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人生苦短,我用k8s--------------Pod概念与Pod网络通讯方式详解

一、pod概念

Pod是kubernetes中你可以创建和部署的最小也是最简的单位。Pod代表着集群中运行的进程。 Pod中封装着应用的容器(数量大于等于1,docker最常用,也可使用其他的),存储、独立的网络IP,管理容器如何运行的策略选项。Pod代表着部署的一个单位:kubernetes中应用的一个实例,可能由一个或者多个容器组合在一起共享资源。

1、pod的种类

自主式pod 控制器管理的pod

2、pod网络

每个Pod都会被分配一个唯一的IP地址。Pod中的所有容器共享网络空间,包括IP地址和端口。Pod内部的容器可以使用localhost互相通信。Pod中的容器与外界通信时,必须分配共享网络资源(例如使用宿主机的端口映射)。

3、pod存储

可以为一个Pod指定多个共享的Volume。Pod中的所有容器都可以访问共享的volume。Volume也可以用来持久化Pod中的存储资源,以防容器重启后文件丢失。

4、使用pod

你很少会直接在kubernetes中创建单个Pod。因为Pod的生命周期是短暂的,用后即焚的实体。当Pod被创建后(不论是由你直接创建还是被其他Controller),都会被Kubernetes调度到集群的Node上。直到Pod的进程终止、被删掉、因为缺少资源而被驱逐、或者Node故障之前这个Pod都会一直保持在那个Node上。 Pod不会自愈。如果Pod运行的Node故障,或者是调度器本身故障,这个Pod就会被删除。同样的,如果Pod所在Node缺少资源或者Pod处于维护状态,Pod也会被驱逐。Kubernetes使用更高级的称为Controller的抽象层,来管理Pod实例。虽然可以直接使用Pod,但是在Kubernetes中通常是使用Controller来管理Pod的。

5、pod控制器类型

Kubernetes中内建了很多controller(控制器),这些相当于一个状态机,用来控制Pod的具体状态和行为

有如下几种类型:RC(ReplicationController),RS(ReplicaSet),Deployment,HPA(HorizontalPodAutoScale),StatefullSet,DaemonSet,Job,Cronjob

(1)RC (ReplicationController)

ReplicationController用来确保容器应用的副本数始终保持在用户定义的副本数,即如果有容器异常退出,会自动创建新的Pod来替代;而如果异常多出来的容器也会自动回收。 在新版本的 Kubernetes中建议使用 ReplicaSet来取代 ReplicationControlle

(2)RS (ReplicaSet)

ReplicaSet跟 ReplicationController没有本质的不同,只是名字不一样,但是ReplicaSet支持集合式的selector

(3)Deployment

虽然 ReplicaSet可以独立使用,但一般还是建议使用 Deployment来自动管理ReplicaSet,这样就无需担心跟其他机制的不兼容问题(比如 ReplicaSet不支持rolling-update(回滚更新)但 Deployment支持) Deployment为Pod和 ReplicaSet提供了一个声明式定义( declarative)方法,用来替代以前的ReplicationController来方便的管理应用。典型的应用场景包括 定义 Deployment来创建Pod和 ReplicaSet 滚动升级和回滚应用 扩容和缩容 暂停和继续 Deployment

(4)HPA

Horizontal Pod Autoscaling仅适用于 Deployment和 ReplicaSet,在V1版本中仅支持根据Pod的CPU利用率扩所容,在 V1alpha版本中,支持根据内存和用户自定义的 metric扩缩容

(5)StatefullSet

StatefulSet是为了解决有状态服务的问题(对应 Deployments和 ReplicaSets是为无状态服务而设计),其应用场景包括 稳定的持久化存储,即Pod重新调度后还是能访问到相同的持久化数据,基于PVC来实现 稳定的网络标志,即Pod重新调度后其 PodName和 HostName不变,基于 Headless Service(即没有 Cluster IP的 Service)来实现 有序部署,有序扩展,即Pod是有顺序的,在部署或者扩展的时候要依据定义的顺序依次依次进行(即从0到N1,在下一个Pod运行之前所有之前的Pod必须都是 Running和 Ready状态),基于 init containers来实现 有序收缩,有序删除(即从N-1到0)

(6)DaemonSet

DaemonSet确保全部(或者一些)Node上运行一个Pod的副本。当有Node加入集群时,也会为他们新增一个Pod。当有Node从集群移除时,这些Pod也会被回收。删除 DaemonSet将会删除它创建的所有Pod 使用 DaemonSet的一些典型用法: 运行集群存储 daemon,例如在每个Node上运行 glusterd、ceph 在每个Node上运行日志收集 daemon,例如 fluentd、 logstash 在每个Node上运行监控 daemon,例如 Prometheus Node Exporter

(7)Job,Cronjob

Job负责批处理任务,即仅执行一次的任务,它保证批处理任务的一个或多个Pod成功结束 CronJob管理基于时间的Job,即: 在给定时间点只运行一次 周期性地在给定时间点运行

6、服务发现

Kubernetes中为了实现服务实例间的负载均衡和不同服务间的服务发现,创造了Serivce对象,同时又为从集群外部访问集群创建了Ingress对象。

Kubernetes Service 定义了这样一种抽象:一个 Pod 的逻辑分组,一种可以访问它们的策略 —— 通常称为微服务。(通过一些标签与pod建立联系,且service有自己的IP地址和端口) client客户端通过访问service的IP地址和端口和RR(轮询算法)来访问到下面的pod。

二、网络通讯方式

Kubernetes的网络模型假定了所有Pod都在一个可以直接连通的扁平的网络空间中,这在GCE( Google Compute Engine)里面是现成的网络模型, Kubernetes假定这个网络已经存在。 而在私有云里搭建 Kubernetes集群,就不能假定这个网络已经存在了。我们需要自己实现这个网络假设,将不同节点上的 Docker容器之间的互相访问先打通,然后运行 Kubernetes

1、网络通讯模式

同一个Pod内的多个容器之间:lo(通过localhost回环地址) 各Pod之间的通讯:overlay Network (覆盖网络) Pod与 Service之间的通讯:各节点的 Iptables规则

2、K8S中网络层次说明

3、网络解决方案,通过Flannel访问

Flannel是CoreOS团队针对 Kubernetes设计的一个网络规划服务,简单来说,它的功能是让集群中的不同节点主机创建的 Docker容器都具有全集群唯一的虚拟IP地址。而且它还能在这些IP地址之间建立一个覆盖网络(overlay Network),通过这个覆盖网络,将数据包原封不动地传递到目标容器内

ETCD在这里的作用:为Flannel提供说明 存储管理 Flannel可分配的IP地址段资源 监控ETCD中每个Pod的实际地址,并在内存中建立维护Pod节点路由表

4、网络通讯方式总结

同一个Pod内部通讯

同一个Pod共享同一个网络命名空间,共享同一个 Linux协议栈

pod1和pod2通讯在同一台机器:

Pod1与Pod2不在同一台主机,Pod的地址是与 docker0在同一个网段的,但doke0网段与宿主机网卡是两个完全不同的IP网段,并且不同Node之间的通信只能通过宿主机的物理网卡进行。将Pod的IP和所在Node的IP关联起来,通过这个关联让Pod可以互相访问

pod1和pod2通讯–不在同一台机器:

Pod1与Pod2在同一台机器,由 Docker0网桥直接转发请求至Pod2,不需要经过 Flanne1 Pod至 Service的网络 目前基于性能考虑,全部为 iptables(现在版本都是通过LVS)维护和转发

Pod到外网

Pod向外网发送请求,查找路由表,转发数据包到宿主机的网卡,宿主网卡完成路由选择后, iptables执行 Masquerade,把源IP更改为宿主网卡的IP,然后向外网服务器发送请求

外网访问Pod

外网访问Pod通过Service

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