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kubernetes炼气期之掌握Kubernetes的背景

kubernetes背景

Kubernetes[1],又称为 k8s(首字母为 k、首字母与尾字母之间有 8 个字符、尾字母为 s,所以简称 k8s)或者简称为 "kube" ,是一种可自动实施 Linux 容器[2]操作的开源平台。它可以帮助用户省去应用容器化过程的许多手动部署和扩展操作。也就是说,您可以将运行 Linux 容器的多组主机聚集在一起,由 Kubernetes 帮助您轻松高效地管理这些集群。而且,这些集群可跨公共云[3]私有云[4]混合云[5]部署主机。Kubernetes 是理想的托管平台。

Kubernetes 最初由 Google 的工程师开发和设计。Google 是最早研发 Linux 容器技术的企业之一(组建了cgroups)[6],曾公开分享介绍 Google 如何将一切都运行于容器之中[7](这是 Google 云服务背后的技术)。Google 每周会启用超过 20 亿个容器——全都由内部平台 Borg[8] 支撑。Borg 是 Kubernetes 的前身,多年来开发 Borg 的经验教训成了影响 Kubernetes 中许多技术的主要因素。

红帽是第一批与 Google 合作研发 Kubernetes 的公司之一,作为 Kubernetes 上游项目的第二大贡献者,我们甚至在这个项目启动之前就已参与其中。2015 年,Google 将 Kubernetes 项目捐赠给新成立的云原生计算基金会[9]

Kuberneters(k8s)是谷歌使用了将近20年的一个云产品,是Borg的一个开源版本。Borg是谷歌的一个久负盛名的内部使用的大规模集群管理系统,它基于容器技术,目的是实现资源管理的自动化,以及跨多个数中心的资源利用率的最大化。十几年来,谷歌一直通过 Borg 系统管理着数量庞大的应用程序集群。由于谷歌员工都签署了保密协议,即便离职也不能泄露Borg的内部设计,所以外界一直无法了解关于它的更多信息。直到2015年4月,传闻许久的 Borg 论文伴随 Kuberneters 的高调宣传被谷歌首次公开,大家才得以了解它的更多内幕。正是由于站在 Borg 这个前辈的肩膀上,吸取了 Borg 过去十年间的经验与教训,所以 Kubernetes 一经开源就一鸣惊人,并迅速称霸了容器技术领域。

Kubernetes 拥有一个庞大且快速增长的生态系统。因为它是一个可移植的、可扩展的开源平台,用于管理容器化的工作负载和服务,可促进声明式配置和自动化。Kubernetes 的服务、支持和工具广泛可用。

Kubernetes 源于希腊语,意为 "舵手" 或 "飞行员"。Google 在 2014 年开源了 Kubernetes 项目。Kubernetes 建立在 Google 在大规模运行生产工作负载方面拥有十几年的经验的基础上,结合了社区中最好的想法和实践。

kubernetes时代

通过对比来看一下为什么我们需要kubernetes,为什么新时代需要kubernetes:

传统部署时代: 早期,将单一的应用服务运行在物理服务器上,无法给服务器的应用程序进行资源的限制,导致物理服务器之间的资源负载使用不均衡,就导致了服务器上的应用程序的性能下降,物理服务器的维护成本变得很高。

虚拟化部署时代: 作为解决方案,引入了虚拟化功能,它允许您在单个物理服务器的 CPU 上运行多个虚拟机VM。虚拟化功能允许应用程序在 VM 之间隔离,并提供安全级别,因为一个应用程序的信息不能被另一应用程序自由地访问。

容器部署时代: 容器类似于 VM,但是它们具有轻量级的隔离属性,可以在应用程序之间共享操作系统OS。因此,容器被认为是目前最轻量级的。容器与 VM 类似,具有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等。由于它们与基础架构分离,因此可以跨云和 OS 分发进行移植。而在容器时代,Docker容器引擎是最流行的一个。

容器因具有许多优势而变得流行起来。下面列出了容器的一些好处:

  • 应用程序的构建和部署:与传统部署时代对比,容器镜像创建显得更简便性、效率更高。
  • 持续开发、集成和部署:通过快速简单的回滚(由于镜像不可变性),提供可靠且频繁的容器镜像构建和部署。
  • 开发与运维分离:在build/deploy而不是在deploy时创建应用程序容器,从而将应用程序与基础架构分离。
  • 可观察性不仅可以显示操作系统级别的信息和指标,还可以显示应用程序容器的运行状况其他指标信息。
  • 能保证开发、测试和生产的环境一致性:即使在便携式的计算机上也能与云上保持相同地运行。
  • 应用服务可以运行在任何支持容器引擎的平台上。
  • 松散耦合、分布式、弹性、解放的微服务:应用程序被分解成较小的独立部分,并且可以动态部署和管理 - 而不是在一台大型单机上整体运行。
  • 资源隔离:可预测的应用程序性能。
  • 资源利用:高效率和高密度。

为什么需要 Kubernetes,它能做什么?

容器是打包和运行应用程序的最好的一种方式。在生产环境中,您需要管理运行应用程序的容器,并确保不会停机。例如,如果一个容器发生故障,则需要启动另一个容器。如果系统能够自动的处理这种行为,你觉得会不会是更方便。

这就是 Kubernetes 的救援方法!Kubernetes 为您提供了一个可弹性运行分布式系统的框架。Kubernetes 会满足您的扩展要求、故障转移、部署模式等。例如,Kubernetes 可以轻松地实现金丝雀canary发布。

  • 基于容器的应用部署、维护、滚动升级: 不断的将服务运行为按照用户定义服务运行的期望状态
  • 通过service资源对象自实现负载均衡和服务发现: 当出现流量负载的时候,service会将流量按照一定的均衡算法调度到对应的资源组
  • 实现跨机器和跨地域的集群调度: 可以按照用户定义的资源调度方式进行自动化的资源调度
  • 根据资源负载情况实现服务自动伸缩: 获取服务运行负载指标,通过HPA实现服务的自动扩容与伸缩
  • 实现多种类型服务负载,比如有状态和无状态类型服务: 支持例如nginx、filebeat等这种无状态以及MYSQL,Mongodb,Elasticsearch等有状态的集群服务
  • 支持多种类型的存储插件,比如s3,ceph,nfs,glusterfs...
  • 插件机制保证扩展性:通过在不修改源代码的情况下增加类似如CNI、CRI、CSI、Device Plugin、CRD等扩展来解决越来越多的个性化需求
  • 自身有安全防护和资源的准入机制:k8s的一套安全策略,通过用户或组与k8s上一些资源角色绑定从而实现在单一范围内有权限执行动作
  • 实现多租户应用的支撑力:k8s本身具有多层资源隔离的条件例如集群本身、命令空间、节点、pod与容器
  • 透明的服务注册和服务发现机制: 通过k8s的service资源对象与label资源对象实现基本的服务注册与发现
  • 轻松实现服务版本迭代和金丝雀发布:因为k8s本身的特性,实现canary显得非常简单
  • 实现服务在线扩容能力: k8s通过自身的resize功能结合一些存储卷实现不丢失原来数据的情况下进行在线扩容
  • 多粒度细粒度的实现配额管理能力
  • 支持自定义扩展(核心+外围扩展)API
  • ...

Kubernetes 不是什么

Kubernetes 不是传统的、包罗万象的 PaaS(平台即服务)系统。由于 Kubernetes 在容器级别而不是在硬件级别运行,因此它提供了 PaaS 产品共有的一些普遍适用的功能,例如部署、扩展、负载均衡、日志记录和监视。但是,Kubernetes 不是单一的,默认解决方案是可选和可插拔的。Kubernetes 提供了构建开发人员平台的基础,但是在重要的地方保留了用户的选择和灵活性。

Kubernetes:

  • Kubernetes 不限制支持的应用程序类型。Kubernetes 旨在支持极其多种多样的工作负载,包括无状态、有状态和数据处理工作负载。如果应用程序可以在容器中运行,那么它应该可以在 Kubernetes 上很好地运行。
  • Kubernetes 不部署源代码,也不构建您的应用程序。持续集成(CI)、交付和部署(CI/CD)工作流取决于组织的文化和偏好以及技术要求。
  • Kubernetes 不提供应用程序级别的服务作为内置服务,例如中间件消息中间件、数据处理框架Spark、数据库mysql、缓存、集群存储系统Ceph。这样的组件可以在 Kubernetes 上运行,并且/或者可以由运行在 Kubernetes 上的应用程序通过可移植机制开放服务代理[10]来访问。
  • Kubernetes 不提供日志记录、监控或警报解决方案。它提供了一些集成作为概念证明,并提供了收集和导出指标的机制。
  • Kubernetes 不提供或不要求配置语言/系统,它提供了声明性 API,该声明性 API 可以由任意形式的声明性规范所构成。
  • Kubernetes 不提供也不采用任何全面的机器配置、维护、管理或自我修复系统。
  • 此外,Kubernetes 不仅仅是一个编排系统,实际上它消除了编排的需要。编排的技术定义是执行已定义的工作流程:首先执行 A,然后执行 B,再执行 C。相比之下,Kubernetes 包含一组独立的、可组合的控制过程,这些过程连续地将当前状态驱动到所提供的所需状态。从 A 到 C 的方式无关紧要,也不需要集中控制,这使得系统更易于使用且功能更强大、健壮、弹性和可扩展性

支持的云厂商

  • 华为云CCE
  • 阿里云ACK
  • 腾讯云TKE
  • 谷歌云GCE

参考资料

[1]kubernetes官网: https://kubernetes.io

[2]Linux容器: https://www.redhat.com/zh/topics/containers/whats-a-linux-container

[3]公共云: https://www.redhat.com/zh/topics/cloud-computing/what-is-public-cloud

[4]私有云: https://www.redhat.com/zh/topics/cloud-computing/what-is-private-cloud

[5]混合云: https://www.redhat.com/zh/topics/cloud-computing/what-is-hybrid-cloud

[6]cgroup: https://zh.wikipedia.org/wiki/Cgroups

[7]all in container: https://speakerdeck.com/jbeda/containers-at-scale

[8]Borg: http://blog.kubernetes.io/2015/04/borg-predecessor-to-kubernetes.html

[9]CNCF: https://www.cncf.io/

[10]开发服务代理: https://openservicebrokerapi.org/

本文分享自微信公众号 - 云原生生态圈(CloudNativeEcoSystem),作者:Marionxue

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原始发表时间:2020-06-12

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