务器，部署好服务之后，接入负载均衡来分担已有服务的压力
3. 这样问题就出现了:从监控告警到部署服务，中间需要人力介入! 那么，有没有办法自动完成服务的部署、更新、卸载和扩容、缩容呢?
4. 而这就是K8S要做的事情: 自动化运维管理容器(Docker) 程序。K8s的目标是让部署容器化应用简单高效

K8S解决的问题

1. K8S解决了裸跑Docker的若干痛点：
2. 单机使用，无法有效集群
3. 随着容器数量的上升，管理成本攀升
4. 没有有效的容灾、自愈机制
5. 没有预设编排模板，无法实现快速、大规模容器调度
6. 没有统一的配置管理中心工具
7. 没有容器生命周期的管理工具
8. 没有图形化运维管理工具

• K8S提供了容器编排，资源调度，弹性伸缩，部署管理，服务发现等一系列功能。

k8s的特性

1.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
2.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
3.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
4.自动发布(默认滚动发布模式)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
5.集中化配置管理和密钥管理
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，支持外挂存储并对外挂存储资源进行编排
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.任务批处理运行
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

k8s集群架构与组件

Master和Worker Node节点

1. K8S是属于主从设备模型(Master-Slave 架构)，即有Master节点负责集群的调度、管理和运维，Slave节点是集群中的运算工作负载节点
2. 在K8S中，主节点一般被称为Master节点，而从节点则被称为Worker Node节点，每个Node都会被Master分配一些工作负载
3. Master组件可以在群集中的任何计算机上运行，但建议Master节点占据一个独立的服务器。因为Master是整个集群的大脑，如果Master所在节点宕机或不可用，那么所有的控制命令都将失效。除了Master，在K8s集群中的其他机器被称为Worker Node节点，当某个Node宕机时，其上的工作负载会被Master自动转移到其他节点上去

master节点核心组件

1. Kube-apiserver

2. Kube-controller-manager

• 控制器类型

3. Kube-scheduler

• k8s工作流程

配置存储中心（etcd）

Worker Node节点核心组件

Node节点的工作流程：

1. Node节点可动态增加到kubernetes集群中，前提是这个节点已经正确安装、配置和启动了上述的关键进程，默认情况下，kubelet会向Master注册自己，这也kubernetes推荐的Node管理方式。
2. 一旦Node被纳入集群管理范围，kubelet会定时向Master汇报自身的情况，以及之前有哪些Pod在运行等，这样Master可以获知每个Node的资源使用情况，并实现高效均衡的资源调度策略。
3. 如果Node没有按时上报信息，则会被Master判断为失联，Node状态会被标记为Not Ready，随后Master会触发工作负载转移流程。

1. Kubelet

2. Kube-Proxy

3. docker engine(docker或rocket)

master节点的请求处理过程：
1）首页用户通过证书认证后使用kubectl命令行工具向API Server发送请求，API Server接收到请求后会写入到etcd中，API Server会让Controller-manager按照所预设的模板（多少实例、生命周期等）去创建Pod，Controller-manager通过 API Server读取etcd中用户的预设信息，再通过API Server去找 Scheduler可以为新创建的Pod选择最适合的Node节点。scheduler会通过API Server在Etcd存储中心中找到node节点存储的元信息、剩余资源等，通过预算策略和优选策略在所有Node节点中挑选最优的
2）scheduler确定node节点后通过API Server交给这个Node节点上的kubelet进行pod资源的创建，kubelet同时也会对所在node的资源信息和pod状态进行监控与API server进行交互将pod状态信息存储到etcd中
3）node节点上的kube-proxy是service资源的载体，负责pod的代理和负载均衡等功能，如果需要将pod发布出去，需要通过kube-proxy创建网络规则承载使用service作为负载均衡的访问入口，负载均衡所关联的pod节点，实现服务发布

组件总结

k8s核心概念

1. Kubernetes包含多种类型的资源对象: Pod、 Label、 Service、 Replication Controller等
2. 所有的资源对象都可以通过Kubernetes提供的kubectl工具进行增、删、改、查等操作，并将其保存在etcd中持久化存储
3. Kubernets其实是一个高度自动化的资源控制系统，通过跟踪对比etcd存储里保存的资源期望状态与当前环境中的实际资源状态的差异，来实现自动控制和自动纠错等高级功能

Pod

Pod控制器

1. Pod控制器是Pod启动的一种模版，用来保证在K8S里启动的Pod应始终按照用户的预期运行(副本数、生命周期、健康状态检查等)
2. K8S内提供了众多的Pod控制器，常用的有以下几种:

无状态应用和有状态应用 ?

Label

Label选择器(Label selector)

Service

Ingress

Name

Namespace