kubernetes基本概念 pod, service

Posted 2022-06-19 zhengchunyuan

k8s的部署架构

kubernetes中有两类资源，分别是master和nodes，master和nodes上跑的服务如下图，

kube-apiserver                |               kubelet
kube-controller-manager       |          
kube-scheduler                |               kube-proxy
----------------------                   --------------------
     k8s master                              node (non-master)

• master：负责管理整个集群，例如，对应用进行调度(扩缩)、维护应用期望的状态、对应用进行发布等。
• node：集群中的宿主机（可以是物理机也可以是虚拟机），每个node上都有一个agent，名为kubelet，用于跟master通信。同时一个node需要有管理容器的工具包，用于管理在node上运行的容器(docker或rkt)。一个k8s集群至少要有3个节点。

kubelet通过master暴露的API与master通信，用户也可以直接调用master的API做集群的管理。

k8s中的对象Objects

pod

k8s中的最小部署单元，不是一个程序/进程，而是一个环境(包括容器、存储、网络ip:port、容器配置)。其中可以运行1个或多个container（docker或其他容器），在一个pod内部的container共享所有资源，包括共享pod的ip:port和磁盘。
pod是临时性的，用完即丢弃的，当pod中的进程结束、node故障，或者资源短缺时，pod会被干掉。基于此，用户很少直接创建一个独立的pods，而会通过k8s中的controller来对pod进行管理。
controller通过pod templates来创建pod，pod template是一个静态模板，创建出来之后的pod就跟模板没有关系了，模板的修改也不会影响现有的pod。

services

由于pod是临时性的，pod的ip:port也是动态变化的。这种动态变化在k8s集群中就涉及到一个问题：如果一组后端pod作为服务提供方，供一组前端的pod所调用，那服务调用方怎么自动感知服务提供方。这就引入了k8s中的另外一个核心概念，services.
service是通过apiserver创建出来的对象实例，举例，

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: MyApp
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 9376

这个配置将创建出来一个新的Service对象，名为my-service，后端是所有包含app=MyApp的pod，目标端口是9376，同时这个service也会被分配一个ip，被称为集群ip，对应的端口是80. 如果不指定targetPort, 那么targetPort与port相同。关于targetPort更灵活的设定是，targetPort可以是一个String类型的名字，该名字对应的真实端口值由各个后端pod自己定义，这样同一组pod无需保证同一个port，更加灵活。

在某种场景下，可能你不想用label selector，不想通过选择标签的方式来获取所有的后端pod，如测试环境下同一个service name可能指向自己的pod，而非生产环境中的正式pod集群。或者pod集群并不在k8s中维护。针对这个场景，k8s也有优雅的方案进行适配。就是在创建service的时候不指定selector的部分，而是先创建出来service，之后手动绑定后端pod的ip和端口。
终于知道为什么k8s是目前风头最劲的服务编排技术了，它充分地做了解耦，由于google的业务复杂性，它的组件和组件之间，充分的解耦、灵活，整个系统松散且牢固。
services组件与bns不同的一点，bns的节点是自己指定了name和后端的关联关系，而services是根据pod上的标签(label)自动生成的，更灵活。ali的group就更别提了，group是隶属于app的，扩展性方面更弱一些。

上文说在创建service的时候，系统为service分配了一个集群虚IP和端口，服务使用方通过这个vip:port来访问真实的服务提供方。这里的vip就是kube-proxy提供出来的。

虚ip和service proxies

kube-proxy的模式

• userspace: client -> iptables -> kube-proxy -> backend pod(rr), iptables只是把虚ip转换成kube-proxy的ip，通过kube-proxy自己维护的不同端口来轮询转发到后端的pod上。
• iptables: client -> iptables -> backend pod(random)，kube-proxy只是监听master上service的创建，之后动态添加/删除本机上的iptables规则
• ipvs: client -> ipvs ->backend pod, ipvs是一个内核模块

服务发现

服务使用方如何找到我们定义的Service? 在k8s中用了两个方案，环境变量 && DNS。

1. 环境变量
   每当有service被创建出来之后，各个node(宿主机)上的kubelet，就会把service name加到自己宿主机的环境变量中，供所有Pod使用。环境变量的命名规则是SERVICE_NAME_SERVICE_HOST, $SERVICE_NAMESERVICE_PORT，其中SERVICE_NAME是新serviceName的大写形式，serviceName中的横杠-会被替换成下划线.
   使用环境变量有一个隐含的创建顺序，即服务使用方在通过环境变量访问一个service的时候，这个service必须已经存在了。
   这么简单粗暴的方案...这样做有个好处，就是省的自己搞名字解析服务，相当于本地的agent做了“域名劫持”。serviceName对应到上文提到的，由kube-proxy提供的vip:port上。

2. DNS
   这是官方不推荐的做法，推荐用来跟k8s的外部服务进行交互，ExternalName.

Headless services

在创建service的时候，用户可以给spec.clusterIp指定一个特定的ip。前提是这个ip需要是一个合法的IP，并且要在apiServer定义的service-cluster-ip-range范围内。
当然，如果用户有自己的服务发现服务，也可以不用k8s原生的service服务，这时，需要显式地给spec.clusterIp设置None，这样k8s就不会给service分配clusterIp了。
如果用户将spec.cluster设置为None，但指定了selector，那么endpoints controller还是会创建Endpoints的，会创建一个新的DNS记录直接指向这个service描述的后端pod。否则，不会创建Endpoints记录。 // 这块没看懂

发布服务，服务类型

• ClusterIp: 默认配置，给service分配一个集群内部IP，k8s集群外部不识别。
• NodePort：宿主机端口，集群外部的服务也访问，使用nodeIp:nodePort
• LoadBalancer：通过云负载均衡，将service暴露出去 // 没理解
• ExternalName：将serviceName与externalName绑定，让外网可以访问到。要求kube-dns的版本>= 1.7

作者：rockops
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来源：简书
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