初学者的Kubernetes圣经

Posted 2021-04-16 分布式实验室

在开始撰写本文之前，我想问你几个问题。 你或你的团队是否需要使用Kubernetes进行容器编排？你想学习Kubernetes是否很困惑从哪里开始？ 你愿意改变你的组织吗？你想简化容器软件编排吗？然后我想告诉你，这篇文章是所有这些问题的答案。

Kubernetes旨在简化事情，本文旨在为您简化Kubernetes！Kubernetes是一个由Google开发的强大的开源系统。它是为在集群环境中管理容器化应用程序而开发的。Kubernetes已经获得了普及，并且正在成为在云上部署软件的新标准。

学习Kubernetes并不困难（如果导师很好），它提供了强大的能力。学习曲线有点陡峭。因此，让我们以简化的方式学习Kubernetes。本文介绍了Kubernetes的基本概念，架构，它是如何解决问题的等。

Kubernetes是什么？

实际上Kubernetes本身就是一个用于在多台机器上运行和协调应用程序的系统。该系统管理容器化应用程序和服务的生命周期。为了管理生命周期，它使用不同的方法来提高可预测性，可伸缩性和高可用性。

Kubernetes用户可以自由决定应用程序的运行和通信方式。还允许用户扩展/缩减服务，执行滚动更新，在不同应用程序版本之间切换流量等。Kubernetes还提供用于定义/管理应用程序的不同接口和平台原语。

Kubernetes硬件

Kubernetes需要不同类型的硬件。我们需要了解的是Kubernetes本身是不需要硬件的，但功能系统需要硬件。

Nodes

Kubernetes中的节点是什么？Kubernetes中最小的计算单位之一被称为节点。它是一台机器，位于一个集群中。节点不一定需要是物理机器或硬件的一部分。它可以是物理机器或虚拟机。对于数据中心，节点是物理机器。对于Google Cloud Platform，节点是虚拟机。目前，我们正在讨论Kubernetes的硬件，所以让我们相应地考虑一下。但是不要将节点限制为“硬件”。

任何机器中总是有一个抽象层。但在这里，没有必要担心机器的特性。实际上，我们可以简单地将每台机器视为一组CPU和RAM资源。这些计算机位于群集中，可以根据需要使用其资源。当我们谈到Kubernetes，你自然地这样想！在你自由地利用任何机器资源的那一刻，系统变得无比灵活。现在任何机器都可以成为Kubernetes集群中的一个节点。

Cluster

我们已经讨论了节点，对吗？他们似乎是小而可爱的处理单位。他们在自己的小房子里工作。所有这些听起来都很完美，但它还不是Kubernetes的方式！所以集群来了。您无需担心单个节点的状态，因为它们是集群的一部分。例如，如果单个节点表现不佳，则应该有人来管理所有这些。此外，集群是多个节点的集合。将所有节点的资源集中在一起，共同构成一个强大的机器。

集群是很智能的。你知道为什么吗？当程序部署到集群上时，它会动态处理分发。简而言之，它将任务分配给各个节点。在该过程之间，如果添加或删除任何节点，则集群会根据需要移动任务。程序员不需要专注于诸如单个机器运行的代码之类的东西等等。哦，我还记得一些非常有趣的东西。你还记得星际迷航中的“Borg”吗？这个名字来自哪里？Google内部的Kubernetes项目的名字就是这个。

Persistent Volumes

如上所述，程序在集群上运行并由节点提供支持。但它们不在特定节点上运行。程序动态地运行。因此，需要存储信息，并且不能将其随机存储在任何文件系统中。为什么？例如，程序将数据保存到文件中。但是后来，该程序被重新定位到另一个节点。下次程序需要该文件时，它不会在预期的位置。位置地址已经改变。为了解决这个问题，与每个节点相关的传统本地存储被认为是用于保存程序的临时缓存。但是，任何本地保存的数据都不会持续存在。

那么谁来永久存储数据呢？是的，持久性卷来永久存储它。集群管理所有节点的CPU和RAM资源。但是，集群不负责将数据永久存储在持久卷中。本地驱动器和云驱动器可以像持久卷一样附加到集群。这很类似于将外部驱动器插入集群。持久卷提供文件系统。它可以挂载到集群，而不与任何特定节点进行关联。

这是Kubernetes的硬件部分。 现在让我们转到软件部分。

Kubernetes软件

Kubernetes的整体概念基于软件。所以这是Kubernetes的主要部分。

Containers

在Kubernetes中，程序运行在Linux容器。这些容器基于预编译的镜像。镜像可以部署在Kubernetes上。你知道什么是容器化吗？它允许你创建Linux执行环境。

程序及其依赖项打包在单个镜像中，并在网上共享。因此，任何人都可以按照需求下载镜像并将其部署在基础设施上。只需一点设置即可轻松部署。可以在程序的帮助下创建容器。这使得能够形成有效的CI/CD管道。

容器能够处理多个程序。但建议每个容器限制一个进程，因为这有助于排除故障。更新容器很容易，如果它很小，部署也很容易。最好有许多小容器，而不是大容器。

Pod

Kubernetes有一些独特的特性，其中之一是它不直接运行容器。它将一个或多个容器包装成一个Pod。 Pod的理念是同一Pod中的任何容器使用相同的资源和相同的本地网络。

好处是容器可以容易地相互通信。它们是孤立的，但随时可以通信。

Pod可以在Kubernetes中复制。例如，应用程序变得流行并且单个Pod无法承受负载。此时，可以根据需要配置Kubernetes以部署Pod的新副本。

但是，只有在重负载期间才需要进行复制。Pod也可以在正常条件下复制。这有助于统一负载平衡和抵抗故障。

Pod能够容纳多个容器，但如果可能的话，应该限制为一个或两个容器。原因是Pod作为一个单元向上和向下扩展。Pod内的容器也必须与Pod一起缩放。在这个阶段，单个容器的需求并不重要。另一方面，这会导致资源浪费和昂贵的账单。

为避免这些，请将Pod限制为少数几个容器。如果你遇到过“sidecar”这个词，那就意味着辅助容器。所以有主进程容器，可能有一些辅助容器。

Depoloyment

你已经注意到，Pod是Kubernetes的基本单位。但它们不是直接在群集上启动的。它们由多个抽象层进行管理，这就是Deployment存在的原因。主要目的是声明一次运行的副本数。

添加Deployment之后，它会监控Pod的数量。同样，如果Pod不存在，则Deployment会重新创建它。

有趣的是，通过Deployment，可以无需处理Pod。 同时，通过声明系统状态，可以自动管理所有内容。

通过Ingress向成功进军

我们已经讨论了Kubernetes的所有基本概念。使用它们，你可以创建节点、集群。创建集群后，就可以在集群上启动Pod的部署。但是，你如何允许外部流量到你的应用程序？我们还没有讨论过这个问题。

根据Kubernetes的概念，它提供了Pod和外部世界之间的隔离。要与在Pod中运行的服务进行通信，需要打开一个通道。通道是沟通的媒介。它被称为“Ingress”。

有许多方法可以向集群添加Ingress。最常见的是通过Ingress Controller或负载均衡器。我们可以讨论这两种方法之间的区别，但目前不需要，因为它太具技术性。

现在，您应该了解Ingress对于尝试Kubernetes非常重要。虽然你其他都做得很对，但是如果你不考虑Ingress，你将无法到达任何地方！

Kubernetes如何解决问题？

在讨论了Kubernetes的部署部分之后，有必要了解Kubernetes的重要性。

容器编排和Kubernetes

容器是虚拟机。它们轻巧，可扩展且独立。容器放在一起需要设置安全策略，限制资源利用率等。如果您的应用程序基础结构类似于下面共享的镜像，则容器编排是必要的。

它可能是在几个容器上运行的nginx/Apache + php/Python/Ruby/Node.js应用程序，通过数据库副本通讯。容器编排（Container orchestration）将帮助您自己管理所有内容。

请考虑你的应用程序不断增长。例如，你继续添加更多特性/功能，并且在某个时间点，你意识到它突然变成了巨大的单体应用。

现在，管理庞大的应用程序是不可能的，因为它会占用太多CPU和RAM。所以你最终决定将应用程序分成更小的块。他们每个人都有一个特定的任务。现在，你的基础架构如下所示：

因此，你需要一个带有队列系统的缓存层，以获得更好的异步性能。现在你会发现，存在服务发现，负载平衡，运行状况检查，存储管理，自动扩展等挑战。

在所有这些情况下，谁会来帮助你？是的，容器编排将成为你的救星！原因是容器编排功能非常强大，可以解决大部分挑战。

那有什么选择呢？

主要候选者是Kubernetes，AWS ECS和Docker Swarm。在所有这些中，Kubernetes是最受欢迎的！Kubernetes提供最大的社区。Kubernetes解决了所描述的所有主要问题。它是可移植的，可运行在大多数云提供商，裸机，混合环境以及所有这些的组合上。此外，它也是可配置和模块化的。它提供自动放置，自动重启，自动复制和容器自动修复等功能。

要点

最重要的是，Kubernetes拥有一个活跃的在线社区。这个社区的成员在网上以及在世界主要城市线下聚会。国际会议“KubeCon”已经证明是一个巨大的成功。Kubernetes还有一个官方的Slack小组。Google云平台，AWS，Azure，DigitalOcean等主要云提供商也提供其支持渠道。 你还在等什么？

学习Kubernetes并不像你想象的那么困难。我推荐YouTube上Kubernetes视频教程（https://www.youtube.com/playlist?list=PLot-YkcC7wZ9xwMzkzR_EkOrPahSofe5Q）。它提供逐步，详细的Kubernetes学习。

原文链接：https://www.level-up.one/kubernetes-bible-beginners/

Kubernetes应用实战培训

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