【Kubernetes 系列二】從虛擬機講到 Kubernetes 架構

時間 2019-11-12

標籤 Kubernetes 系列二虛擬機講到 kubernetes 架構欄目 Java 简体版

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在認識 Kubernetes 以前，咱們需瞭解下容器，在瞭解容器以前，咱們得先知道什麼是虛擬機。android

什麼是虛擬機？

虛擬機（VM, Virtual Machine）是計算機系統的仿真，以便隔離真實計算機硬件，運行多個不一樣的操做系統。虛擬化技術是硬件隔離的，運行在虛擬機（客體機）中的程序不直接與真實機器（宿主機）交互。git

常見的虛擬機軟件有：github

軟件	初次發佈時間	早期主導的公司	操做系統	編寫語言
VMware Workstation	1999	VMware	Windows, Linux	C, C++, F#
VirtualBox	2007.1.17	Oracle	Windows, macOS, Linux and Solaris	C, C++, x86 Assembly
OpenStack	2010.10.21	Rackspace Hosting, NASA	跨平臺	Python

虛擬機由於要隔離出單獨的一個個系統，相比容器，佔用內存和磁盤空間較大，運行起來很笨重。docker

什麼是容器？

容器（Container），一般是指 Linux 容器（LXC, Linux Containers ），是輕量級的虛擬化技術（咱們把虛擬機技術稱之爲重量級的虛擬化技術）。它不隔離出一個個子系統，而是直接運行在真機上，隔離的是進程，使用的底層技術實際上是 Linux Namespaces（Linux 命名空間）。什麼是 Linux Namespaces 呢？網絡

在計算機領域，Namespace 是用來代表標識符的可見範圍。在 XML 定義中就用 xmlns（XML Namespace）來肯定標籤的含義，隔離命名衝突，例如：架構

<html>
<h:table xmlns:h="http://www.w3.org/TR/html4/">
   <h:tr>
   <h:td>Apples</h:td>
   <h:td>Bananas</h:td>
   </h:tr>
</h:table>
<f:table xmlns:f="http://www.w3school.com.cn/furniture">
   <f:name>African Coffee Table</f:name>
   <f:width>80</f:width>
   <f:length>120</f:length>
</f:table>
</html>

學過 Android 的，能夠聯想下 Android XML 佈局文件中默認的 xmlns併發

`xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" `

以及咱們自定義組件屬性時，使用的 xmlnsapp

`xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"`

學過 C++的還能夠聯想下其關鍵字 namespace。dom

言歸正傳，Linux Namespaces 是 Linux 內核中對容器的支持，不一樣 Namespace 之間內核資源是隔離的。Linux Namespaces 最先出如今 Linux 2.4，到 4.6 時已經有 7 種 Namespaces了，每種 Namespace 隔離不一樣種類的內核資源，具體列表以下：

Namespace	Since	Constant	Isolates
Cgroup	Linux 2.6.24 → Linux 4.5	CLONE_NEWCGROUP	Cgroup root directory（Cgroup 的根目錄）
IPC	Linux 2.6.19	CLONE_NEWIPC	System V IPC, POSIX message queues（信號量、消息隊列和共享內存）
Network	Linux 2.6.24 → Linux 2.6.29	CLONE_NEWNET	Network devices, stacks, ports, etc.（網絡設備、棧和端口等）
Mount	Linux 2.4.19	CLONE_NEWNS	Mount points（文件系統掛載點）
PID	Linux 2.6.24	CLONE_NEWPID	Process IDs（進程 ID）
User	Linux 2.6.23 → Linux 3.8	CLONE_NEWUSER	User and group IDs（用戶和組 ID）
UTS	Linux 2.6.19	CLONE_NEWUTS	Hostname and NIS domain name（主機名和 NIS 域名）

重要的 6 種 Namespace 在 2010 年就已經出現並多數編碼完成，Linux 的容器支持越發完善，Docker 的出現正逢其時。

Docker

咱們前面講到 Docker，始於 2010 年 dotCloud 開發的基於Linux 容器的虛擬化技術，即 Docker 技術。這項技術於 2013 年 3 月在 Github 上開源併發布 v0.1 版本，吸引大量人氣，甚至 Google、Redhat、IBM 和Amazon 等大公司也表示全力支持。到2014年6月9日，Docker v1.0 正式發佈。如前述虛擬機軟件，整理 Docker 基本信息以下：

軟件	初次發佈時間	早期主導的公司	操做系統	編寫語言
Docker	2013.3	dotCloud（Docker Inc.）	Linux, Windows, MacOS	Go

初步認識 Docker，只須要了解其中的 3 個概念：

鏡像（Image），這裏的鏡像不是咱們日常所熟知的 ISO 壓縮文件，而是一種使用 Union FS 分層存儲技術存儲的 root 文件系統，包含容器運行時所需的程序、庫、資源和配置等文件。
容器（Container），Docker 語義下的容器是鏡像運行時的實體，其實質就是一個 Docker 進程。能夠對容器執行建立、啓動、中止、刪除和暫停操做。容器的存儲方式也是分層存儲，以鏡像爲基礎層，在其上建立一個當前容器的存儲層，稱之爲容器存儲層。（注：容器存儲層的生命週期與容器同步，故寫入文件時應使用數據卷或綁定宿主目錄）
登記處（Registry），一個登記處能夠登記多個倉庫，每一個倉庫能夠包含多個標籤，每一個標籤對應一個鏡像。登記處便利了鏡像的分發和管理。

Kubernetes

隨着 Docker 技術的流行，人們對統一部署、擴展和運行容器集羣的需求日益強烈。因而，Kubernetes 應運而生。

Kubernetes （源自古希臘語，意爲領航員、舵手，簡稱 K8S，8 表明中間的 8 個字母）由 Google 公司於 2014 年推出，並於 2015 年 7 月 21 日發佈 v1.0 。Kubernetes 系統深受 Google 內部另外一個大型集羣管理系統 Borg 的影響，其 logo 上的七個輪輻就是在向電影《星際迷航》中的 Borg 人 Seven 致意。

架構

Kubernetes 採用主從式架構，一個集羣控制節點（Master）和多個工做節點（Node）。包含如下核心組件：

圖：Kubernetes 核心組件

圖：Kubernetes 架構（官方）

圖：Kubernetes 架構（AWS）

圖：Kubernetes 架構（Slide from [this](https://schd.ws/hosted_files/kccnceu18/00/What does "production ready" really mean for a Kubernetes cluster.pdf) presentation from Lucas Käldström (@kubernetesonarm)）

圖：Kubernetes 架構