kubernetes相關概念總結

kubernetes內部組件工做原理 http://dockone.io/article/5108

Master

Master是整個集羣的控制中心，kubernetes的全部控制指令都是發給master，它負責具體的執行過程。通常咱們會把master獨立於一臺物理機或者一臺虛擬機，它的重要性不言而喻。

master上有這些關鍵的進程：

Kubernetes API Server（kube-apiserver)，提供了HTTP Rest接口關鍵服務進程，是全部資源增、刪、改、查等操做的惟一入口，也是集羣控制的入口進程。

Kubernetes Controller Manager(kube-controlker-manager)，是全部資源對象的自動化控制中心，能夠理解爲資源對象的大總管。

Kubernetes Scheduler(kube-scheduler)，負責資源調度（pod調度）的進程，至關於公交公司的「調度室」。 etcd Server，kubernetes裏全部資源對象的數據都是存儲在etcd中的。

Node

除了Master，Kubernetes集羣中其餘機器被稱爲Node，早期版本叫作Minion。Node能夠是物理機也能夠是虛擬機，每一個 Node上會被分配一些工做負載（即，docker容器），當Node宕機後，其上面跑的應用會被轉移到其餘Node上。

Node上有這些關鍵進程： kubelet：負責Pod對應容器的建立、啓停等任務，同時與Master節點密切協做，實現集羣管理的基本功能。 kube-proxy：實現Kubernetes Service的通訊與負載均衡機制的重要組件。 Docker Engine（docker）：Docker引擎，負責本機容器的建立和管理。

kubectl get nodes #查看集羣中有多少個node kubectl describe node <node name> #查看Node的詳細信息

Pod

查看pod命令： kubectl get pods 查看容器命令： docker ps

能夠看到容器和pod是有對應關係的，在咱們作過的實驗中，每一個pod對應兩個容器，一個是Pause容器，一個是rc裏面定義的容器（實際上，每一個pod裏能夠有多個應用容器）。這個Pause容器叫作「根容器」，只有當Pause容器「死亡」纔會認爲該 pod「死亡」。Pause容器的IP以及其掛載的Volume資源會共享給該pod下的其餘容器。

pod定義示例：

apiVersion: v1 
kind: pod 
metadata:
  name: myweb
  labels:    
    name: myweb 
spec:  
  containers:  
  - name: myweb    
  image: kubeguide/tomcat-app:v1    
  ports:    
  - containerPort: 8080    
  env:    
  - name: MYSQL_SERVICE_HOST      
  value: 'mysql'    
  - name: MYSQL_SERVICE_PORT
  value: '3306'

每一個pod均可以對其能使用的服務器上的硬件資源進行限制（CPU、內存）。CPU限定的最小單位是1/1000個cpu，用m表示，如100m，就是0.1個cpu。內存限定的最小單位是字節，能夠用Mi（兆） 表示，如128Mi就是128M。

在kubernetes裏，一個計算資源進行配額限定須要設定兩個參數：

1） requests：該資源的最小申請量

2） Limits：該資源容許的最大使用量。

資源限定示例： spec:

spec:
  containers:
  - name: db     
    image: mysql     
    resources: 
      requests:
        memory: "64Mi"
        cpu: "250m"       
      limits:
        memory: "128Mi"         
        cpu: "500m"

Label

Label是一個鍵值對，其中鍵和值都由用戶自定義，Label能夠附加在各類資源對象上，如Node、Pod、Service、RC等。一個資

源對象能夠定義多個Label，同一個Label也能夠被添加到任意數量的資源對象上。Label能夠在定義對象時定義，也能夠在對象建立完後動態添加或刪除。

Label示例：

"release":"stable", "environment":"dev", "tier":"backend"等等。

RC

RC是kubernetes中核心概念之一，簡單說它定義了一個指望的場景，即聲明某種pod的副本數量在任意時刻都符合某個預期值，RC定義了以下幾個部分：

1） pod期待的副本數

2） 用於篩選目標pod的Label Selector

3） 建立pod副本的模板（template）

RC一旦被提交到kubernetes集羣后，Master節點上的Controller Manager組件就會接收到該通知，它會按期巡檢集羣中存活的 pod，並確保pod數量符合RC的定義值。能夠說經過RC，kubernetes實現了用戶應用集羣的高可用性，而且大大減小了管理員在傳統IT環境中不得不作的諸多手工運維工做，好比編寫主機監控腳本、應用監控腳本、故障恢復處理腳本等

RC工做流程（假如，集羣中有3個Node）：

1） RC定義2個pod副本

2） 假設系統會在2個Node上（Node1和Node2）建立pod

3） 若是Node2上的pod（pod2）意外終止，這頗有多是由於Node2宕機

4） 則會建立一個新的pod，假設會在Node3上建立pod3，固然也有可能在Node1上建立pod3

RC中動態修改pod副本數量：

kubectl scale rc <rc name> --replicas=n

利用動態修改pod的副本數，能夠實現應用的動態升級（滾動升級）：

1） 以新版本的鏡像定義新的RC，但pod要和舊版本保持一致（由Label決定）

2） 新版本每增長1個pod，舊版本就減小一個pod，始終保持固定的值

3） 最終舊版本pod數爲0，所有爲新版本

刪除RC

kubectl delete rc <rc name>

刪除RC後，RC對應的pod也會被刪除掉

Deployment

在1.2版本引入的概念，目的是爲了解決pod編排問題，在內部使用了Replica Set，它和RC比較，類似度爲90%以上，能夠認爲是RC的升級版。 跟RC比較，最大的一個特色是能夠知道pod部署的進度。

Deployment示例：

apiVersion: extensions/v1beta1 
kind: Deployment 
metadata:  
  name: frontend 
spec:  
  replicas: 1  
  selector:    
    matchLabels:      
      tier: frontend    
    matchExpressions:      
      - {key: tier, operator: In, values: [frontend]}  
  template:    
    metadata:      
      labels:        
        app: app-demo        
        tier: frontend    
    spec:      
      containers:      
      - name: tomcat-demo        
        image: tomcat        
        imagePullPolicy: IfNotPresent        
        ports:        
        - containerPort: 8080

kubectl create  -f tomcat-deployment.yaml 
kubectl get deployment

HPA(Horizontail Pod Autoscaler)

在1.1版本，kubernetes官方發佈了HPA，實現pod的動態擴容、縮容，它屬於一種kubernetes的資源對象。它經過追蹤分析 RC控制的全部目標pod的負載變化狀況，來決定是否須要針對性地調整目標Pod的副本數，這是HPA的實現原理。

pod負載度量指標：

1） CpuUtilizationPercentage

目標pod全部副本自身的cpu利用率平用均值。一個pod自身的cpu利用率＝該pod當前cpu的使用量／pod Request值。若是某一個時刻，CPUUtilizationPercentage的值超過了80%，則斷定當前的pod已經不夠支撐業務，須要增長pod。

2） 應用程序自定義的度量指標，好比服務每秒內的請求數（TPS或QPS）

HPA示例：

apiVerion: autosacling/v1 
kind: HorizontalPodAutoscaler 
metadata:  
  name: php-apache
  namespace: default 
spec:
  maxReplicas: 10  
  minReplicas: 1  
  scaleTargetRef:  
    kind: Deployment  
    name: php-apache  
  targetCPUUtilizationPercentage: 90

說明：HPA控制的目標對象是一個名叫php-apache的Deployment裏的pod副本，當cpu平均值超過90%時就會擴容，pod副本 數控制範圍是1－10.
除了以上的xml文件定義HPA外，也能夠用命令行的方式來定義：

kubectl autoscale deployment php-apache --cpu-percent=90 --min=1 --max=10

Service

Service是kubernetes中最核心的資源對象之一，Service能夠理解成是微服務架構中的一個「微服務」，pod、RC、 Deployment都是爲Service提供嫁衣的。

簡單講一個service本質上是一組pod組成的一個集羣，前面咱們說過service和pod之間是經過Label來串起來的，相同Service的 pod的Label同樣。同一個service下的全部pod是經過kube-proxy實現負載均衡，而每一個service都會分配一個全局惟一的虛擬 ip，也叫作cluster ip。在該service整個生命週期內，cluster ip是不會改變的，而在kubernetes中還有一個dns服務，它把 service的name和cluster ip映射起來。

service示例:(文件名tomcat-service.yaml)

apiVersion: v1 
kind: Service 
metadata: 
  name: tomcat-service 
spec:   
  ports:
    - port: 8080    
  selector:       
    tier: frontend

kubectl create -f tomcat-service.yaml 
kubectl get endpoints  //查看pod的IP地址以及端口 
kubectl get svc tomcat-service -o yaml  //查看service分配的cluster ip

多端口的service

apiVersion: v1 
kind: Service metadata:  
  name: tomcat-service 
spec:  
  ports:    
    - port: 8080      
      name: service-port    
    - port: 8005      
      name: shutdown-port    
  selector:      
    tier: frontend

對於cluster ip有以下限制：

1） Cluster ip沒法被ping通，由於沒有實體網絡來響應

2） Cluster ip和Service port組成了一個具體的通訊端口，單獨的Cluster ip不具有TCP/IP通訊基礎，它們屬於一個封閉的空間。

3） 在kubernetes集羣中，Node ip、pod ip、cluster ip之間的通訊，採用的是kubernetes本身設計的一套編程方式的特殊路由規則。

要想直接和service通訊，須要一個Nodeport，在service的yaml文件中定義：

apiVersion: v1 
kind: Service 
metadata:
  name: tomcat-service 
spec:  
  ports:
    - port: 8080
      nodeport: 31002
  selector:    
    tier: frontend

它實質上是把cluster ip的port映射到了node ip的nodeport上了

Volume(存儲卷)

Volume是pod中可以被多個容器訪問的共享目錄，kubernetes中的volume和docker中的volume不同，主要有如下幾個方 面： 1）kubernetes的volume定義在pod上，而後被一個pod裏的多個容器掛載到具體的目錄下 2）kubernetes的volume與pod生命週期相同，但與容器的生命週期不要緊，當容器終止或者重啓時，volume中的數據並不會 丟失 3）kubernetes支持多種類型的volume，如glusterfs，ceph等先進的分佈式文件系統
如何定義並使用volume呢？只須要在定義pod的yaml配置文件中指定volume相關配置便可：

template:    
  metadata:    
    labels:      
      app: app-demo        
      tier: frontend    
    spec:      
      volumes:        
        - name: datavol          
          emptyDir: {}      
      containers:      
      - name: tomcat-demo       
        image: tomcat        
        volumeMounts:          
          - mountPath: /mydata-data            
          name: datavol        
          imagePullPolicy: IfNotPresent

說明: volume名字是datavol，類型是emptyDir，將volume掛載到容器的/mydata-data目錄下
volume的類型：

1）emptyDir 是在pod分配到node時建立的，初始內容爲空，不須要關心它將會在宿主機（node）上的哪一個目錄下，由於這是kubernetes自 動分配的一個目錄，當pod從node上移除，emptyDir上的數據也會消失。因此，這種類型的volume不適合存儲永久數據，適合 存放臨時文件。
2）hostPath hostPath指定宿主機（node）上的目錄路徑，而後pod裏的容器掛載該共享目錄。這樣有一個問題，若是是多個node，雖然目 錄同樣，可是數據不能作到一致，因此這個類型適合一個node的狀況。
配置示例：

volumes:
  - name: "persistent-storage"
    hostPath:
      path: "/data"

3）gcePersistentDisk 使用Google公有云GCE提供的永久磁盤（PD）存儲volume數據。毫無疑問，使用gcePersistentDisk的前提是kubernetes的 node是基於GCE的。
配置示例：

volumes:
        - name: test-volume
          gcePersistentDisk:
            pdName: my-data-disk
            fsType: ext4

4）awsElasticBlockStore

與GCE相似，該類型使用亞馬遜公有云提供的EBS Volume存儲數據，使用它的前提是Node必須是aws EC2。

5） NFS使用NFS做爲volume載體。

示例：

volumes:
        - name: "NFS"
          NFS:
            server: ip地址
            path: "/"

6） 其餘類型

iscsi flocker glusterfs

rbd

gitRepo: 從git倉庫clone一個git項目，以供pod使用 secret: 用於爲pod提供加密的信息

persistent volume（PV）

PV能夠理解成kubernetes集羣中某個網絡存儲中對應的一塊存儲，它與volume相似，但有以下區別：

1） PV只能是網絡存儲，不屬於任何Node，但能夠在每一個Node上訪問到

2） PV並非定義在pod上，而是獨立於pod以外定義

3） PV目前只有幾種類型：GCE Persistent Disk、NFS、RBD、iSCSCI、AWS ElasticBlockStore、GlusterFS

以下是NFS類型的PV定義：

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumemetadata:
  name: pv0003
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  nfs:
    path: /somepath
    server: ip

其中accessModes是一個重要的屬性，目前有如下類型：

ReadWriteOnce: 讀寫權限，而且只能被單個Node掛載
eadOnlyMany: 只讀權限，容許被多個Node掛載

ReadWriteMany：讀寫權限，容許被多個Node掛載若是某個pod想申請某種條件的PV，首先須要定義一個PersistentVolumeClaim（PVC）對象：

kind: persistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
  name: myclaim
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 8Gi

而後在pod的vomume定義中引用上面的PVC：

volumes:
  - name: mypd
    persistentVolumeClaim:
      ClaimName: myclaim

Namespace（命名空間）

當kubernetes集羣中存在多租戶的狀況下，就須要有一種機制實現每一個租戶的資源隔離。而namespace的目的就是爲了實現資源隔離。

kubectl get namespace  //查看集羣全部的namespace

定義namespace：

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: dev

kubectl create -f dev-namespace.yaml  //建立dev namespace

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: busybox
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - image: busybox
    command:
      - sleep
      - "500"
    name: busybox

而後再定義pod，指定namespace 查看某個namespace下的pod：

kubectl get pod --namespace=dev