Kubernetes基础

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了Kubernetes基础相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

Kubernetes基础

Pod是什么?

Pod是Kubernetes中能够创建和部署(运行)的最小逻辑单元(原子单元),是Kubernetes集群中的一个应用实例,总是部署在同一个节点Node上。Pod中包含了一个或多个容器,还包括了存储、网络等各个容器共享的资源。Pod支持多种容器环境,Docker则是最流行的容器环境。

  • 单容器Pod,最常见的应用方式。
  • 多容器Pod,对于多容器Pod,Kubernetes会保证所有的容器都在同一台物理主机或虚拟主机中运行。多容器Pod是相对高阶的使用方式,除非应用耦合特别严重,一般不推荐使用这种方式。一个Pod内的容器共享IP地址和端口范围,容器之间可以通过 localhost 互相访问。

Pod并不提供保证正常运行的能力,因为可能遭受Node节点的物理故障、网络分区等等的影响,整体的高可用是Kubernetes集群通过在集群内调度Node来实现的。通常情况下我们不要直接创建Pod,一般都是通过Controller来进行管理,但是了解Pod对于我们熟悉控制器非常有好处。

Pod的作用

Pod的作用

  • Pod做为一个可以独立运行的服务单元,简化了应用部署的难度,以更高的抽象层次为应用部署管提供了极大的方便。
  • Pod做为最小的应用实例可以独立运行,因此可以方便的进行部署、水平扩展和收缩、方便进行调度管理与资源的分配。
  • Pod中的容器共享相同的数据和网络地址空间,Pod之间也进行了统一的资源管理与分配。

Pod控制器

Pod控制器是Pod启动的一种模板,用来保证在k8s里启动的Pod应始终按照人们的预期运行(副本数、生命周期、健康状态检查…)

k8s内提供了众多的Pod控制器,常用的有:

  • Deployment
  • DaemonSet
  • ReplicaSet
  • StatefulSet
  • Job
  • Cronjob

Label

Label

标签(Label)是附加在Kubernetes对象上的一组名值对,其意图是按照对用户有意义的方式来标识Kubernetes对象,同时,又不对Kubernetes的核心逻辑产生影响。标签可以用来组织和选择一组Kubernetes对象。您可以在创建Kubernetes对象时为其添加标签,也可以在创建以后再为其添加标签。每个Kubernetes对象可以有多个标签,同一个对象的标签的 Key 必须唯一

  • 标签是k8s特色的管理方式,便于分类管理资源对象。
  • 一个标签可以对应多个资源,一个资源也可以有多个标签,他们是多对多的关系。
  • 一个资源拥有多个标签,可以实现不同维度的管理
  • 标签的组成:key=value
  • 与标签类似的还有一种“注解”(annotations)

为什么要用Label

使用标签,用户可以按照自己期望的形式组织 Kubernetes 对象之间的结构,而无需对 Kubernetes 有任何修改。

应用程序的部署或者批处理程序的部署通常都是多维度的(例如,多个高可用分区、多个程序版本、多个微服务分层)。管理这些对象时,很多时候要针对某一个维度的条件做整体操作,例如,将某个版本的程序整体删除,这种情况下,如果用户能够事先规划好标签的使用,再通过标签进行选择,就会非常地便捷。

Label选择器

与 name 和 UID 不同,标签不一定是唯一的。通常来讲,会有多个Kubernetes对象包含相同的标签。通过使用标签选择器(label selector),用户/客户端可以选择一组对象。标签选择器(label selector)是 Kubernetes 中最主要的分类和筛选手段。

Kubernetes api server支持两种形式的标签选择器,equality-based 基于等式的set-based 基于集合的。标签选择器可以包含多个条件,并使用逗号分隔,此时只有满足所有条件的 Kubernetes 对象才会被选中。

如果使用空的标签选择器或者不指定选择器,其含义由具体的 API 接口决定。

  • 给资源打上标签后,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)和基于集合关系(属于、不属于、存在)

Node

Node(节点)是k8s集群中相对于Master而言的工作主机。Node可以是一台物理主机,也可以是一台虚拟机(VM)。
在每个Node上运行用于启动和管理Pid的服务Kubelet,并能够被Master管理。
在Node上运行的服务进行包括Kubelet、kube-proxy和docker daemon。

Kubernetes集群架构

一个k8s集群包含两个部分:

  • master:主控节点
  • node:worker节点(工作节点)

master

master本身是不做任何事情的,只提供一些调度等做用,负责管理Node, 控制Node 具体运行什么容器, 同时还承担外部数据访问的角色

master分为三个组件:

  • API server:提供认证,授权,访问控制,API注册,发现等机制
  • controller-manager:做集群中后台的统一的管理,处理集群中常规的任务,比如:故障检测、自动扩展、滚动更新。
  • scheduler:选择合适的node节点来部署,起到节点调度的作用。
  • etcd:算不上是组件,算是一个数据库,用来存储集群当中各种的资源,可以部署在任何能够访问到的地方

node(worker节点)

node分为两个组件:

  • kubelet:master派到node节点的代表,管理本机容器的各种操作
  • kube-proxy:实现Pod的网络代理,用来做服务发现、负载均衡。
  • Docker Engin:docker引擎, 负责Node于和容器有关的操作, K8S原生支持Docker作为容器引擎, 如果要使用其他容器引擎则需要使用对应接口集成
  • Pod:K8S不是直接运行的容器,而是操作Pod, 把Pod作为原子单元管理,一个Pod里面可能会运行多个容器, Pod里面运行的多个容器被捆绑在一起被统一调度不可分割. 一个Pod的所有容器只能同时运行在一个Node 上

Kubernetes的特性

Kubernetes的特性主要有以下几种:

自动化
  • kubernetes有一套自动化机制。可以降低整个集群的运维成本和运维难度
  • 通过K8s我们可以实现自动扩容、自动更新、自动部署、自动化管理资源等等。
以服务为中心
  • kubernetes以服务为中心,可以让我们抛开系统环境和运行细节,有更多精力去处理逻辑业务。
  • 构建在kubernetes上的系统,可以独立运行在物理机、虚拟机、私有云以及公有云。
高可用
  • kubernetes会定期进行检查应用实例,这包括对这些实例的数量检查,实例健康状态检查等等。
  • kubernetes如果发现有新的应用实例启动,会自动加入负载均衡中。
  • kubernetes如果发现有应用实例状态不可用。kubernetes会自动干掉这个问题实例,并重新调度一个新实例。
滚动更新

​ kubernetes可以使整个集群平滑升级(rolling-update),就是说,kubernetes可以在不停止对外服务的 前提下完成应用的更新。在规模比较大的集群中,kubernetes这一特性会非常实用。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

网络模型

Kubernetes的网络模型从内至外由四个部分组成:

Pod内部容器所在的网络
Pod所在的网络
Pod和Service之间通信的网络
外界与Service之间通信的网络

在Kubernetes中要保证容器之间网络互通,网络至关重要。而Kubernetes本身并没有自己实现容器网络,而是通过插件化的方式自由接入进来。在容器网络接入进来需要满足如下基本原则:

Pod无论运行在任何节点都可以互相直接通信,而不需要借助NAT地址转换实现。
Node与Pod可以互相通信,在不限制的前提下,Pod可以访问任意网络。
Pod拥有独立的网络栈,Pod看到自己的地址和外部看见的地址应该是一样的,并且同个Pod内所有的容器共享同个网络栈。
Kubernetes为了更好的控制网络的接入,推出了CNI即容器网络的API接口。它是Kubernetes中标准的一个调用网络实现的接口,kubelet通过这个API来调用不同的网络插件以实现不同的网络配置,实现了这个接口的就是CNI插件,它实现了一系列的CNI API接口。目前已经有的包括Flannel、Calico、Weave、Contiv等等。

实际上CNI的容器网络通信流程跟前面的基础网络一样,只是CNI维护了一个单独的网桥来代替 docker0。这个网桥的名字就叫作:CNI 网桥,它在宿主机上的设备名称默认是:cni0。cni的设计思想,就是:Kubernetes在启动Infra容器之后,就可以直接调用CNI网络插件,为这个Infra容器的Network Namespace,配置符合预期的网络栈。

以上是关于Kubernetes基础的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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