Kubernetes基础知识笔记

Posted 2023-03-22

参考技术A

大背景就先不记了（CloudNative、康威定律这些了解一下就好了），先写之前已经学习理解的内容
那就在之前的笔记上面做补充吧

Static pod ： 在Node上手动创建的（未通过Master的api server创建的pod），也未存储于etcd当中

endpoint ： pod的ip+容器暴露的端口

pause容器 ：每一个POD里面都会有一个Pause容器（Pod内所有容器共享Pause容器的ip以及Volume），方便实现容器之间的网络通信以及卷共享，同时Pause容器一般比业务容器要稳定可靠，可以作为Pod的状态标识向Kube-master反映整个Pod的状态
资源： K8s当中管理的对象都叫做K8s的资源，从pod、RC、Server、Node到Cluster（相应的在Yaml或者Json的配置文件当中，根据资源的类型来创建不同的对象）

Replicate描述 ：相当于期望Pod的一个运行状态，在其中会定义好Pod的副本数量，Pod使用的容器（容器repository、端口、容器的限额），Pod的label（replicate controller和Service controller后续都会通过label-select来定位到具体的pod进行管理）
也就是说 Service是通过label来关联它的所有POD的

三种IP地址 ： Node IP、Cluster IP、Pod IP，其中Node IP即为宿主机的IP地址，就是实际的物理ip地址，Cluster IP为K8s内部为每一个Service分配的唯一虚拟IP地址，Cluster IP无法用来与外部进行网络交互，只能在K8s内部使用；Pod IP为Docker0网桥网段里拿到的ip； 需要注意的是这三种IP在互相交互的时候使用的不是通常的路由规则，而是由K8s内部自定义的规则来进行网络通信的

service关联Pod ：在通常情况下，Service当中定义的属性是通过Linux环境变量的方式"注入"到Pod当中的（在容器创建的时候自动引入这些环境变量，主要是Service地址），这些变量已ServiceName_变量属性的方式进行命名；在最新的k8s版本当中，已经引入了DNS来根据Service的名称做Service地址获取（Service域名发现）

NameSpace ：在K8s集群当中也有Namespace的概念，其实就是为了方便多租户共同使用同一套K8s集群所设定的规则，所以在创建任何资源的时候都可以带上--namespace标签来定义对应的租户，如果不带标签的话，或将这些资源挂到default namespace下面

APIServer ： 本质上是一个Restful Server（对外提供k8s当中的各类资源的各种API），同时将这些资源的信息存储于Master上面的etcd当中；
Controller Manager、Scheduler都是通过访问这些API来知晓当前Node上面的资源的状态的，同时采取相应的管理动作，指的一提的是，apiserver本身也是k8s当中的一个Service，其他进程访问Apiserver相当于访问一个Service

Controller Manager ：包含了各种资源、状态的Controller， Replication Controller、Node Controller、ResourceQuota Controller、Namespace、Service Account、Token、Service、Endpoint Controller

Schedule Controller ： 接收由Replicate Controller创建的Pod，将其安置到合适的Node，交给后面Node上面的Kubelet来创建实际的POD；
Schedule Controller会按照一定的规则来针对当前集群中的所有Node进行打分（资源消耗最小原则、资源消耗均衡原则、标签优先原则），然后根据打分以及POD定义当中的一些属性来选择出合适的Node

kubelet ： Node上面的kubelet有几种方式获取Pod清单：

容器健康管理 ： kubelet定期会调用容器的Liveness探针来确定容器的健康状况，liveness探针包括三种方式：

kube-proxy : kube-porxy作为Service的反向代理与负载均衡器，Service外部以Service的Cluster-ip+port或者node ip+Nodeport的方式访问Service业务的时候，这些访问请求会首先被重定向到kube-porxy，然后经过kube-porxy的路由再到达最终的POD
kube-porxy是通过添加iptables来实现重定向的，具体实现是首先kube-porxy会获取一个随机端口作为自己的重定向监听端口，然后添加从外部容器、主机通过Cluster-ip访问的iptables，以及本地的容器、主机通过Nodeport访问的iptables（对于本地容器，重定向目的为kube-porxy的端口，对于外部对象，目的为proxy的ip+proxy的port）
kube-porxy中使用的负载均衡规则为Round Robin算法，除了通常的负载均衡功能之外，还可以配置会话保持（未超时的session一直重定向到同一个Pod），以及配置亲和性（比如按Client ip配置亲和性，让同一个Client ip过来的请求一直访问同一个Pod）

安全管理 ：安全管理分几个阶段，首先是认证，再是授权，最后是准入控制；认证阶段有三种方式进行认证，分别是SSL认证（就是HTTPS），HTTP Token，以及使用用户名+密码来认证；
这里一并写一下HTTPS的认证，HTTPS认证是依赖于CA证书的一种认证方式，Web服务方会向第三方机构申请CA证书（默认这个第三方机构是可信的），然后服务方就有这个CA证书了，然后在服务方接收到请求方的请求之后，会将证书发送给请求方（这个发送过程需要确保这个CA证书不会被中间窃听修改），发送前会用CA证书的私钥进行计算生成数字签名（对于证书的任何篡改都会改变这个数字签名，可以将这个数字签名理解为证书的指纹），请求方收到之后使用CA证书的公钥来解密数字签名，然后按照证书的HASH算法计算出HASH值对证书里的HASH值进行对比，通过之后就算是认证通过服务方是可信的了；后面双方还是进行协商生成一个加密的key用于实际HTTP请求报文的加密，保证HTTP内容不会被中间者窃听获取
授权阶段其实就是Master上面配置的user权限，可以访问哪些资源，是否有读写权限，允许访问哪个Namespace等等配置
最后是准入控制，就是Apiserver针对每一个kubelet的请求去匹配准入控制的列表，比如常用的安全控制（比如禁止使用Security Context），配合ResourceQuota、LimiteRanger进根据资源限制进行调控
其中还有一个比较重要的概念是Service Account，上面说的授权是针对Kubernetes内的user账号的，这里的Service Account相当于是针对Pod内进程的账号（比User账号更加灵活、轻量级，添加也更加简单），配合Secret对象进行工作（Secret对象为保存Token、SSH key、SSL key等凭证的对象，在创建Service Account的时候会声明此Service account拥有的Secret）；Pod进程使用Service Account的方式其实就是获取Secret的过程（使用Secret对象以通过apiserver进行鉴权）； Pod获取Secret也有三种方式：

k8s网络原理 ：终于来到了重中之重的知识点了，在总结k8s的网络之前，要先回忆一下原生Docker网络的一些原理了
首先原生的Docker在Docker engine启动之后会创建一个Docker0虚拟网桥（作为虚拟交换机），Docker0拥有一个16位的网段，它将会从这个网段当中抠出地址分配给新建的容器使用，同一台宿主机上面的容器网络交互都是通过Docker0进行交换的（具体原理就是创建容器的时候容器的端口也会在Docker0上面创建一个veth端口，相当于容器与虚拟交换机有了一个连线，这样容器的收发流量都能流过Docker0），但是原生的Docker不支持不同主机之间容器的网络通信，最明显的一个点就是，每一台宿主机的Docker0的网段都是一样的，同样的网段如何进行通信
具体的实现原理就是，Docker会针对Docker0的网段创建相应的ip route以及iptables（iptables这个东西就先不细写了），实现一个效果就是所有本地访问Docker容器的ip包都会被转到Docker0上面去（通过iptable进行forward），以及非本地的访问经过iptables的dnat转换也会走到Docker0上面去，这样就实现了ip报文的重定向
对于k8s来说，它致力于解决的几个主要问题就是解决容器与容器之间、Pod与Pod之间的通信问题

kubeadm init -- 启动kubernetes集群的命令，在集群启动之后，会提示添加一些环节变量，同时会生成token，需要在Node上面的启动命令携带token完成鉴权
kubeadm reset -- 重启kube集群

Docker&Kubernetes ❀ Kubernetes集群实践与部署笔记知识点梳理

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• Kubernetes集群安装部署过程与常见的错误解决方法
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• Kubernetes集群YAML语法与不同等级属性资源配置清单参数查询方法
• Kubernetes集群资源Pod资源配置清单
• Kubernetes集群Pod生命周期资源配置清单
• Kubernetes集群Pod调度方式资源配置清单
• Kubernetes集群Pod控制器分类简述
• Kubernetes集群Pod控制器 - ReplicaSet(RS)
• Kubernetes集群Pod控制器 - Deployment (Deploy)
• Kubernetes集群Pod控制器 - Horizontal Pod Autoscaler(HPA)
• Kubernetes集群Pod控制器 - DaemonSet(DS)
• Kubernetes集群Pod控制器 - Job
• Kubernetes集群Pod控制器 - Cronjob(CJ)
• Kubernetes集群Service资源配置清单
• Kubernetes集群数据存储(PV、PVC、NFS、iSCSI等)