kubernetes基础概念知多少

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kubernetes(简称k8s)是一种用于在一组主机上运行和协同容器化应用程序的管理平台,皆在提供高可用、高扩展性和可预测性的方式来管理容器应用的生命周期。通过k8s,用户可以定义程序运行方式、部署升级策略、动态伸缩容,使得用户以一种更灵活可靠的方式来管理应用程序。

关于k8s,是一种对应用服务的打包、部署、监控等一整套生命周期的自动化管理平台,目前各大公司已在生产环境部署使用,同时k8s社区比较活跃,在未来一段时间内会越来越流行,可以说是以后服务部署的事实标准,对于Java开发者来说,你可以不直接使用它,但是不能不了解它。

总结来看,k8s特点如下:

  • 自动装箱:基于容器,结合调度策略将多种应用部署到同一节点上,提高资源利用率;
  • 自我修复:支持故障转移/重启,具有健康检查机制;
  • 水平扩展:通过命令手动执行扩容,可基于CPU等资源负载率来动态实现伸缩容;
  • 服务发现/负载均衡:通过KubeDNS(或CoreDNS)为系统内置了服务发现功能,为每个service配置DNS名称,service通过iptables或ipvs内建了负载均衡机制;
  • 自动部署:自动发布和回滚,支持灰度、增量发布等;
  • 配置管理:ConfigMap实现了配置数据与Docker镜像解耦,为开发部署提供了良好的灵活性;
  • 批处理:除了管理服务型应用之外,Kubernetes还支持批处理作业及CI(持续集成)。

从k8s的角度看,它把各个待管理的资源进行了抽象,比如针对服务器(物理机或者虚拟机)抽象出Node;对于容器不直接管理而是抽象出Pod来管理容器;对于集群内的服务调用,抽象出service来表示同类型的多个Pod,同时提供负载均衡策略等。

对于初学者来说,k8s的一些抽象资源和基本概念可能会造成一头雾水,本文就k8s的基础概念和组件进行简单分析,让初学者更快了解k8s概念,话不多说,let‘s go~

k8s基础概念

k8s使用共享网络将多个物理机(或者虚拟机)汇集到一个集群中,该集群是配置k8s所有组件、功能和工作负载的物理平台。集群中一台服务器会作为master负责管理整个集群(为了master高可用一般会将master部署成多节点)。

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Master是集群的网关和中枢,负责诸如为用户和客户端暴露API、跟踪其他服务器的健康状态、以最优方式调度工作负载,以及编排其他组件之间的通信等任务,它是用户/客户端与集群之间的核心联络点,并负责Kubernetes系统的大多数集中式管控逻辑。单个Master节点即可完成其所有的功能,但出于冗余及负载均衡等目的,生产环境中通常需要协同部署多个此类主机。Node是Kubernetes集群的工作节点,负责接收来自Master的工作指令并根据指令相应地创建或销毁Pod对象,以及调整网络规则以合理地路由和转发流量等。理论上讲,Node可以是任何形式的计算设备,不过Master会统一将其抽象为Node对象进行管理。

几种资源抽象

  • Pod:k8s管理的最小调度单元,k8s不直接来管理容器,使用一个抽象的资源对象来封装一个或者多个容器,这个抽象即为Pod。同一Pod中的容器共享网络名称空间和存储资源,这些容器可经由本地回环接口lo直接通信,同时对于Mount、User及PID等资源也进行了隔离;
  • 标签资源和标签选择器:标签(Label)是将资源进行分类的标识符,k8s的Pod资源选择大都是基于标签来的,一个对象可以拥有多个标签,一个标签也可以附加于多个对象(通常是同一类对象)之上。标签选择器(Selector)全称为“Label Selector”,它是一种根据Label来过滤符合条件的资源对象的机制;
  • Controller:Pod控制器,尽管Pod是k8s的最小调度单元,但用户通常并不会直接部署及管理Pod对象,而是要借助于另一类抽象——控制器(Controller)对其进行管理,k8s的控制器包括ReplicationController、ReplicaSet、Deployment、StatefulSet、Job等,每种controller都有对应的功能(比如Deployment是最常见的无状态应用的控制器,它支持应用的扩缩容、滚动更新等操作,为容器化应用赋予了极具弹性的功能);
  • Service:Service是建立在一组Pod对象之上的资源抽象,它通过标签选择器选定一组Pod对象,并为这组Pod对象定义一个统一的固定访问入口(通常是一个IP地址);
  • 存储卷:一般是独立于容器文件系统之外的存储空间,常用于扩展容器的存储空间并为它提供持久存储能力,大体上可分为临时卷、本地卷和网络卷;
  • Name和Namespace:名称是网络资源的唯一标识符,通常在一个命名空间内,名称标识是唯一的,名称空间通常用于实现租户或项目的资源隔离,从而形成逻辑分组;
  • Ingress:k8s中将Pod进行了网络隔离,如果需要开放一些Pod供外部使用,则需要一个配置一个流量进入k8s集群内的通道,除了Service外,Ingress也是实现策略之一。

k8s组件

一个典型的k8s集群由master节点、多个工作节点和ETCD组成,其中ETCD作为集群状态存储。master节点负责整个集群的管理工作,为集群提供管理API,并负责编排和监控各工作节点,各工作节点已Pod形式管理运行容器。master主要由apiserver、controller-manager和scheduler三个组件组成,同时负责与ETCD教育存储集群状态数据,而每个工作节点主要包含kubelet、kube-proxy及容器引擎(最常见的是Docker)等组件。各个组件整体如下图:
kubernetes基础概念知多少

master节点

master包含组件如下:

  • API server:对外提供restful api,k8s集群的网关;
  • Controller:Pod控制器,k8s通过控制器来管理Pod资源,控制器包括ReplicationController、ReplicaSet、Deployment、StatefulSet、Job等,每种controller都有对应的功能(比如Deployment是最常见的无状态应用的控制器,它支持应用的扩缩容、滚动更新等操作,为容器化应用赋予了极具弹性的功能);
  • Scheduler:K8s调度器,K8s管理成千上万容器资源,api server接收到请求之后就由Scheduler按照对应调度策略进行在不同Node间的请求调度操作;
  • ETCD:k8s集群状态都是存储在etcd中(通过API Server共享给集群的各组件及客户端),通过etcd的watch机制来进行k8s各组件的协同操作,一般etcd通过集群部署方式保证高可用。

node节点

node节点接受master的管理,负责管理各个Pod资源:

  • kubelet:kubelet是node的守护进程,node接受master的管控,Kubelet会向api server注册当前node,定期向master会报node资源占用情况;
  • 容器运行环境:node会提供一个容器运行环境,负责下载并运行容器,k8s目前支持的容器运行环境包括Docker、RKT、cri-o和Fraki等;
  • kube-proxy:每个node都需要一个kube-proxy进程,比如对service按需生成iptables或ipvs规则,控制流量访问。

核心组件

k8s除了etcd、master、node这几个组件之外,还有一些核心组件,如下:

  • DNS服务:目前k8s使用的是coreDNS,之前使用的是KubeDNS;
  • Kubernetes Dashboard:k8s的管理web UI;
  • Heapster:容器和节点的性能监控与分析系统,它收集并解析多种指标数据,如资源利用率、生命周期事件等。新版本的Kubernetes中,其功能会逐渐由Prometheus结合其他组件所取代。
  • Ingress Controller:Service是一种工作于传统层的负载均衡器,而Ingress是在应用层实现的HTTP(s)负载均衡机制。不过,Ingress资源自身并不能进行“流量穿透”,它仅是一组路由规则的集合,这些规则需要通过Ingress控制器(Ingress Controller)发挥作用。目前,此类的可用项目有Nginx、Traefik、Envoy及HAProxy等。

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原文地址:《kubernetes基础概念知多少》 发布于2020-01-21

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