5分钟让你理解K8S必备架构概念，以及网络模型

Posted 2021-04-07 享学课堂online

前言

很多小伙伴学习K8S的时候，会被K8S里面的概念搞乱了，望而生畏；而且很多文章里面介绍的时候讲的太专业了。老顾今天来帮小伙伴们梳理一下，讲的不深入，目的是帮忙小伙伴更好的理解，各个概念的由来。

架构图

上图中，有两种Node节点，一个是Master、一个是Work。

从字面上来看Work Node就是用来工作的，也就是真正承担服务的机器节点。如服务A部署到K8S后，它的运行环境就在WorkNode节点。

那么Master Node是干嘛用的？小伙伴可以认为是用来分配服务到哪一台work node节点的；可以理解为大管家，它会知道现有work node的资源运行情况，决定服务安排到哪些work nodes上。

在Work Node节点上面有2个重要的组件，一个是Pod、一个是Container；

Pod是K8S的最小单元，它里面可以有多个Container。Container就是服务/组件运行的环境。

一般情况下一个Pod只有一个业务服务Container，而其他的Container是系统所需要的容器（其实就是一些进程组件，如网络组件、Volume组件等）。所以一般可以理解为我们的服务就在Pod里面。

上面只是简单的介绍了K8S基本的架构，以及核心点。

小伙伴们基本使用，理解到这里也就可以了

当然需要深入了解具体Master和Work节点有哪些组件，以及组件之间的发布流程是什么？继续往下看哦。

Master Node组件

上面中，用户一般采用kubectl命令，以及dashboard控制台去操作k8s。所有的操作都是通过API Server组件，需要持久化的就存储到etcd。Scheduler、Controller Manager组件一直订阅API Server的变化。

整体流程

如用户需要创建服务A的3个pod，那整体流程：

1）通过Kubectl提交一个创建RC的请求，该请求通过API Server被写入etcd中。

2）此时Controller Manager通过API Server的监听资源变化的接口监听到这个RC事件，分析之后，发现当前集群中还没有它所对应的Pod实例，于是根据RC里的Pod模板定义生成一个Pod对象，通过API Server写入etcd。

3）接下来，此事件被Scheduler发现，它立即执行一个复杂的调度流程，为这个新Pod选定一个落户的Work Node，然后通过API Server讲这一结果写入到etcd中。

4）随后，目标Work Node上运行的Kubelet进程通过API Server监测到这个“新生的”Pod，并按照它的定义，启动该Pod。

5）用户的需求是3个pod；那到底有没有启动了3个；是由Controller Manager监控管理的，它会保证资源达到用户的需求。

etcd

用于持久化存储集群中所有的资源对象，如Node、Service、Pod、RC、Namespace等；API Server提供了操作etcd的封装接口API，这些API基本上都是集群中资源对象的增删改查及监听资源变化的接口。

API Server

提供了资源对象的唯一操作入口，其他所有组件都必须通过它提供的API来操作资源数据，通过对相关的资源数据“全量查询”+“变化监听”，这些组件可以很“实时”地完成相关的业务功能。

Controller Manager

集群内部的管理控制中心，其主要目的是实现Kubernetes集群的故障检测和恢复的自动化工作，比如根据RC的定义完成Pod的复制或移除，以确保Pod实例数符合RC副本的定义；根据Service与Pod的管理关系，完成服务的Endpoints对象的创建和更新；其他诸如Node的发现、管理和状态监控、死亡容器所占磁盘空间及本地缓存的镜像文件的清理等工作也是由Controller Manager完成的。

Scheduler

集群中的调度器，负责Pod在集群节点中的调度分配。

Work Node组件

上图右侧是Work Node的组件，整体流程

1）kubelet监听到Api Server的变化后，如果有本work node节点需要创建pod；则会通知Container Runtime组件

2）Container Runtime是管理节点Pod组件，在启动pod时，如果本地没有镜像，则会从docker hub里面拉取镜像，启动容器pod

3）kubelet会把相关信息再传给Api Server

Kubelet

负责本Node节点上的Pod的创建、修改、监控、删除等全生命周期管理，同时Kubelet定时“上报”本Node的状态信息到API Server里。本质Pod的管理是Container Runtime组件负责的

kube-proxy

实现了Service的代理与软件模式的负载均衡器，这个是因为pod的网络ip是经常变化的。这个网络知识，下一篇文章老顾会介绍

Pod发布

上面介绍了K8S整体架构流程，现在老顾先从pod开始，一步步引出K8S的其他概念。

我们先编辑yaml，定义一个pod对象

apiVersion: v1 #指定api版本，此值必须在kubectl apiversion中kind: Pod #指定创建资源的角色/类型metadata:  #资源的元数据/属性   name: mc-user #资源的名字，在同一个namespace中必须唯一 spec:  #specification of the resource content 指定该资源的内容  containers: #容器定义    - name: mc-user #容器的名字       image: rainbow/mc-user:1.0.RELEASE #容器镜像

我们通过kubectl命令，来创建这个pod

kubectl apply -f mc-user-pod.yaml

我们mc-user:1.0.RELEASE的镜像就是一个web应用，8080端口；但是我们发现pod启动后，我们无法通过pod的ip地址访问此web服务

那怎么才能访问pod呢？

反向代理

在要解决访问pod的问题前，我们先来看看我们之前是如何部署网站的？

外网访问我们内部的网站，一般我们会在中间部署一个nginx，反向代理我们的web服务。根据这个思路，K8S体系中也有反向代理这个概念

NodePort Service

K8S中我们可以采用类型为NodePort的Service实现反向代理

K8S的Service很多，其中NodePort Service是提供反向代理的实现

这样外网就可以访问内部的pod了。实现流程：

1）pod需要打上一个Label标签2）外部流量请求到NodePort Service，通过Selector 进行路由，3）NodePort Service根据Label标签进行路由转发到后端的Pod

从上面的流程中，其实Service也起到了负载均衡的作用；后端Pod可以有多个，同时打上相同的Label标签，Service会路由转发到其中一个Pod。

Service Type还可以为 LoadBalancer、ClusterIP LoadBalancer：这个是部署到云端（如阿里云）的时候需要用的，也是反向代理+负载均衡的作用，用作外部访问K8S内部。ClusterIP：这个Service是K8S集群内部做反向代理用的

Label与Selector

上图中有2个pod定义了Label为app：nginx；1个pod定义了app：apache；

那么Service的Selector筛选app：nginx，只会路由到nginx的pod。

Service发布

我们来编写一个NodePort Service发布文件

apiVersion: v1kind: Servicemetadata:   name: mc-userspec:   ports:    - name: http #通讯协议      port: 8080 #这里的端口和clusterIP对应，即ip:8080,供内部访问。      targetPort: 8080 #端口一定要和container暴露出来的端口对应      nodePort: 31001 #节点都会开放此端口，此端口供外部调用  selector:    app: mc-user #这里选择器一定要选择容器的标签  type: NodePort #这里代表是NodePort类型的

nodePort的端口范围：30000～32767

上面是NodePort Service的yaml文件，我们还要修改一个之前的Pod的yaml文件

apiVersion: v1  #指定api版本，此值必须在kubectl apiversion中kind: Pod       #指定创建资源的角色/类型metadata:       #资源的元数据/属性    name: mc-user #资源的名字，在同一个namespace中必须唯一   labels:       #标签定义    app: mc-user  #标签值spec:           #specification of the resource content 指定该资源的内容  containers:    #容器定义    - name: mc-user   #容器的名字        image: rainbow/mc-user:1.0.RELEASE    #容器镜像

我们可以利用kubectl命令去分别执行pod和service的yaml文件；这样就可以通过外网直接访问了。http://localhost:31001端口不要忘了是 nodePort定义的端口哦。

总结

今天老顾介绍了K8S的基本概念，以及架构流程；核心的是小伙伴们需要理解Pod、Service、Labels、Selector的这个组件为什么会产生？他们的解决了是什么问题？后续老顾会继续介绍K8S其他的组件概念，希望能够帮助小伙伴们理解，减少K8S的学习难度；谢谢！！！

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