Kubernetes概述

Posted 2022-11-28 楚兴

文章目录

• Kubernetes 简介
• • Kubernetes 是一个平台
  • Kubernetes 不是什么
  • 核心组件
• Kubernetes 基本概念
• • Container
  • Pod
  • Node
  • Namespace
  • Service
  • Label
  • Annotations

Kubernetes 简介

Kubernetes 是谷歌开源的容器集群管理系统，是 Google 多年大规模容器管理技术 Borg 的开源版本，主要功能包括：

• 基于容器的应用部署、维护和滚动升级
• 负载均衡和服务发现
• 跨机器和跨地区的集群调度
• 自动伸缩
• 无状态服务和有状态服务
• 广泛的 Volume 支持
• 插件机制保证扩展性

Kubernetes 是一个平台

Kubernetes 提供了很多的功能，它可以简化应用程序的工作流，加快开发速度。

• 用户可以使用 Label 以自己的方式组织管理资源，还可以使用 Annotation 来自定义资源的描述信息，比如为管理工具提供状态检查等。
• Kubernetes 控制器也是构建在跟开发人员和用户使用的相同的 API 之上。用户还可以编写自己的控制器和调度器，也可以通过各种插件机制扩展系统的功能。

Kubernetes 不是什么

Kubernetes 不是一个传统意义上，包罗万象的 PaaS (平台即服务) 系统，它给用户保留了选择的自由和灵活性。

• 不限制支持的应用程序类型。Kubernetes 旨在支持极其多样化的工作负载，包括无状态、有状态和数据处理工作负载。只要应用可以在容器中运行，那么它就可以很好的在 Kubernetes 上运行。
• 不提供内置的中间件 (如消息中间件)、数据处理框架 (如 Spark)、数据库 (如 mysql) 或集群存储系统 (如 Ceph) 等。
• 不直接部署代码，也不会构建您的应用程序。
• 允许用户选择自己的日志、监控和告警系统。
• 不提供应用程序配置语言或系统 (如 jsonnet)。
• 不提供机器配置、维护、管理或自愈系统。

核心组件

Kubernetes 主要由以下几个核心组件组成：

• etcd 保存了整个集群的状态；
• apiserver 提供了资源操作的唯一入口，并提供认证、授权、访问控制、API 注册和发现等机制；
• controller manager 负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等；
• scheduler 负责资源的调度，按照预定的调度策略将 Pod 调度到相应的机器上；
• kubelet 负责维护容器的生命周期，同时也负责 Volume（CVI）和网络（CNI）的管理；
• Container runtime 负责镜像管理以及 Pod 和容器的真正运行（CRI）；
• kube-proxy 负责为 Service 提供 cluster 内部的服务发现和负载均衡
  

Kubernetes 基本概念

Container

Container（容器）是一种便携式、轻量级的操作系统级虚拟化技术。它使用 namespace 隔离不同的软件运行环境，并通过镜像自包含软件的运行环境，从而使得容器可以很方便的在任何地方运行。

使用容器，不需要与外部的基础架构环境绑定，因为每一个应用程序都不需要外部依赖，更不需要与外部的基础架构环境依赖。完美解决了从开发到生产环境的一致性问题。

容器同样比虚拟机更加透明，这有助于监测和管理。尤其是容器进程的生命周期由基础设施管理，而不是被进程管理器隐藏在容器内部。最后，每个应用程序用容器封装，管理容器部署就等同于管理应用程序部署。

容器的其他优点：

• 敏捷的应用程序创建和部署：与虚拟机镜像相比，容器镜像更易用、更高效。
• 持续开发、集成和部署：提供可靠与频繁的容器镜像构建、部署和快速简便的回滚（镜像是不可变的）。
• 开发与运维的关注分离：在构建/发布时即创建容器镜像，从而将应用与基础架构分离。
• 开发、测试与生产环境的一致性：在笔记本电脑上运行和云中一样。
• 可观测：不仅显示操作系统的信息和度量，还显示应用自身的信息和度量。
• 云和操作系统的分发可移植性：可运行在 Ubuntu, RHEL, CoreOS, 物理机, GKE 以及其他任何地方。
• 以应用为中心的管理：从传统的硬件上部署操作系统提升到操作系统中部署应用程序。
• 松耦合、分布式、弹性伸缩、微服务：应用程序被分成更小，更独立的模块，并可以动态管理和部署。
• 资源隔离：可预测的应用程序性能。
• 资源利用：高效率和高密度。

Pod

Kubernetes 使用 Pod 来管理容器，每个 Pod 可以包含一个或多个紧密关联的容器。

Pod 是一组紧密关联的容器集合，它们共享 PID、IPC、Network 和 UTS namespace，是 Kubernetes 调度的基本单位。Pod 内的多个容器共享网络和文件系统，可以通过进程间通信和文件共享这种简单高效的方式组合完成服务。

在 Kubernetes 中，所有对象都使用 manifest（yaml 或 json）来定义，比如一个简单的 nginx 服务可以定义为 nginx.yaml，它包含一个镜像为 nginx 的容器：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    ports:
    - containerPort: 80

Node

Node 是 Pod 真正运行的主机，可以是物理机，也可以是虚拟机。为了管理 Pod，每个 Node 节点上至少要运行 container runtime（比如 docker 或者 rkt）、kubelet 和 kube-proxy 服务。

Namespace

Namespace 是对一组资源和对象的抽象集合，比如可以用来将系统内部的对象划分为不同的项目组或用户组。常见的 pods, services, replication controllers 和 deployments 等都是属于某一个 namespace 的（默认是 default），而 node, persistentVolumes 等则不属于任何 namespace。

Service

Service 是应用服务的抽象，通过 labels 为应用提供负载均衡和服务发现。匹配 labels 的 Pod IP 和端口列表组成 endpoints，由 kube-proxy 负责将服务 IP 负载均衡到这些 endpoints 上。
每个 Service 都会自动分配一个 cluster IP（仅在集群内部可访问的虚拟地址）和 DNS 名，其他容器可以通过该地址或 DNS 来访问服务，而不需要了解后端容器的运行。

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: nginx
spec:
  ports:
  - port: 8078 # the port that this service should serve on
    name: http
    # the container on each pod to connect to, can be a name
    # (e.g. 'www') or a number (e.g. 80)
    targetPort: 80
    protocol: TCP
  selector:
    app: nginx

Label

Label 是识别 Kubernetes 对象的标签，以 key/value 的方式附加到对象上（key 最长不能超过 63 字节，value 可以为空，也可以是不超过 253 字节的字符串）。

Label 不提供唯一性，并且实际上经常是很多对象（如 Pods）都使用相同的 label 来标志具体的应用。
Label 定义好后其他对象可以使用 Label Selector 来选择一组相同 label 的对象（比如 ReplicaSet 和 Service 用 label 来选择一组 Pod）。Label Selector 支持以下几种方式：

• 等式，如 app=nginx 和 env!=production
• 集合，如 env in (production, qa)
• 多个 label（它们之间是 AND 关系），如 app=nginx,env=test

Annotations

Annotations 是 key/value 形式附加于对象的注解。不同于 Labels 用于标志和选择对象，Annotations 则是用来记录一些附加信息，用来辅助应用部署、安全策略以及调度策略等。比如 deployment 使用 annotations 来记录 rolling update 的状态。

参考来源：

1. https://feisky.gitbooks.io/kubernetes/introduction/
2. https://kubernetes.io/docs/concepts/overview/what-is-kubernetes/