Kubernetes （一）K8S入门

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Kubernetes是什么

Kubernetes的初识

1. K8S是一个全新的基于容器技术的分布式架构领先方案，用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用。Kubernetes的目标是让部署容器化的应用简单并且高效（powerful）,Kubernetes提供了应用部署，规划，更新，维护的一种机制，能够自主管理容器来保证云平台中的容器按照用户期望的状态运行。
　　例如：比如用户想让apache一直运行，用户不需要关心怎么去做，Kubernetes会自动去监控，然后去重启，新建，总之，让apache一直提供服务.

2. K8S是一个开放的开发平台，它不局限于任何一种语言，没有限定任何编程接口，所以无论是JAVA,Go,Python还是C++编写的服务，都可以毫无困难地映射为Kubernetes的Service,并通过标准的TCP通信协议进行交互.

3. K8S是一个完备的分布式系统支撑平台，具有完备的集群管理能力，包括多层次的安全防护和准入机制、多租户应用支撑能力、透明的服务注册和服务发现机制、内建智能负载均衡，强大的故障发现和自我修复能力、以及多粒度的资源配额管理能力。

Kubernetes的特点

1、故障迁移：当某一个node节点关机或挂掉后，node节点上的服务会自动转移到另一个node节点上，这个过程所有服务不中断。这是docker或普通云主机是不能做到的

2、资源调度：当node节点上的cpu、内存不够用的时候，可以扩充node节点，新建的pod就会被kube-schedule调度到新扩充的node节点上

3、资源隔离：创建开发、运维、测试三个命名空间，切换上下文后，开发人员就只能看到开发命名空间的所有pod，看不到运维命名空间的pod，这样就不会造成影响，互不干扰

     传统的主机或只有docker环境中，登录进去就会看到所有的服务或者容器

4、因为采用docker容器，进程之间互不影响，

5、安全：不同角色有不同的权限，查看pod、删除pod等操作；RBAC认证增加了k8s的安全

6、快速精准地部署应用程序

7、限制硬件用量仅为所需资源

为什么要用Kubernetes

转载至：https://www.jianshu.com/p/0d1dbd24d635

1.  k8s可以更快的更新新版本：打包应用，更新的时候可以做到不用中断服务，服务器故障不用停机，从开发环境到测试环境到生产环境的迁移极其方便，一个配置文件搞定，一次生成image，到处运行。。。

2. 一个平台搞定所有：使用K8S，部署任何应用都是小菜一碟，只要应用可以打包到容器，K8S就可以启动它。不管什么语言什么框架写的应用（Java, Python, Node.js），Kubernetes 都可以在任何环境中安全的启动它，物 理服务器、虚拟机、云环境。

3. 云环境无缝迁移： 如果你有换云的需求，例如从GCP到AWS，使用K8SD的话，你就不用有任何担心，K8S完全兼容各种云服务提供商，例如 Google Cloud、Amazon、Microsoft Azure，还可以工作在 CloudStack, OpenStack, OVirt, Photon, VSphere。

4. 高效的利用资源：Kubernetes 如果发现有节点工作不饱和，便会重新分配 pod，帮助我们节省开销，高效的利用内存、处理器等资源。如果一个节点宕机了，Kubernetes 会自动重新创建之前运行在此节点上的 pod，在其他节点上运行。如下图：

　　左边，是4个虚拟机，黄色和蓝色部分是运行的应用，白色部分是未使用的内存和处理器资源。

　　右边，同样的应用打包运行在容器中。

 

 

 5. 开箱即用的自动缩放能力： 网络、负载均衡、复制等特性，对于 Kubernetes 都是开箱即用的。pod 是无状态运行的，任何时候有 pod 宕了，立马会有其他 pod 接替它的工作，用户完全感觉不到。如果用户量突然暴增，现有的 pod 规模不足了，那么会自动创建出一批新的 pod，以适应当前的需求。反之亦然，当负载降下来的时候，Kubernetes 也会自动缩减 pod 的数量。

 

Kubernetes的基本概念和术语

Kubernetes使用共享网络将多个物理机或虚拟机汇集到一个集群中，在各服务器之间进行通信，该集群是配置Kubernetes的所有组件、功能和工作负载的物理平台。集群中一台服务器（或高可用部署中的一组服务器）用作Master，负责管理整个集群，余下的其他机器用作Worker Node,它们是使用本地和外部资源接收和运行工作负载的服务器。集群中的这些主机可以是物理服务器，也可以是虚拟机（包括IaaS云端的VPS）

Master

Master指的是集群的控制节点，是集群的网关和中枢，负责诸如为用户和客户端暴露API、跟踪其它服务器的健康状态、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，它是用户或客户端与集群之间的核心联络点，基本上K8S所有的控制命令都是发给它，它来复制具体的执行过程，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。Master节点类似于蜂群中的蜂王。如下图：

Kubernetes的集群控制平面由多个组件组成，这些组件可统一运行于单一Master节点，也可以以多副本的方式同时运行于多个节点，以为Master提供高可用功能，甚至还可以运行于Kubernetes集群自身之上。Master主要包括以下几个组件。

API Server

Api Server负责输出RESTful风格的Kubernetes API，它是发往集群的所有REST操作命令的接入点，并负责接收、校验并响应所有的REST请求，结果状态被持久存储于etcd中。因此，API Server是整个集群的网关。

ETCD

Kubernetes集群的所有状态信息都需要持久存储于存储系统etcd中，不过，etcd是由CoreOS基于Raft协议开发的分布式键值存储，可用于服务发现、共享配置以及一致性保障（例如数据库主节点选择、分布式锁等）。因此，etcd是独立的服务组件，并不隶属于Kubernetes集群自身。生产环境中应该以etcd集群的方式运行以确保其服务可用性。

etcd不仅能够提供键值数据存储，而且还为其提供了监听（watch）机制，用于监听和推送变更。Kubernetes集群系统中，etcd中的键值发生变化时会通知到API Server，并由其通过watch API向客户端输出。基于watch机制，Kubernetes集群的各组件实现了高效协同。

Controller Manager

Kubernetes中，集群级别的大多数功能都是由几个被称为控制器的进程执行实现的，这几个进程被集成与kube-controller-manager守护进程中。由控制器完成的功能主要包括生命周期功能和API业务逻辑，具体如下

• 生命周期功能：包括Namespace创建和生命周期、Event垃圾回收、Pod终止相关的垃圾回收、级联垃圾回收及Node垃圾回收等。

• API业务逻辑：例如，由ReplicaSet执行的Pod扩展等。

Scheduler

Kubernetes是用于部署和管理大规模容器应用的平台，根据集群规模的不同，其托管运行的容器很可能会数以千计甚至更多。API Server确认Pod对象的创建请求之后，便需要由Scheduler根据集群内各节点的可用资源状态，以及要运行的容器的资源需求做出调度决策，如下图所示。另外，Kubernetes还支持用户自定义调度器。

Node

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的创建或删除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无论是物理机还是虚拟机，在K8S中Master会统一将其抽象为Node对象进行管理。Node类似于蜂群中的工蜂，生产环境中，它们通常数量众多。

Kubernetes将所有Node的资源集结于一处形成一台更强大的“服务器”，如下图，在用户将应用部署于其上时，Master会使用调度算法将其自动指派某个特定的Node运行，在Node加入集群或从集群中移除时，又或者当某个Node宕机时，Master也会按需重行编排影响到的Pod（容器）至新的Node里面。于是，用户无需关心其应用究竟运行于何处，不用担心某个Node宕机了，影响应用的运行，除非你只有一个Node节点，在生产环境这是不现实的。

从抽象的角度来讲，Kubernetes还有着众多的组件来支撑其内部的业务逻辑，包括运行应用、应用编排、服务暴露、应用恢复等，它们在Kubernetes中被抽象为Pod、Service、Controller等资源类型。

Node负责提供运行容器的各种依赖环境，并接收Master的管理。每个Node主要由以下几个组件构成。

kubelet

kubelet是运行于工作节点之上的守护进程，它从API Server接收关于Pod对象的配置信息并确保它们处于期望的状态（desired state，也可以说目标状态）kubelet会在API Server上注册当前工作节点，定期向Master汇报节点资源使用情况，并通过cAdvisor监控容器和节点的资源占用情况。

kube-proxy

每个工作节点都需要运行一个kube-proxy守护进程，它能够按需为Service资源对象生成iptables或ipvs规则，从而捕获访问当前Service的ClusterIP的流量并将其转发至正确的后端Pod对象。

docker

docker用于运行容器

Pod

Kubernetes并不直接运行容器，而是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，它是Kubernetes的最小调度单元。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，但彼此之间又在Mount、User及PID等名称空间上保持了隔离。尽管Pod中可以包含多个容器，但是作为最小调度单元，它应该尽可能地保持“小”，即通常只应该包含一个主容器，以及必要的辅助型容器（Pause）。通常情况下一个Node可以有一个或多个Pod，这取决于业务的架构。

Label

Selector

Selector即标签选择器,全名"Label Selector", 他是一种根据Label来过滤复合条件的资源对象的机制, 类似与CSS的标签选择器. 例如,将附有标签”role：backend“的所有Pod对象挑选出来归为一组就是标签选择器的一种应用，如下图所示，通常使用标签对资源对象进行分类，而后使用标签选择器挑选出它们，例如将其创建未某Service的端点。

Pod控制器

尽管Pod是kubernetes的最小调度单元.生产中,很少会跑一个自主式pod,一般由控制器去创建pod,其配置文件中内嵌了pod的创建方式.——控制器（Controller）对其进行管理。用于工作负载的控制器是一种管理Pod生命周期的资源抽象，它们是kubernetes上的一类对象，而非单个资源对象，包括ReplicationController，ReplicaSet、Deployment、StatefulSet、Job等。已下图所示的Deployment控制器为例，它负责确保指定的Pod对象的副本数量精确符合定义，否则“多退少补”。使用控制器之后就不再需要手动管理Pod对象了，只需要声明应用的期望状态，控制器就会自动对其进行进程管理。

 

ReplicaSet

代用户创建指定数量的pod副本数量,确保pod副本数量符合预期状态,并且支持滚动式自动扩容和缩容功能.

组成:

a.用户期望的pod副本数量;

Deployment

工作在ReplicaSet之上,用于管理无状态应用,目前来说最好的控制器.支持滚动更新和回滚功能,还提供声明式配置;

DaemonSet

用于确保集群中的每一个节点只运行特定的pod副本,通常用于实现系统级后台任务,比如ELK中负责收集日志filebeat,特性:服务是无状态的,服务必须是守护进程;

Job

只要完成就立即退出,不需要重启或重建;

Cronjob

周期性任务控制,不需要持续后台运行;

StatefulSet

管理有状态应用.

Serveice(服务)

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），若Kubernetes集群存在DNS附件，它就会在Service创建时为其自动配置一个DNS名称以便客户端进行服务发现。到达Service IP的请求将被负载均衡至其后的端点——各个Pod对象之上，因此Service从本质上来讲是一个四层代理服务。另外，service还可以将集群外部流量引入到集群中来。

Volume(存储卷)

存储卷（Volume）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。Kubernetes集群上的存储卷大体可以分为临时卷、本地卷和网络卷。临时卷和本地卷都位于Node本地，一旦Pod被调度至其他Node，此种类型的存储卷将无法访问到，因此临时卷和本地卷通常用于数据缓存，持久化的数据则需要放置于持久卷（persistent volume）之上。

Name和Namespace

名称（Name）是Kubernetes集群中资源对象的标识符，它们的作用域通常是名称空间（Namespace），因此名称空间是名称的额外的限定机制。在同一名称空间中，同一类型资源对象的名称必须具有唯一性。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，如下图所示，创建的Pod和Service等资源对象都属于名称空间级别，未指定时，他们都属于默认的名称空间“default”。

Annotation

Annotation（注释）是另一种附加在对象之上的键值类型的数据，但它拥有更大的数据容量。Annotation常用于将各种非标识型元数据（metadata）附加到对象上，但它不能用于标识和选择对象，通常也不会被Kubernetes直接使用，其主要目的是方便工具或用户的阅读和查找等。

Ingress

Kubernetes将Pod对象和外部网络环境进行了隔离，Pod和Service等对象间的通信都使用其内部专用地址进行，如若需要开放某些Pod对象提供给外部用户访问，则需要为其请求流量打开一个通往Kubernetes集群内部的通道，除了Service之外，Ingress也是这类通道的实现方式之一。

Horizontal Pod Autoscaler(HPA)

是kubernetes（以下简称k8s）的一种资源对象，能够根据某些指标对在statefulSet、replicaController、replicaSet等集合中的pod数量进行动态伸缩，使运行在上面的服务对指标的变化有一定的自适应能力。

HPA目前支持四种类型的指标，分别是Resource、Object、External、Pods。其中在稳定版本autoscaling/v1中只支持对CPU指标的动态伸缩，在测试版本autoscaling/v2beta2中支持memory和自定义指标的动态伸缩，并以annotation的方式工作在autoscaling/v1版本中。

K8S核心附件

Kubernetes集群还依赖于一组称为"附件"(add-ons)的组件以提供完整的功能，它们通常是由第三方提供的特定应用程序，且托管运行于Kubernetes集群之上，如上图所示。

KubeDNS

在Kubernetes集群中调度运行提供DNS服务的Pod，同一集群中的其他pod可使用此DNS服务解决主机名。Kubernetes从1.11版本开始默认使用CoreDNS项目为集群提供服务注册和服务发现的动态名称解析服务，之前的版本中用到的是kube-dns项目，而SKyDNS则是更早一代的项目。

Kubernetes Dashboard

Kubernetes集群的全部功能都要基于Web的UI，来管理集群中应用甚至是集群自身。

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是一种工作于传输层的负载均衡器，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。

Kubernetes （一）K8S入门

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