K8S入门知识

什么是Kubernetes?

Kubernetes(k8s)是自动化容器操作的开源平台,这些操作包括部署,调度和节点集群间扩展。如果你曾经用过Docker容器技术部署容器,那么可以将Docker看成Kubernetes内部使用的低级别组件。Kubernetes不仅仅支持Docker,还支持Rocket,这是另一种容器技术。
使用Kubernetes可以:
自动化容器的部署和复制
随时扩展或收缩容器规模
将容器组织成组,并且提供容器间的负载均衡
很容易地升级应用程序容器的新版本
提供容器弹性,如果容器失效就替换它,等等…

实际上,使用Kubernetes只需一个部署文件,使用一条命令就可以部署多层容器(前端,后台等)的完整集群:
$ kubectl create -f single-config-file.yaml

kubectl是和Kubernetes API交互的命令行程序。现在介绍一些核心概念。

二.k8s的基本概念

(1)cluster:是计算、存储、网络的资源集合、k8s利用这些资源运行各种容器应用

(2)pod:是k8s的最小调度单位,一个pod对应一个或多个container使其作为一个逻辑单元更加便于管理,通常情况会将紧密相连的一组应用放到一个pod,所以一个pod里面的container关系一个网络栈和一块存储空间。同时pod也是k8s的直接管理对象,pod可以对封装在其内部的容器进行操作(例如docker和rkt)。同时同一个pod的container共享一个网络栈和存储使其可以直接互相访问并互相使用存储卷。可以将其理解为pod是虚拟机,内部容器是一个个服务。

(3)controller:是用来创建或管理pod的,它定义了pod的部署特性和在什么node上运行。

deployment:是最常用的controller用于管理多个pod副本并确保pod按正常状态运行并集成了上线部署、滚动升级、弹性伸缩等功能。

replicaset:实现了多个pod的副本管理,使用deployment时会自动创建replicaset可以说deployment是通过replicaset来管理多个pod的,所以我们通常不单独使用它而是和deployment一起使用。

daemonset:是用于每个node最多只运行一个pod的场景,daemonset通常用于运行daemon

statefuleset:用于保证pod的每个副本再整个生命周期中名称是不变的,当某个pod发生故障需要删除或重新启动是pod的名称会发生变化,同时statefulset会保证副本按照固定顺序启动、更新或删除

job:用于运行结束就删除的应用

(4)service:是一个负载均衡器,他是为一组功能相同的pod提供统一入口。同时service有自己的ip(cluster-ip)和端口(port)内部可以通过endpoint(clusterip+port)去访问引用但是这个cluster-ip是个Virtual IP它无法ping通,是通过调用ipvs进行网络转发的。

service的转发后端四种方式

1.cluster IP

2.nodeport(通过暴露宿主机的端口进行转发)

3.ingress(七层负载均衡)

4.loadblance(去控制公有云的负载均衡器自动添加port规则进而利用负载均衡器进行转发

service的三种端口类型

1.port (本身端口)

2.targetport (pod的端口)

3.nodeport(在宿主机上暴露的端口)

(5)namespace:是用于将用户创建的controller和pod等资源进行分开的,他可以将一个物理cluster划分成多个虚拟的cluster整理资源的同时还可以进行管理(类似与open stack的project)还可以对不同的namespace设置quota

k8s默认的namespace:

1.default(默认创建的资源将放在这个namespace里面)

2.kube-system(k8s自己创建的系统资源将放在这里面)

3.kube-punlic(k8s自己创建的命名空间用于保证整个集群公开看到的某些资源创建pod时指定namespace)

(6)label:以key|value为键值对的形式附加到各种对象上,如pod、node等。service通过selector label建立service和pod的关联,简单来说资源和资源之间都是通过label关联的,通过给一个资源绑定一个或多个label来实现多维度的资源管理,selector label类似于sql语句的where。

三.k8s的架构

典型的master-slave架构

1.master:作为集群大脑 node用于承载部署的容器应用

master节点有kube-apiserver(管理整个节点的api接口,所有对集群的操作和查询都需要经过它。整个集群内模块通信的枢纽用于集群内其他模块的相互通信。集群安全控制,提供集群安全验证和角色权限分配。连接etcd。)、kube-controller-manage(复制集群的故障检测和修复,根据deployment的定义维持正确pod副本数。根据service与pod的管理关系完成服务的endpoints对象创建和更新。为新的namespace创建账户和api访问token)、etcd(k8s的后端数据存储系统,cluster中的所有资源对象数据都存储在这用于配置共享和服务发现)、kube-scheduler(创建pod是选择合适的node进行调度)它主要是用于资源管理、调度、认证、弹性伸缩、安全认证。

2.node:运行容器应用,由master管理接受master节点的各类请求,进行容器的创建和管理,并将运行在上面的容器应用上报到master节点

node节点有kubelet(负责node节点容器创建、删除监控等生命周期管理,上报node信息如cpu、内存、pod的ip等信息到master节点的api-server kube-proxy用于实现端口映射和负载均衡。kube-proxy主要有两种模式iptables和ipvs)

四.k8s的全生命周期管理

在k8s进行管理应用的时候,基本步骤是:创建集群,部署应用,发布应用,扩展应用,更新应用。

那么问题来了为什么我们要创建集群呢?为什么这么多服务都需要用到集群呢?

熟话说人多力量大,切菜一个人一分钟只能切一颗,但是要是我们有三个人呢?

    使用集群为了掩盖底层的无能,在各种环境中,底层的硬件各不相同,有的是各种低廉的服务器,有的各种云环境,有的是各种vm,有的各种host machine,要想屏蔽底层的细节,增强可靠性和稳定性,并且集群可以从而需要创建集群。

    创建集群的好处就是,统一对外提供接口,无须进行各种复杂的调用;提供更好的可靠性,服务器宕机那么频繁,物理磁盘那么容易损坏,无须担心,集群统一进行调配;提供更好的性能,组合集群中各个机器的计算存储网络资源,提供更好的TPS和PS;提供横向扩容的能力,在进行横向扩容的时候,性能基本上能呈线性增长。

 

集群

集群是一组节点,这些节点可以是物理服务器或者虚拟机,之上安装了Kubernetes平台。下图展示这样的集群。注意该图为了强调核心概念有所简化。这里可以看到一个典型的Kubernetes架构图。
在这里插入图片描述

上图可以看到如下组件,使用特别的图标表示Service和Label:
Pod
Container(容器)
Label(label)(标签)
Replication Controller(复制控制器)
Service(enter image description here)(服务)
Node(节点)
Kubernetes Master(Kubernetes主节点)

Pod

Pod(上图绿色方框)安排在节点上,包含一组容器和卷。同一个Pod里的容器共享同一个网络命名空间,可以使用localhost互相通信。Pod是短暂的,不是持续性实体。你可能会有这些问题:
如果Pod是短暂的,那么我怎么才能持久化容器数据使其能够跨重启而存在呢? 是的,Kubernetes支持卷的概念,因此可以使用持久化的卷类型。
是否手动创建Pod,如果想要创建同一个容器的多份拷贝,需要一个个分别创建出来么?可以手动创建单个Pod,但是也可以使用Replication Controller使用Pod模板创建出多份拷贝,下文会详细介绍。
如果Pod是短暂的,那么重启时IP地址可能会改变,那么怎么才能从前端容器正确可靠地指向后台容器呢?这时可以使用Service,下文会详细介绍。

Lable

正如图所示,一些Pod有Label(enter image description here)。一个Label是attach到Pod的一对键/值对,用来传递用户定义的属性。比如,你可能创建了一个"tier"和“app”标签,通过Label(tier=frontend, app=myapp)来标记前端Pod容器,使用Label(tier=backend, app=myapp)标记后台Pod。然后可以使用Selectors选择带有特定Label的Pod,并且将Service或者Replication Controller应用到上面。

Replication Controller

是否手动创建Pod,如果想要创建同一个容器的多份拷贝,需要一个个分别创建出来么,能否将Pods划到逻辑组里?

Replication Controller确保任意时间都有指定数量的Pod“副本”在运行。如果为某个Pod创建了Replication Controller并且指定3个副本,它会创建3个Pod,并且持续监控它们。如果某个Pod不响应,那么Replication Controller会替换它,保持总数为3.如下面的动画所示:

在这里插入图片描述

如果之前不响应的Pod恢复了,现在就有4个Pod了,那么Replication Controller会将其中一个终止保持总数为3。如果在运行中将副本总数改为5,Replication Controller会立刻启动2个新Pod,保证总数为5。还可以按照这样的方式缩小Pod,这个特性在执行滚动升级时很有用。

当创建Replication Controller时,需要指定两个东西:
Pod模板:用来创建Pod副本的模板
Label:Replication Controller需要监控的Pod的标签。

现在已经创建了Pod的一些副本,那么在这些副本上如何均衡负载呢?我们需要的是Service。

Service

如果Pods是短暂的,那么重启时IP地址可能会改变,怎么才能从前端容器正确可靠地指向后台容器呢?

Service是定义一系列Pod以及访问这些Pod的策略的一层抽象。Service通过Label找到Pod组。因为Service是抽象的,所以在图表里通常看不到它们的存在,这也就让这一概念更难以理解。

现在,假定有2个后台Pod,并且定义后台Service的名称为‘backend-service’,lable选择器为(tier=backend, app=myapp)。backend-service 的Service会完成如下两件重要的事情:
会为Service创建一个本地集群的DNS入口,因此前端Pod只需要DNS查找主机名为 ‘backend-service’,就能够解析出前端应用程序可用的IP地址。
现在前端已经得到了后台服务的IP地址,但是它应该访问2个后台Pod的哪一个呢?Service在这2个后台Pod之间提供透明的负载均衡,会将请求分发给其中的任意一个(如下面的动画所示)。通过每个Node上运行的代理(kube-proxy)完成。这里有更多技术细节。

下述动画展示了Service的功能。注意该图作了很多简化。如果不进入网络配置,那么达到透明的负载均衡目标所涉及的底层网络和路由相对先进。如果有兴趣,这里有更深入的介绍。

在这里插入图片描述

有一个特别类型的Kubernetes Service,称为’LoadBalancer’,作为外部负载均衡器使用,在一定数量的Pod之间均衡流量。比如,对于负载均衡Web流量很有用。

Node

节点(上图橘色方框)是物理或者虚拟机器,作为Kubernetes worker,通常称为Minion。每个节点都运行如下Kubernetes关键组件:
Kubelet:是主节点代理。
Kube-proxy:Service使用其将链接路由到Pod,如上文所述。
Docker或Rocket:Kubernetes使用的容器技术来创建容器。

Kubernetes Master

集群拥有一个Kubernetes Master(紫色方框)。Kubernetes Master提供集群的独特视角,并且拥有一系列组件,比如Kubernetes API Server。API Server提供可以用来和集群交互的REST端点。master节点包括用来创建和复制Pod的Replication Controller。

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