【DevOps】Kubernetes相关概念入门_综合

文章目录

Kubernetes入门及实践
前言
1.1 Kebernets介绍
1.2 Kubernetes主要功能
1.3 设计架构及核心组件

1.3.1 Master 节点组件
1.3.2 Node 节点组件
1.3.3 分层架构

1.4 基本对象概念
总结

Kubernetes入门及实践

前言

本文节选自运维课程的教学课件，在教培行业，我们不忘初心，坚持分享，坚持以学员为本，坚持以就业为导向。敢于跟不良教学风气做斗争，为初学者和中高级运维学习者打造最具有实战性的课程。

1.1 Kebernets介绍

Kubernetes(k8s)是Google2014年开源的容器集群管理系统（谷歌内部:Borg），它主要用于容器容器化应用程序的部署、扩展和管理。

k8s提供了容器编排、资源调度、弹性伸缩、部署管理、服务发现等一系列功能。

k8s的目标是让部署容器化的应用简单并且高效，k8s提供了应用部署、规划、更新、维护的一种机制！

官网地址：https://kubernetes.io/

1.2 Kubernetes主要功能

名词	解释
数据卷	Pod中容器之间共享数据，可以使用数据卷。
应用程序健康检查	容器内服务可能进程堵塞无法处理请求，可以设置监控检查策略保证应用健壮性。
复制应用程序实例	控制器维护着Pod副本数量，保证一个Pod或一组同类的Pod数量始终可用。
弹性伸缩	根据设定的指标（CPU利用率）自动缩放Pod副本数。
服务发现	使用环境变量或DNS服务插件保证容器中程序发现Pod入口访问地址。
负载均衡	一组Pod副本分配一个私有的集群IP地址，负载均衡转发请求到后端容器。在集群内部其他Pod可通过这个ClusterIP访问应用。
滚动更新	更新服务不中断，一次更新一个Pod，而不是同时删除整个服务。
服务编排	通过文件描述部署服务，使得应用程序部署变得更高效。
资源监控	Node节点组件集成cAdvisor资源收集工具，可通过Heapster汇总整个集群节点资源数据，然后存储到InfluxDB时序数据库，再由Grafana展示。
提供认证和授权	支持角色访问控制（RBAC）认证授权等策略。

1.3 设计架构及核心组件

在这里插入图片描述

上图可以看到如下组件，使用特别的图标表示Service和Label：

EN	CN
Pod	根容器（容器组）
Container/docker	容器
Label	标签
Replication Controller	复制控制器
Service	服务
Node	节点
Kubernetes Master	Kubernetes主节点

1.3.1 Master 节点组件

master节点上主要运行四个组件：api-server、scheduler、controller-manager、etcd。

在这里插入图片描述

组件	作用
api-server	提供了资源操作的唯一入口，各组件协调者并提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制；
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，Kubernetes目前提供了调度算法，但是同样也保了接口，用户可以根据自己的需求定义自己的调度算法。；
controller-manager	如果说APIServer做的是“前台”的工作的话，那controller manager就是负责“后台”的。每个资源一般都对一个控制器，而controller manager就是负责管理这些控制器的。比如我们通过APIServer创建一个pod，当这个pod创建成功后，APIServer的任务就算完成了。而后面保证Pod的状态始终和我们预期的一样的重任就由controller manager去保证了。
etcd	etcd是一个高可用的键值存储系统，Kubernetes使用它来存储各个资源的状态，从而实现了Restful的API。

1.3.2 Node 节点组件

每个Node节点主要由三个模块组成：kubelet、kube-proxy、Container runtime。
在这里插入图片描述

组件	作用
Container runtime	负责镜像管理以及Pod和容器的真正运行（CRI）；指的是容器运行环境，目前Kubernetes支持docker和rkt两种容器。
kube-proxy	负责为Service提供cluster内部的服务发现和负载均衡；该模块实现了Kubernetes中的服务发现和反向代理功能。反向代理方面：kube-proxy支持TCP和UDP连接转发，默认基于Round Robin算法将客户端流量转发到与service对应的一组后端pod。服务发现方面，kube-proxy使用etcd的watch机制，监控集群中service和endpoint对象数据的动态变化，并且维护一个service到endpoint的映射关系，从而保证了后端pod的IP变化不会对访问者造成影响。另外kube-proxy还支持session affinity。
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；是Master在每个Node节点上面的agent，是Node节点上面最重要的模块，它负责维护和管理该Node上面的所有容器但是如果容器不是通过Kubernetes创建的，它并不会管理。本质上，它负责使Pod得运行状态与期望的状态一致。

除了核心组件，还有一些推荐的Add-ons（插件）：

kube-dns负责为整个集群提供DNS服务
Ingress Controller为服务提供外网入口
Heapster提供资源监控
Dashboard提供GUI
Federation提供跨可用区的集群
Fluentd-elasticsearch提供集群日志采集、存储与查询

master与node关系：

在这里插入图片描述

1.3.3 分层架构

Kubernetes设计理念和功能其实就是一个类似Linux的分层架构，如下图所示

在这里插入图片描述

核心层：Kubernetes最核心的功能，对外提供API构建高层的应用，对内提供插件式应用执行环境
应用层：部署（无状态应用、有状态应用、批处理任务、集群应用等）和路由（服务发现、DNS解析等）
管理层：系统度量（如基础设施、容器和网络的度量），自动化（如自动扩展、动态Provision等）以及策略管理（RBAC、Quota、PSP、NetworkPolicy等）
接口层：kubectl命令行工具、客户端SDK以及集群联邦
生态系统：在接口层之上的庞大容器集群管理调度的生态系统，可以划分为两个范畴
- Kubernetes外部：日志、监控、配置管理、CI、CD、Workflow、FaaS、OTS应用、ChatOps等
- Kubernetes内部：CRI、CNI、CVI、镜像仓库、Cloud Provider、集群自身的配置和管理等

1.4 基本对象概念

基本对象：

名称	概念
Pod	容器组Pod是最小部署单元，一个Pod有一个或多个容器组成， Pod中容器共享存储和网络，在同一台Docker主机上运行。
Service	Service一个应用服务抽象，定义了Pod逻辑集合和访问这个Pod集合的策略。 Service代理Pod集合对外表现是为一个访问入口，分配一个集群IP地址，来自这个IP的请求将负载均衡转发后端Pod中的容器。 Service通过Lable Selector选择一组Pod提供服务。
Volume	数据卷，共享Pod中容器使用的数据。分为临时卷、本地卷和网络卷，临时卷和本地卷位于Node本地，常用于数据缓存
Namespace	命名空间将对象逻辑上分配到不同Namespace，可以是不同的项目、用户等区分管理，并设定控制策略，从而实现多租户。命名空间也称为虚拟集群。同一类型资源对象的Name必须唯一，逻辑分组，默认名称空间是default
Lable	标签用于区分对象（比如Pod、 Service），是key/values数据；每个对象可以有多个标签，通过标签关联对象。标签可以在创建一个对象的时候直接给与，也可以在后期随时修改，每一个对象可以拥有多个标签，但是，key值必须是唯一的。

基于基本对象更高层次抽象：

名称	概念
ReplicaSet	下一代Replication Controller。确保任何给定时间指定的Pod副本数量，并提供声明式更新等功能。RC与RS唯一区别就是lable selector支持不同， RS支持新的基于集合的标签， RC仅支持基于等式的标签。
Deployment	Deployment是一个更高层次的API对象，它管理ReplicaSets和Pod，并提供声明式更新等功能。官方建议使用Deployment管理ReplicaSets，而不是直接使用ReplicaSets，这就意味着可能永远不需要直接操作。
StatefulSet	StatefulSet适合持久性的应用程序，有唯一的网络标识符（IP），持久存储，有序的部署、扩展、删除和滚动更新。
DaemonSet	DaemonSet确保所有（或一些）节点运行同一个Pod。当节点加入Kubernetes集群中， Pod会被调度到该节点上运行，当节点从集群中。移除时， DaemonSet的Pod会被删除。删除DaemonSet会清理它所有创建的Pod。
Job	一次性任务，运行完成后Pod销毁，不再重新启动新容器。还可以任务定时运行。

总结

关于k8s的概念只介绍这些还远远不够，因为k8s是牵一发而动全身，容器技术涉及到操作系统，网络，存储，调度，分布式原理都方方面面的知识，不像你以前学习个软件那样，学完会用就完事，k8s技术需要你持续的精进和研究。