k8s從入門到放棄(1)：介紹&上手

前言：服務網格演變史

還記得17年的夏天，我第一次接觸docker，馬上就被容器化的新穎理念以及它帶來的種種優點所震撼了

容器化帶給業界的衝擊是巨大的，不到短短一年的時間裏，容器化的部署和運維就已經完全替代傳統機器部署成爲了主流，同時docker也爲服務端的發展形態帶來了很是多的可能性，使得「微服務」這一架構如雨後春筍般生長起來，迅速成熟

當服務的載體由虛擬機器變爲容器後，部署和運維的粒度更小了，但從宏觀的角度來看，一個完整的服務系統變得更加零碎和複雜了 —— 數量衆多的微服務以及承載他們的容器交織成一張脈絡複雜的巨網，如何對這樣龐大的系統進行管理便成爲一個難題

那一年，k8s尚未「爆紅」，談到容器管理，人們的第一反應仍然是docker官方團隊著名的「三劍客」：

docker-machine提供底層的跨平臺虛擬

docker-compose解決複雜服務的自動部署

docker-swarm實現大型集羣的管理

一切看起來都很美妙，直到半路殺出google孕育的k8s，以其強大的功能和扁平易用的管理方式一統江湖，2018年咱們幾乎再也看不到三劍客的身影，k8s和lstio以及它們所帶來的「服務網格」正在成爲雲原生時代新的基礎設施，愈來愈多的大型系統開始在雲上構建和部署

做爲一個工程師，應當有意識的去了解本身服務究竟生長在什麼樣的一片土壤上，這也正是本次開坑學習k8s的緣由

總體概覽

什麼是k8s?

Kubernetes是一個用於容器集羣的自動化部署、擴容以及運維的開源平臺。

k8s誕生的目的

k8s孕育的初衷是培育出一個組件及工具的生態，幫助你們減輕在公有云及私有云上運行應用的負擔，換言之，使得大型分佈式應用的構建和運維變得更加簡單（固然，越簡單的表面意味着越複雜的內部細節）。

總體架構圖

下面逐步展開介紹各個組件

組件一覽

參考文章

Node: 硬件節點

Node是k8s中最小的計算硬件單元，它相似於傳統集羣中單臺機器的概念，是對硬件物理資源的一層抽象，它能夠是真實機房的物理機器，又或者是雲平臺上的ECS，甚至能夠是邊緣計算的一個終端。

不管如何，藉助Node的抽象，咱們能夠把任何一臺機器簡單的看作是一組CPU和RAM資源的組合，從而達到解耦的效果

Cluster: 集羣

對於大型系統，咱們每每不會把關注點放在單個機器上，而是聚焦更大粒度的集羣。

在k8s中，通常將集羣看作一個總體，而不關心內部節點的狀態，集羣內部狀態的調整將由k8s自動完成。

Persistent Volumes: 持久卷

考慮到集羣內部的節點始終在發生調度和變更，因此全部節點內部的文件系統都是易失的，沒法保證持久，爲了解決這一問題，k8s引入了持久卷的概念，用於映射實際的物理儲存節點（雲盤或者是物理磁盤），它能夠隨時被掛載到任何的集羣上去。

Container: 容器

容器是打包好的運行環境，這點無需再多贅述。值得一提的是k8s中的容器支持不只僅包含了docker，還支持一些其餘的容器標準

Pod

這是k8s區別於其餘容器編排平臺的一個顯著特色：它不直接運行容器，而是運行一種稱爲Pod的高級結構，裏面封裝了一系列相關的容器，並共享相同的namespace和網絡。

Pod也是k8s進行服務編排和縮擴容的基本單位，這意味着Pod裏全部的容器都會被一併縮放(不論是否有必要)，所以定製Pod時應該使它的體積儘量小一些。

另外還有一個和Pod相關的概念，就是副本集(Replica Sets)，它是指在擴容時產生的Pod的複製

咱們能夠把上面幾個邏輯概念的關係用下圖表示：

Deployment: 部署

deployment是用於管理pod的抽象層，它的定位相似於docker-compose。

k8s一個很巧妙的地方在於它把deployment層設計成「過程無關」的，你只須要聲明你所指望的最終狀態，k8s將會自動爲你調度pod並保證它們知足你的預期。

Ingress: 入口

當咱們將整個系統以及其精巧的內部結構搭建起來後，咱們仍然須要一個通道，使得它可以真正地與外界溝通，這就是Ingress

HelloWorld

參考1| 參考2| 參考3

瞭解一門技術最快的方法就是用它寫一個Hello World，因爲真實的k8s須要部署在較大規模的集羣上，普通的開發PC顯然不能達到這個需求，因此使用官方提供的本地實驗環境工具minikube來作嘗試

(如下實踐均運行在OSX 10.11環境下)

準備

首先須要安裝minikube + kubectl，由於minikube須要docker做爲底層支持，因此你還須要先提早安裝好docker，docker的安裝就很少贅述了，這裏說下如何在國內環境安裝另外兩個重要的組件：

1. kubectl的安裝：

   wget https://storage.googleapis.com/kubernetes- 
       release/release/v1.5.1/bin/darwin/amd64/kubectl
       chmod +x kubectl
       mv kubectl /usr/local/bin/kubectl
   複製代碼

2. minikube的安裝：

   首先須要安裝VirtualBox做爲底層的driver，而後從命令行安裝。這裏用的是阿里雲在國內的源，因此會比brew快不少

   curl -Lo minikube http://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/minikube/releases/v0.30.0/minikube-darwin-amd64 && chmod +x minikube && sudo mv minikube /usr/local/bin/
   複製代碼

安裝完畢後能夠啓動k8s環境了，命令行運行minikube start，能夠看到它會自動更新和下載一些組件（這個過程可能會持續幾分鐘）

啓動完畢後運行minikube ssh進入minikube的虛擬機內部，執行docker ps查看全部的組件容器是否啓動成功

若是沒有問題退出登陸，在外部執行minikube dashboard便可在瀏覽器啓動控制檯，到這裏k8s的實驗環境就已經搭建完畢了

部署應用

k8s環境啓動後，就能夠開始部署應用和服務了。首先咱們須要一個可用的應用鏡像，這裏用我本身打包好的一個簡單的Http Hello World服務鏡像來作示範（鏡像地址：registry.cn-qingdao.aliyuncs.com/gold-faas/gold-rest-demo:1.0）

接下來第一步就是建立Deployment，它將負責建立和更新咱們的應用實例，而且持續監控應用的狀態。

使用kubectl來建立一個deployment:

kubectl run helloworld --image=registry.cn-qingdao.aliyuncs.com/gold-faas/gold-rest-demo:1.0 --port=8080
複製代碼

執行後master節點將會選擇一個合適的node來部署該應用（minikube環境下只有一個node），建立完成後可使用kubectl get deployment來查看該應用：

此時控制檯中也能夠看到相應的部署：

訪問應用

應用部署好後，暫時還只能在內部訪問，咱們能夠進入pod內部來作一個測試：

能夠看到服務已經在正常運行了，若是想要在外部的終端訪問，能夠簡單的使用kubectl proxy來建立一個當前終端到k8s cluster的代理，而後來訪問咱們的pod（能夠先用kubectl get pod來查看pod名）

代理啓動後在新終端經過restful api的方式就能夠經過代理訪問到內部pod所提供的服務，restful的url模式以下：

/api/v1/namespace/{namespace}/pods/{name}/proxy/{path:*} 
複製代碼

效果：

（這是k8s對外暴露的resftul api的一部分，是經過代碼和網絡手段控制k8s的重要手段，後面會再詳細展開講）

建立Service

上面使用proxy來訪問內部容器的方法更多適合在debug等場景下使用，當咱們須要對外提供可用的真實服務時，須要更加可靠的手段，那就是Service，能夠暫時把它理解爲一個集合了負載均衡、服務發現等功能的外部服務入口（後面再詳細展開）。

如圖，一個Service能夠映射多個Pod，爲了把多個Pod在邏輯上組合起來，k8s又引入了Label的概念，簡單的說就是每一個Pod上均可以打一個Label（標籤），具備相同Label的Pod就成爲一個邏輯分組。Service就是經過Label Selector的方式來關聯多個Pod的，以下圖：

如今咱們來建立一個Service並將它暴露到外部，一般能夠有LoadBalancer和NodePort兩種手段，不過minikube只支持後者，使用kubectl expose命令便可建立Service:

使用kubectl get service咱們能夠看到已經建立的服務，其中kubernetes是k8s默認已經建立好的。能夠看到，新建立的service把對應pod的8080端口暴露到了外部的32344端口，接下來經過這個端口就能夠訪問到hello world服務了：

這裏的ip是minikube的docker-daemon的ip，能夠經過minikube docker-env來查看：

咱們能夠查看一下service和pod的詳情，來看看Label是否按照咱們預期的被建立：

label是key=value的形式被建立的，若是想要自定義一些label，使用kubectl label命令便可：

在pod和service很是多的時候，能夠用做一種過濾的手段，使用-l參數便可進行篩選，就像sql的where語句同樣：

最後，若是想要刪除一個service，只須要運行kubectl delete service [服務名]便可，固然服務刪除後pod仍然存在而且會持續運行，只是對外的入口消失了而已。

小結

到這裏，k8s的基礎概念已經介紹的差很少了，也瞭解瞭如何在k8s上部署應用和服務，get了大概的運做流程。不過目前能看到的只是k8s基礎能力的一部分，更多的實踐以及背後的工做原理，將會在後面的文章中陸續介紹。

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