kubernetes（k8s）理论

kubernetes（k8s）理论

文章目录

• kubernetes（k8s）理论
• 前言
• 1.kubernetes概述
• 2.kubernetes特点
• 3.kubernetes组件
• 4.kubernetes的特性
• 5.kubernetes集群架构与组件
• 6.kubernetes工作流程
• 7.kubernetes的核心概念
• 8.kubernetes的部署方式
• 9.kubernetes环境规划

前言

• kubernetes，简称K8s，是用8代替8个字符“ubernete”而成的缩写。是一个开源的，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。
• 传统的应用部署方式是通过插件或脚本来安装应用。这样做的缺点是应用的运行、配置、管理、所有生存周期将与当前操作系统绑定，这样做并不利于应用的升级更新/回滚等操作，当然也可以通过创建虚拟机的方式来实现某些功能，但是虚拟机非常重，并不利于可移植性。
• 新的方式是通过部署容器方式实现，每个容器之间互相隔离，每个容器有自己的文件系统 ，容器之间进程不会相互影响，能区分计算资源。相对于虚拟机，容器能快速部署，由于容器与底层设施、机器文件系统解耦的，所以它能在不同云、不同版本操作系统间进行迁移。
• 容器占用资源少、部署快，每个应用可以被打包成一个容器镜像，每个应用与容器间成一对一关系也使容器有更大优势，使用容器可以在build或release 的阶段，为应用创建容器镜像，因为每个应用不需要与其余的应用堆栈组合，也不依赖于生产环境基础结构，这使得从研发到测试、生产能提供一致环境。类似地，容器比虚拟机轻量、更“透明”，这更便于监控和管理。

1.kubernetes概述

• Kubernetes是Google开源的一个容器编排引擎，它支持自动化部署、大规模可伸缩、应用容器化管理。在生产环境中部署一个应用程序时，通常要部署该应用的多个实例以便对应用请求进行负载均衡。
• 在Kubernetes中，我们可以创建多个容器，每个容器里面运行一个应用实例，然后通过内置的负载均衡策略，实现对这一组应用实例的管理、发现、访问，而这些细节都不需要运维人员去进行复杂的手工配置和处理。

2.kubernetes特点

• 可移植: 支持公有云，私有云，混合云，多重云（multi-cloud）
• 可扩展: 模块化，插件化，可挂载，可组合
• 自动化: 自动部署，自动重启，自动复制，自动伸缩/扩展

3.kubernetes组件

• 1.Master组件
  • kube-apierver
    • kube-apiserver用于暴露Kubernetes API。任何的资源请求/调用操作都是通过kube-apiserver提供的接口进行。请参阅构建高可用群集。
  • ETCD
    • etcd是Kubernetes提供默认的存储系统，保存所有集群数据，使用时需要为etcd数据提供备份计划。
  • kube-controller-manager
    • kube-controller-manager运行管理控制器，它们是集群中处理常规任务的后台线程。逻辑上，每个控制器是一个单独的进程，但为了降低复杂性，它们都被编译成单个二进制文件，并在单个进程中运行。
    • 节点（Node）控制器。
    • 副本（Replication）控制器：负责维护系统中每个副本中的pod。
    • 端点（Endpoints）控制器：填充Endpoints对象（即连接Services&Pods）。
    • Service Account和Token控制器：为新的Namespace创建默认帐户访问API Token。
  • cloud-controller-manager
    • 云控制器管理器负责与底层云提供商的平台交互。云控制器管理器是Kubernetes版本1.6中引入的，还是Alpha的功能。
    • 云控制器管理器仅运行云提供商特定的（controller loops）控制器循环。可以通过将–cloud-providerflag设置为external启动kube-controller-manager ，来禁用控制器循环。
    • 节点（Node）控制器
    • 路由（Route）控制器
    • Service控制器
    • 卷（Volume）控制器
  • kube-scheduler
    • kube-scheduler监视新创建没有分配到Node的Pod，为Pod选择一个Node。
  • 插件addons
    • 插件（addon）是实现集群pod和Services功能的。Pod由Deployments，ReplicationController等进行管理。Namespace 插件对象是在kube-system Namespace中创建。
    • DNS
      • 虽然不严格要求使用插件，但Kubernetes集群都应该具有集群 DNS。
      • 群集 DNS是一个DNS服务器，能够为 Kubernetes services提供 DNS记录。
      • 由Kubernetes启动的容器自动将这个DNS服务器包含在他们的DNS searches中。
    • 用户界面
      • kube-ui提供集群状态基础信息查看。
    • 容器资源监测
      • 容器资源监控提供一个UI浏览监控数据。
    • Cluster-level Logging
    • Cluster-level logging，负责保存容器日志，搜索/查看日志。
• 2.节点（Node）组件
  • 节点组件运行在Node，提供Kubernetes运行时环境，以及维护Pod。
  • kubelet
    • kubelet是主要的节点代理，它会监视已分配给节点的pod，具体功能：
    • 安装Pod所需的volume。
    • 下载Pod的Secrets。
    • Pod中运行的 docker（或experimentally，rkt）容器。
    • 定期执行容器健康检查。
    • 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通过在主机上维护网络规则并执行连接转发来实现Kubernetes服务抽象。
  • docker
    • docker用于运行容器。
  • RKT
    • rkt运行容器，作为docker工具的替代方案。
  • supervisord
    • supervisord是一个轻量级的监控系统，用于保障kubelet和docker运行。
  • fluentd
    • fluentd是一个守护进程，可提供cluster-level logging.。

4.kubernetes的特性

• 自我修复
  • 在节点故障时重新启动失败的容器，替换和重新部署，保证预期的副本数量;杀死健康检查失败的容器，并且在未准备好之前不会处理客户端请求，确保线上服务不中断。
• 弹性伸缩
  • 使用命令、U|或者基于CPU使用情况自动快速扩容和缩容应用程序实例，保证应用业务高峰并发时的高可用性;业务低峰时回收资源，以最小成本运行服务。
• 自动部署和回滚
  • K8S采用滚动更新策略更新应用，一次更新一个Pod,而不是同时删除所有Pod,如果更新过程中出现问题，将回滚更改，确保升级不受影响业务。
• 服务发现和负载均衡
  • K8S为多个容器提供一一个统一-访问入口(内部IP地址和-一个DNS名称)，并且负载均衡关联的所有容器，使得用户无需考虑容器IP问题。
• 机密和配置管理
  • 管理机密数据和应用程序配置，而不需要把敏感数据暴露在镜像里，提高敏感数据安全性。并可以将一些常用的配置存储在K8S中，方便应用程序使用。
• 存储编排
  • 挂载外部存储系统，无论是来自本地存储，公有云( 如AWS)，还是网络存储( 如NFS、GlusterFS、 Ceph) 都作为集群资源的一部 分使用，极大提高存储使用灵活性。
• 批处理
  • 提供一次性任务，定时任务;满足批量数据处理和分析的场景。

5.kubernetes集群架构与组件

6.kubernetes工作流程

7.kubernetes的核心概念

• pod
  • 最小部署单元
  • 一组容器的集合
  • 一个pod中的容器共享网络命名空间
  • pod是短暂的
• controllers
  • replicaset：确保预期的pod副本数量
  • deployment：无状态应用部署
  • statefulset：有状态应用部署
  • daemonset：确保所有node运行同一个pod
  • job：一次性任务
  • cronjob：定时任务
  • 更高级层次对象，部署和管理pod
• service
  • 防止pod失联
  • 定义一组pod的访问策略
• label：标签，附加到某个资源上，用于关联对象、查询和筛选
• namespaces：命名空间，将对象逻辑上隔离
• annotations：注释

8.kubernetes的部署方式

• minikube
  • minikube是一个工具，可以在本地快速运行一个单点的kubernetes，仅用于尝试kubernetes或日常开发的用户使用。
• kubeadm
  • kubeadm也是一个工具，提供kubeadm init和kuneadm join，用于快速部署kubernetes。
• 二进制包
  • 推荐，从官方下载发行版的二进制包，手动部署每个组件，组成kubernetes集群。

9.kubernetes环境规划

• 单master集群架构图

• 多master节点的部署