Kubernetes的基础概念

目录

一、Kubernetes的介绍

1、K8S的由来

2、使用K8S的目的

3、K8S的作用

二、Kubernetes的特性

三、K8s集群架构与组件

1、Master组件

2、配置存储中心Etcd

3、Worker Node 组件

3.1 Node节点的工作流程

docker enginedocker或rocket

总结

一、Kubernetes的介绍

用于自动部署、扩展和管理"容器化containerized应用程序"的开源系统 可以理解成K8S是负责自动化运维管理多个容器化程序比如Docker的集群是一个生态极其丰富的容器编排框架工具

Kubernetes的缩写为K8S这个缩写是因为k和s之间有八个字符的关系。

1、K8S的由来

K8S由google的Borg系统(博格系统google内部使用的大规模容器编排工具)作为原型后经Go语言延用Borg的思路重写并捐献给CNCF基金会开源。

官网: https://kubernetes.io

GitHub: https://github.com/kubernetes/kubernetes

2、使用K8S的目的

试想下传统的后端部署办法把程序包包括可执行二进制文件、配置文件等放到服务器上接着运行启动脚本把程序跑起来同时启动守护脚本定期检查程序运行状态、必要的话重新拉起程序

设想一下如果服务的请求量上来已部署的服务响应不过来怎么办?传统的做法往往是如果请求量、内存、CPU超过阈值做了告警运维人员马上再加几台服务器部署好服务之后接入负载均衡来分担已有服务的压力

这样问题就出现了从监控告警到部署服务中间需要人力介入那么有没有办法自动完成服务的部署、更新、卸载和扩容、缩容呢?

而这就是K8S要做的事情自动化运维管理容器(Docker) 程序。K8s的目标是让部署容器化应用简单高效

K8S解决了裸跑Docker的若干痛点

单机使用无法有效集群

随着容器数量的.上升管理成本攀升

没有有效的容灾、自愈机制

没有预设编排模板无法实现快速、大规模容器调度

没有统一 的配置管理中心工具

没有容器生命周期的管理工具

没有图形化运维管理工具

k8s提供了容器编排资源调度弹性伸缩部署管理服务发现等一系列功能

3、K8S的作用

用于自动部署、扩展和管理容器化containerized应用程序的开源系统。

可以理解成K8S是负责自动化运维管理多个容器化程序比如docker的集群是一个生态机器丰富的容器编排框架工具。

二、Kubernetes的特性

弹性伸缩使用命令、UI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。

服务发现和负载均衡K8S为多个容器提供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。

自动发布默认滚动发布模式和回滚K8S采用滚动策略更新应用一个更新一个Pod而不是同时删除所有的Pod如果更新过程中出现问题将回滚更改确保升级不收影响业务。

集中化配置管理和密钥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。

存储编排支持外挂存储并对外挂存储资源进行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。

任务批量处理运行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。

三、K8s集群架构与组件

K8s是属于主从设备模型(Master-Slave 架构)即有Master 节点负责集群的调度、管理和运维Slave 节点是集群中的运算工作负载节点。

在K8S中主节点一般被称为Master 节点而从节点则被称为Worker Node 节点每个Node 都会被Master 分配一些工作负载。

Master组件可以在群集中的任何计算机上运行但建议Master节点占据一个独立的服务器

因为Master是整个集群的大脑如果Master所在节点宕机或不可用那么所有的控制命令都将失效

除了Master 在K8s集群中的其他机器被称为Worker Node节点当某个Node宕机时其上的工作负载会被Master自动转移到其他节点上去

Kubernetes包含多种类型的资源对象Pod、 Label、 Service、 Replication Controller 等

所有的资源对象都可以通过Kubernetes 提供的 kubectl工具进行增、删、改、查等操作并将其保存在etcd中持久化存储

Kubernets其实是一个高度自动化的资源控制系统通过跟踪对比etcd存储里保存的资源期望状态与当前环境中的实际资源状态的差异来实现自动控制和自动纠错等高级功能

组件作用

master节点集群控制管理节点所有的命令都经由master处理

apiserver所有服务的访问入口

controller-manager负责根据预设模板创建pod维持pod等资源的副本期望数目

scheduler负责调度pod通过预选策略、优选策略选择最合适的node节点分配pod

etcd分布式键值对数据库负责存储K8S集群的重要信息持久化

work node节点–

Kubelet跟apiserver通信汇报当前node节点上的资源使用情况和状态接受apiserver的指令跟容器引擎交互实现容器的生命周期管理

Kube-proxy在node节点上实现pod的网络代理维护网络规则和四层负载均衡规则负责写入规则到iptables或ipvs实现服务映射访问

容器运行时docker运行容器负责本机的容器创建和管理工作

1、Master组件

Master集群控制管理节点所有的命令都经由master处理

Kube-apiserver

用于暴露Kubernetes API任何资源请求或调用操作都是通过kube-apiserver提供的接口进行。以HTTP Restful API

提供接口服务所有对象资源的增删改查和监听操作都交给API Server处理后再提交给Etcd存储

可以理解成API Server 是K8S的请求入口服务。API Server 负责接收K8S所有请求(来自UI界面或者CLI命令行工具)

然后根据用户的具体请求去通知其他组件干活。可以说API Server 是K8S集群架构的大脑

Kube-controller-manager

运行管理控制器是K8S 集群中处理常规任务的后台线程是K8S集群里所有资源对象的自动化控制中心。

在K8S集群中一个资源对应一个控制器而Controller manager就是负责管理这些控制器的

由一系列控制器组成通过APIServer监控整个集群的状态并确保集群处于预期的工作状态比如当某个Node意外宕机时Controller Manager会及时发现并执行自动化修复流程确保集群始终处于预期的工作状态

这些控制器主要包括:

Node Controller节点控制器负责在节点出现故障时发现和响应

Replication Controller (副本控制器) :负责保证集群中一个RC (资源对 象Replication Controller) 所关联的Pod副本数始终保持预设值。可以理解成确保集群中有且仅有N个Pod实例N是RC中定义的Pod副本数量

Endpoints Controller端点控制器填充端点对象 (即连接Services 和Pods) 负责监听 Service 和对应的Pod副本的变化可以理解端点是一个服务暴露出来的访问点如果需要访问一个服务则必须知道它的endpoint

Service Account & Token Controllers服务帐户和令牌控制器为新的命名空间创建默认帐户和API访问令牌

ResourceQuota Controller资源配额控制器确保指定的资源对象在任何时候都不会超量占用系统物理资源

Namespace Controller命名空间控制器管理namespace的生命周期

Service Controller服务控制器属于K8S集群与外部的云平台之间的一个接口控制器

Kube-scheduler

是负责资源调度的进程根据调度算法为新创建的Pod选择一个合适的Node节点

可以理解成K8S所有Node节点的调度器。当用户要部署服务时Scheduler 会根据调度算法选择最合适的Node 节点来部署Pod

预算策略(predicate)

优选策略( priorities)

2、配置存储中心Etcd

K8S的存储服务

Etcd 是分布式键值存储系统存储了K8S 的关键配置和用户配置K8S中仅API Server 才具备读写权限其他组件必须通过 API Server的接口才能读写数据。

3、Worker Node 组件

3.1 Node节点的工作流程

Node节点可动态增加到kubernetes集群中前提是这个节点已经正确安装、配置和启动了上述的关键进程默认情况下kubelet会向Master注册自己这也kubernetes推荐的Node管理方式。

一旦Node被纳入集群管理范围kubelet会定时向Master汇报自身的情况以及之前有哪些Pod在运行等这样Master可以获知每个Node的资源使用情况并实现高效均衡的资源调度策略。

如果Node没有按时上报信息则会被Master判断为失联Node状态会被标记为Not Ready随后Master会触发工作负载转移流程。

Kubelet

Node节点的监视器以及与Master节点的通讯器。Kubelet 是Master节点安插在Node节点上的“眼线”它会定时向API Server汇报自己

Node节点上运行的服务的状态并接受来自Master节点的指示采取调整措施

从Master节点获取自己节点上Pod的期望状态(比如运行什么容器、运行的副本数量、网络或者存储如何配置等)

直接跟容器引擎交互实现容器的生命周期管理如果自己节点上Pod的状态与期望状态不一致则调用对应的容器平台接口(即docker的接口)达到这个状态

管理镜像和容器的清理工作保证节点上镜像不会占满磁盘空间退出的容器不会占用太多资源

Kube-Proxy

在每个Node节点上实现pod网络代理是Kubernetes Service 资源的载体负责维护网络规则和四层负载均衡工作。负责写入规则至iptables、ipvs实现服务映射访问的

Kube-Proxy本身不是直接给Pod 提供网络Pod的网络是由Kubelet 提供的Kube-Proxy 实际上维护的是虚拟的Pod集群网络

Kube-apiserver通过监控Kube-Proxy 进行对Kubernetes Service 的更新和端点的维护

在K8S集群中微服务的负载均衡是由Kube-proxy实现的。Kube-proxy是K8S集群内部的负载均衡器。它是一个分布式代理服务器在K8S的每个节点上都会运行一个Kube-proxy 组件

docker enginedocker或rocket

容器引擎运行容器负责本机的容器创建和管理工作

总结

K8S有两大节点 master work node

masterapiserver controller-manager scheduler

apiscrvcr服务访问统一入口

controller(肯邱no)-manager维持Pod副本期望数目

scheduler(千紧no)调度Pod资源,选择适合的node分配pod

etcd分布式数据库键值对存储方式持久化存储K8s集群元信息

work nodekubelet kube-proxy docker Engine容器节点

kubelet跟容器引擎交互实现容器的生命周期管理监控node上节点资源使用情况并向master的apiserver汇报资源使用情况

kube-proxy实现4层代理负责写入iptables/ipvs规则实现 service 的映射访问