K8S学习笔记之Kubernetes核心概念

0x00  Kubernetes简介

Kubernetes(K8S)是Google开源的容器集群管理系统,其设计源于Google在容器编排方面积累的丰富经验,并结合社区创新的最佳实践。 K8S在Docker容器技术的基础之上,大大地提高了容器化部署应用简单高效。经过几年的快速发展,K8S已经成为建设容器云平台的首选方案。

2015年7月,Kubernetes v1.0正式发布,截止到2018年6月28日最新稳定版本是v1.11。

该版本发布主要增加了备受关注功能,分别为:基于IPVS的集群内负载均衡,与目前使用的工具相比,它更具可扩展性并且提供更好的网络吞吐量。以及CoreDNS作为集群DNS的附加选项,这就意味着生产应用的可扩展性和灵活性都将得到提升。

官方网站地址:http://www.kubernetes.io

0x01 Kubernetes主要功能

  • 自我修复

在节点故障时重新启动失败的容器,替换和重新部署容器,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、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。

  • 自动部署和回滚

Kubernetes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,Kubernetes将回滚更改,升级保证业务不受影响。

  • 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、iSCSI、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。

  • 服务发现和负载均衡

Kubernetes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。集群内应用可以通过DNS名称访问另一个应用,方便微服务之间通信。

  • 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。

  • 资源监控

Node节点组件集成cAdvisor资源收集工具,可通过Heapster汇总整个集群节点资源数据,然后存储到InfluxDB时序数据库,再由Grafana展示,可以快速实现对集群资源监控,满足基本监控需求。

  • 提供认证和授权

支持属性访问控制(ABAC)、角色访问控制(RBAC)认证授权策略,控制用户是否有权限使用Kubernetes API做某些事情,精细化权限分配。

0x02 常用资源对象概念

Kubernetes架构图:

上图是Kubernetes集群架构,下面看看Kubernetes功能实现的重要概念,这些功能是组成Kubernetes集群的基石。

  • Master

Master主要负责资源调度,控制副本,和提供统一访问集群的入口。

  • Node

Node由Master管理,并汇报容器状态给Master,同时根据Master要求管理容器生命周期。

  • Pod

Docker最小部署单元是容器,而Kubernetes最小部署单元是Pod,一个Pod有一个或多个容器组成,Pod中容器共享存储和网络,一个Pod在同一台Node上运行。

  • Service

Service一个应用服务抽象,定义了Pod逻辑集合和访问这个Pod集合的策略。Service代理Pod集合对外表现是为一个访问入口,分配一个集群IP地址,来自这个IP的请求将负载均衡转发到后端Pod中的容器。 用过负载均衡器的朋友可能很好理解,其实Service就是一个抽象的负载均衡器。

Service通过LableSelector选择一组Pod提供服务。

  • Lable

标签是一个key=value的键值对,附加在某个资源上,每个对象可以有多个标签,然后根据这个lable关联、查询和筛选。 就像Service与Pod,当多个Service、多个Pod情况下,访问某个Service怎么就知道转发到指定Pod呢?

  • Volume

数据卷,挂载宿主机文件、目录或者外部存储到Pod中,为应用服务提供存储,也可以Pod中容器之间共享数据。

  • Namespace

命名空间将资源对象逻辑上分配到不同Namespace,可以是不同的项目、用户等区分管理,并设定控制策略,从而实现多租户。命名空间也称为虚拟集群。

下面是更高层次抽象对象:

  • ReplicaSet

确保任何给定时间指定的Pod副本数量,并提供声明式更新等功能。

  • Deployment

Deployment是一个更高层次的API对象,它管理ReplicaSets和Pod,并提供声明式更新等功能。

官方建议使用Deployment管理ReplicaSets,而不是直接使用ReplicaSets,这就意味着可能永远不需要直接操作ReplicaSet对象,因此Deployment将会是使用最频繁的资源对象。

  • StatefulSet

StatefulSet适合持久性的应用程序,有唯一的网络标识符(IP),持久存储,有序的部署、扩展、删除和滚动更新。

典型场景:Zookeper集群

  • DaemonSet

DaemonSet确保所有节点运行同一个Pod。当节点加入Kubernetes集群中,Pod会被调度到该节点上运行,当节点从集群中移除时,DaemonSet的Pod会被删除。删除DaemonSet会清理它所有创建的Pod。

典型场景:在每个节点部署日志收集程序(如filebeat),监控程序(agent)

  • Job

一次性任务,运行完成后Pod销毁,不再重新启动新容器。还可以任务定时运行。

  • Cron Job 定时任务,一个CronJob对象就像一个crontab文件的一行。给定时间定期运行,以Cron格式编写。

典型场景:数据库备份,发送邮件

0x03 系统架构及组件功能

Master组件

  • kube-apiserver

Kubernetes API,集群的统一入口,各组件协调者,以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APIServer处理后再提交给Etcd存储。

  • kube-controller-manager

处理集群中常规后台任务,一个资源对应一个控制器,而ControllerManager就是负责管理这些控制器的。

  • kube-scheduler

根据调度算法为新创建的Pod选择一个Node节点,可以任意部署,可以部署在同一个节点上,也可以部署在不同的节点上。

Node组件

  • kubelet

kubelet是Master在Node节点上的Agent,管理本机运行容器的生命周期,比如创建容器、Pod挂载数据卷、下载secret、获取容器和节点状态等工作。kubelet将每个Pod转换成一组容器。

  • kube-proxy

在Node节点上实现Pod网络代理,维护网络规则和四层负载均衡工作。

容器技术

  • docker或rocket

容器引擎,运行容器。

数据库

  • etcd

分布式键值存储系统。用于保存集群状态数据,比如Pod、Service等对象信息。

本篇文章来自李振良老师的专栏,如果你觉得不错可以订阅支持原版。

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