kubernetes（k8s）理論

kubernetes（k8s）理論

文章目錄

• kubernetes（k8s）理論
• 前言
• 1.kubernetes概述
• 2.kubernetes特點
• 3.kubernetes組件
• 4.kubernetes的特性
• 5.kubernetes集羣架構與組件
• 6.kubernetes工作流程
• 7.kubernetes的核心概念
• 8.kubernetes的部署方式
• 9.kubernetes環境規劃

前言

• kubernetes，簡稱K8s，是用8代替8個字符「ubernete」而成的縮寫。是一個開源的，用於管理雲平臺中多個主機上的容器化的應用，Kubernetes的目標是讓部署容器化的應用簡單並且高效（powerful）,Kubernetes提供了應用部署，規劃，更新，維護的一種機制。
• 傳統的應用部署方式是通過插件或腳本來安裝應用。這樣做的缺點是應用的運行、配置、管理、所有生存週期將與當前操作系統綁定，這樣做並不利於應用的升級更新/回滾等操作，當然也可以通過創建虛擬機的方式來實現某些功能，但是虛擬機非常重，並不利於可移植性。
• 新的方式是通過部署容器方式實現，每個容器之間互相隔離，每個容器有自己的文件系統 ，容器之間進程不會相互影響，能區分計算資源。相對於虛擬機，容器能快速部署，由於容器與底層設施、機器文件系統解耦的，所以它能在不同雲、不同版本操作系統間進行遷移。
• 容器佔用資源少、部署快，每個應用可以被打包成一個容器鏡像，每個應用與容器間成一對一關係也使容器有更大優勢，使用容器可以在build或release 的階段，爲應用創建容器鏡像，因爲每個應用不需要與其餘的應用堆棧組合，也不依賴於生產環境基礎結構，這使得從研發到測試、生產能提供一致環境。類似地，容器比虛擬機輕量、更「透明」，這更便於監控和管理。

1.kubernetes概述

• Kubernetes是Google開源的一個容器編排引擎，它支持自動化部署、大規模可伸縮、應用容器化管理。在生產環境中部署一個應用程序時，通常要部署該應用的多個實例以便對應用請求進行負載均衡。
• 在Kubernetes中，我們可以創建多個容器，每個容器裏面運行一個應用實例，然後通過內置的負載均衡策略，實現對這一組應用實例的管理、發現、訪問，而這些細節都不需要運維人員去進行復雜的手工配置和處理。

2.kubernetes特點

• 可移植: 支持公有云，私有云，混合雲，多重雲（multi-cloud）
• 可擴展: 模塊化，插件化，可掛載，可組合
• 自動化: 自動部署，自動重啓，自動複製，自動伸縮/擴展

3.kubernetes組件

• 1.Master組件
  • kube-apierver
    • kube-apiserver用於暴露Kubernetes API。任何的資源請求/調用操作都是通過kube-apiserver提供的接口進行。請參閱構建高可用羣集。
  • ETCD
    • etcd是Kubernetes提供默認的存儲系統，保存所有集羣數據，使用時需要爲etcd數據提供備份計劃。
  • kube-controller-manager
    • kube-controller-manager運行管理控制器，它們是集羣中處理常規任務的後臺線程。邏輯上，每個控制器是一個單獨的進程，但爲了降低複雜性，它們都被編譯成單個二進制文件，並在單個進程中運行。
    • 節點（Node）控制器。
    • 副本（Replication）控制器：負責維護系統中每個副本中的pod。
    • 端點（Endpoints）控制器：填充Endpoints對象（即連接Services&Pods）。
    • Service Account和Token控制器：爲新的Namespace創建默認帳戶訪問API Token。
  • cloud-controller-manager
    • 雲控制器管理器負責與底層雲提供商的平臺交互。雲控制器管理器是Kubernetes版本1.6中引入的，還是Alpha的功能。
    • 雲控制器管理器僅運行雲提供商特定的（controller loops）控制器循環。可以通過將–cloud-providerflag設置爲external啓動kube-controller-manager ，來禁用控制器循環。
    • 節點（Node）控制器
    • 路由（Route）控制器
    • Service控制器
    • 卷（Volume）控制器
  • kube-scheduler
    • kube-scheduler監視新創建沒有分配到Node的Pod，爲Pod選擇一個Node。
  • 插件addons
    • 插件（addon）是實現集羣pod和Services功能的。Pod由Deployments，ReplicationController等進行管理。Namespace 插件對象是在kube-system Namespace中創建。
    • DNS
      • 雖然不嚴格要求使用插件，但Kubernetes集羣都應該具有集羣 DNS。
      • 羣集 DNS是一個DNS服務器，能夠爲 Kubernetes services提供 DNS記錄。
      • 由Kubernetes啓動的容器自動將這個DNS服務器包含在他們的DNS searches中。
    • 用戶界面
      • kube-ui提供集羣狀態基礎信息查看。
    • 容器資源監測
      • 容器資源監控提供一個UI瀏覽監控數據。
    • Cluster-level Logging
    • Cluster-level logging，負責保存容器日誌，搜索/查看日誌。
• 2.節點（Node）組件
  • 節點組件運行在Node，提供Kubernetes運行時環境，以及維護Pod。
  • kubelet
    • kubelet是主要的節點代理，它會監視已分配給節點的pod，具體功能：
    • 安裝Pod所需的volume。
    • 下載Pod的Secrets。
    • Pod中運行的 docker（或experimentally，rkt）容器。
    • 定期執行容器健康檢查。
    • Reports the status of the pod back to the rest of the system, by creating amirror podif necessary
    • Reports the status of the node back to the rest of the system.
  • kube-proxy
    • kube-proxy通過在主機上維護網絡規則並執行連接轉發來實現Kubernetes服務抽象。
  • docker
    • docker用於運行容器。
  • RKT
    • rkt運行容器，作爲docker工具的替代方案。
  • supervisord
    • supervisord是一個輕量級的監控系統，用於保障kubelet和docker運行。
  • fluentd
    • fluentd是一個守護進程，可提供cluster-level logging.。

4.kubernetes的特性

• 自我修復
  • 在節點故障時重新啓動失敗的容器，替換和重新部署，保證預期的副本數量;殺死健康檢查失敗的容器，並且在未準備好之前不會處理客戶端請求，確保線上服務不中斷。
• 彈性伸縮
  • 使用命令、U|或者基於CPU使用情況自動快速擴容和縮容應用程序實例，保證應用業務高峯併發時的高可用性;業務低峯時回收資源，以最小成本運行服務。
• 自動部署和回滾
  • K8S採用滾動更新策略更新應用，一次更新一個Pod,而不是同時刪除所有Pod,如果更新過程中出現問題，將回滾更改，確保升級不受影響業務。
• 服務發現和負載均衡
  • K8S爲多個容器提供一一個統一-訪問入口(內部IP地址和-一個DNS名稱)，並且負載均衡關聯的所有容器，使得用戶無需考慮容器IP問題。
• 機密和配置管理
  • 管理機密數據和應用程序配置，而不需要把敏感數據暴露在鏡像裏，提高敏感數據安全性。並可以將一些常用的配置存儲在K8S中，方便應用程序使用。
• 存儲編排
  • 掛載外部存儲系統，無論是來自本地存儲，公有云( 如AWS)，還是網絡存儲( 如NFS、GlusterFS、 Ceph) 都作爲集羣資源的一部 分使用，極大提高存儲使用靈活性。
• 批處理
  • 提供一次性任務，定時任務;滿足批量數據處理和分析的場景。

5.kubernetes集羣架構與組件

6.kubernetes工作流程

7.kubernetes的核心概念

• pod
  • 最小部署單元
  • 一組容器的集合
  • 一個pod中的容器共享網絡命名空間
  • pod是短暫的
• controllers
  • replicaset：確保預期的pod副本數量
  • deployment：無狀態應用部署
  • statefulset：有狀態應用部署
  • daemonset：確保所有node運行同一個pod
  • job：一次性任務
  • cronjob：定時任務
  • 更高級層次對象，部署和管理pod
• service
  • 防止pod失聯
  • 定義一組pod的訪問策略
• label：標籤，附加到某個資源上，用於關聯對象、查詢和篩選
• namespaces：命名空間，將對象邏輯上隔離
• annotations：註釋

8.kubernetes的部署方式

• minikube
  • minikube是一個工具，可以在本地快速運行一個單點的kubernetes，僅用於嘗試kubernetes或日常開發的用戶使用。
• kubeadm
  • kubeadm也是一個工具，提供kubeadm init和kuneadm join，用於快速部署kubernetes。
• 二進制包
  • 推薦，從官方下載發行版的二進制包，手動部署每個組件，組成kubernetes集羣。

9.kubernetes環境規劃

• 單master集羣架構圖

• 多master節點的部署