如何快速入门k8s

Posted 2022-11-11

1 什么是k8s

Kubernetes也称为K8S，其中8是代表中间“ubernete”的8个字符，是Google在2014年开源的一个容器编排引擎，用于自动化容器化应用程序的部署、规划、扩展和管理，它将组成应用程序的容器分组为逻辑单元，以便于管理和发现，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，很多细节都不需要运维人员去进行复杂的手工配置和处理；

2 k8s能做什么

k8s可以更快的更新新版本，打包应用，更新的时候可以做到不用中断服务，服务器故障不用停机，从开发环境到测试环境到生产环境的迁移极其方便，一个配置文件搞定，一次生成image，到处运行。

通过Kubernetes你可以：

• 快速部署应用
• 快速扩展应用
• 无缝对接新的应用功能
• 节省资源，优化硬件资源的使用

3 学习k8s基础知识

3.1 k8s组成

从系统架构来看，k8s分为2种节点：

• Master 控制节点，做为指挥官；
• Node 工作节点，干活的

3.2 架构图

3.2.1 Master节点

K8S中的Master是集群控制节点，负责整个集群的管理和控制

在Master上运行着以下关键进程：

• kube-apiserver：提供了HTTP Rest接口的关键服务进程，是K8S里所有资源的增删改查等操作的唯一入口，也是集群控制的入口进程
• kube-controller-manager：K8S里所有资源对象的自动化控制中心，集群内各种资源Controller的核心管理者，针对每一种资源都有相应的Controller，保证其下管理的每个Controller所对应的资源始终处于期望状态
• kube-scheduler：负责资源调度（Pod调度）的进程，通过API Server的Watch接口监听新建Pod副本信息，并通过调度算法为该Pod选择一个最合适的Node
• etcd：K8S里的所有资源对象以及状态的数据都被保存在etcd中

3.2.2 Node节点

Node是K8S集群中的工作负载节点，每个Node都会被Master分配一些工作负载，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

在每个Node上都运行着以下关键进程：

• kubelet：负责Pod对应的容器的创建、启停等任务，同时与Master密切协作，实现集群管理的基本功能
• kube-proxy：实现Kubernetes Service的通信与负载均衡机制的重要组件
• Docker Engine：Docker引擎，负责本机的容器创建和管理工作

在默认情况下Kubelet会向Master注册自己，一旦Node被纳入集群管理范围，kubelet进程就会定时向Master汇报自身的信息（例如机器的CPU和内存情况以及有哪些Pod在运行等），这样Master就可以获知每个Node的资源使用情况，并实现高效均衡的资源调度策略。而某个Node在超过指定时间不上报信息时，会被Master判定为失败，Node的状态被标记为不可用，随后Master会触发工作负载转移的自动流程

3.3 Pod

• POD是k8s的最小单位
• POD的IP地址是随机的，删除POD会改变IP
• POD都有一个根容器
• 一个POD内可以由一个或多个容器组成
• 一个POD内的容器共享根容器的网络命名空间
• 一个POD内的网络地址由根容器提供

3.4 Controller

用来管理POD。控制器的种类有很多：

• RC Replication Controller：控制POD有多个副本
• RS ReplicaSet：RC控制的升级版
• Deployment：推荐使用，功能更强大，包含了RS控制器
• DaemonSet：保证所有的Node上有且只有一个Pod在运行
• StatefulSet：有状态的应用，为Pod提供唯一的标识，它可以保证部署和scale的顺序

4.实战

4.1创建pod的过程

1. 用户提交创建Pod的请求，可以通过​​API​​ Server的REST API，也可用Kubectl命令行工具
2. API Server处理用户请求，存储Pod数据到etcd
3. Schedule通过和API Server的watch机制，查看到新的Pod，尝试为Pod绑定Node
4. 过滤主机：调度器用一组规则过滤掉不符合要求的主机，比如Pod指定了所需要的资源，那么就要过滤掉资源不够的主机
5. 主机打分：对第一步筛选出的符合要求的主机进行打分，在主机打分阶段，调度器会考虑一些整体优化策略，比如把一个Replication Controller的副本分布到不同的主机上，使用最低负载的主机等
6. 选择主机：选择打分最高的主机，进行binding操作，结果存储到etcd中
7. Kubelet根据调度结果执行Pod创建操作： 绑定成功后，会启动container，Scheduler会调用API在数据库etcd中创建一个bound pod对象，描述在一个工作节点上绑定运行的所有Pod信息。运行在每个工作节点上的Kubelet也会定期与etcd同步bound pod信息，一旦发现应该在该工作节点上运行的bound pod对象没有更新，则调用Docker API创建并启动Pod内的容器

在这期间，Control Manager同时会根据K8S的mainfiles文件执行RC Pod的数量来保证指定的Pod副本数。而其他的组件，比如Scheduler负责Pod绑定的调度，从而完成整个Pod的创建

5 kubelet、kubectl、kubeadm区别

5.1.kubelet

代理服务器，master派到node节点代表，管理本机容器

5.2.kubeadm

kubeadm是官方社区推出的一个用于快速部署kubernetes集群的工具。

5.3.kubectl

kubectl是Kubernetes集群的命令行工具，通过kubectl能够对集群本身进行管理，
并能够在集群上进行容器化应用的安装和部署

6 k8s资源

6.1.名称空间级别（namespace）

工作负载型资源( workload):
Pod、 ReplicaSet、 Deployment、 StatefulSet、
DaemonSet、Job、CronJob( ReplicationController在v1.11版本被废弃)

服务发现及负载均衡型资源( ServiceDiscovery LoadBalance): Service、 Ingress

配置与存储型资源:
Volume(存储卷)、CSI(容器存储接口,可以扩展各种各样的第三方存储卷)
特殊类型的存储卷: ConfigMap(当配置中心来使用的资源类型)、
Secret(保存敏感数据) DownwardAPI(把外部环境中的信息输出给容器)

6.2.集群级资源:

Namespace、node、 Role ClusterRole、 RoleBinding、 ClusterRoleBinding
元数据型资源: HPA、 PodTemplate、 LimitRange

7 ClusterIP、NodePort、LoadBalance区别

7.1 关系图

7.2 路由图

7.3 service类型

7.3.1 ClusterIp

默认类型，每个Node分配一个集群内部的Ip，这是私有ip，内部可以互相访问，外部无法访问集群内部。 clusterIP主要在每个node节点使用iptables，将发向clusterIP对应端口的数据， 转发到kube-proxy中。然后kube-proxy自己内部实现有负载均衡的方法，并可以查询到这个service下对应pod的地址和端口，进而把数据转发给对应的pod的地址和端口。

7.3.2. NodePort

基于ClusterIp，另外在每个Node上开放一个端口，将service的port映射到每个node的一个指定内部port上，映射的每个node的内部port都一样。将向该端口的流量导入到kube-proxy，然后由kube-proxy进一步导给对应的pod。可以从所有的位置访问这个地址。

7.3.3 LoadBalance

基于NodePort，云服务商在外部创建了一个负载均衡层，会向cloud provider申请映射到service本身的负载均衡，将流量导入到对应Port。要收费的。

LoadBalancer跟nodePort其实是同一种方式。

区别在于LoadBalancer比nodePort多了一步，就是可以调用cloud provider去创建LB来向节点导流。

7.3.4 ExternalName

将外部地址经过集群内部的再一次封装(实际上就是集群DNS服务器将CNAME解析到了外部地址上)，实现了集群内部访问即可。要求kube-dns的版本为1.7或以上.

例如你们公司的镜像仓库，最开始是用ip访问，等到后面域名下来了再使用域名访问。你不可能去修改每处的引用。但是可以创建一个ExternalName，首先指向到ip，等后面再指向到域名。所有需要访问仓库的地方，统一访问这个服务即可