【K8S 系列】k8s 学习一，Kubernetes 基本介绍及核心组件

Kubernetes 基本介绍及核心组件

Kubernetes 概述

官网：：https://kubernetes.io/

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

学习资料（语言可以自由切换）：https://www.kubernetes.org.cn/k8s

kubernetes 有什么由来？

最开始是谷歌公司内部使用的 Borg 系统，后面使用 Golang 重写并捐献给 CNCF 基金会开源了

kubernetes 重要的作用？

kubernetes 是一个开源的容器编排框架工具，有着极其丰富的生态资源

学习 kubernetes 的意义？

解决单机裸跑 docker 的若干痛点

为什么 kubernetes 叫做 K8S ？

因为 k 到 s 之间 有 8个字母， 因此叫做 K8S

kubernetes 有什么优势？

• 可自动装箱，可水平扩展，可自我修复
• 有服务发现和负载均衡
• 可集中化配置管理和秘钥管理
• 可存储编排
• 可任务批处理运行
• 可自动发布和回滚 等等

此处的自动发布默认是滚动发布模式

自动发布模式有如下 4 种：

• 蓝绿发布
• 滚动发布 （kubernetes 默认发布方式）
• 灰度发布
• 金丝雀发布

kubernetes 的四组概念

Pod 和 Pod 控制器

Pod 是 K8S 里面的概念，

是 K8S 里面能够被运行的最小逻辑单元，也就是原子单元

1 个 Pod 里面可以运行多个 docker 容器，多个 docker 容器是共享 UTS命名空间，NE命名空间T，IPC命名空间的

K8S 里面称这种 1 个 Pod 里面可以运行多个 docker 容器的模式叫做 边车模式（SideCar）

这里顺便说一下 linux 里面的 6 种命名空间：

• UTS

主机名

• IPC

进程间通信

• PID

chroot进程树

• NS

挂载点

• NET

网络访问，包括接口

• USER

将本地的虚拟user-id映射到真实的user-id

Pod 控制器是 Pod 启动的一种模板，用来保证 K8S 里面启动的 Pod 能够始终按照人们的预期运行，例如副本数，生命周期，健康状态的检查等等

K8S 里面提供了多个 Pod 控制器，如下 6 种最为常见 Pod 控制器，具体使用的时候我们再详细的说明其作用和原理：

• Deployment

部署，为无状态服务而设计的，

• DaemonSet

DaemonSet保证在每个Node上都运行一个容器副本，常用来部署一些集群的日志、监控或者其他系统管理应用

• ReplicaSet

为无状态服务而设计，简称为RC，是复本控制器，主要作用是确保 Pod 以我们指定的副本数运行

Deployment 控制 ReplicaSet，ReplicaSet 控制 Pod

• StatefulSet

是为了解决有状态服务的一系列问题

• Job

负责批量处理短暂的一次性任务 (short lived one-off tasks)，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

即定时任务，就类似于Linux系统的crontab，在指定的时间周期运行指定的任务

其中 Deployment 和 DaemonSet 最为核心

Name 和 Namespace

Name 就是名称

在 K8S 里面，是用资源来定义每一种逻辑概念或者功能，每种资源就要有自己的名称，名称通常定义在资源的元数据里面

例如：

• 资源的 api 版本
• 类别 kind
• 元数据 metadata
• 定义清单 spec
• 状态 status 等配置文件

Namespace 就是命名空间

随着项目，人员，集群规模不断扩张，我们就需要一种能隔离 K8S 内部资源的方法，就会使用命名空间

• 我们可以理解命名空间就是内部的一个虚拟组
• 不同的命名空间里面的资源名字可以相同，相同的命名空间内的资源不能同名
• K8S 里面默认存在的命名空间有：
  • default
  • kube-system
  • kube-public
• 查询 K8S 里面特定的资源需要带上相应的命名空间

Lable 和 Label 选择器

Lable 就是标签

标签是 K8S 特色的管理方式，便于分类管理资源对象，有如下几个注意点：

• 标签的组成是 key=value 的形式
• 标签和资源是多对多的关系，一个标签可以有多个资源，一个资源也可以有多个标签
• 一个资源拥有多个标签的时候，可以实现不同维度的管理
• 有一种形式叫做注解，他与标签类似

根据官网的说明和解释

标签可以是 63 个字符以下，包含[a-z0-9A-Z]，还可以包含-，_，.

Label 选择器 就是可以对标签进行过滤，进行管理

标签选择器目前有两种：

• 基于等值关系（等于 或者 不等于）
• 基于集合关系（属于 或者 不属于）

许多的资源是支持内嵌标签选择器字段的

• matchLabels
• matchExpressions

Service 和 Ingress

k8s 有三大网络：

• Node 节点网络
• Pod 容器网络
• service 集群网络

K8S 面对一个问题，K8S 里面的每个 Pod 都会分配一个单独的 IP 地址，但是这个地址会随着 Pod 的销毁而消失

K8S 就有专门的 Service 服务来处理这个问题

• 一个 Service 服务可以看作一组提供相同服务的 Pod 对外访问的接口
• 然而 Service 作用与哪些 Pod ，这是通过标签选择器来定义的

Ingress 就是 K8S 里面网络模型下第 7 层的应用，他是对外暴露接口的

• service 只能进行在第 4 层上面进行流量调度，咱们能够看到的表现形式是 ip + port
• Ingress 就比较强大，他可以调度不同业务域，还可以调度不同 URL 访问路径的业务流量

K8S 的组成

K8S 逻辑架构图，该图来源于网络

图中涉及到的模块，下面会逐个提到

CLI 客户端 1 个

• kubectl

核心附件有如下 4 个：

• CNI 网络插件 - flanel /calico
• 服务发现插件 - coredns
• 服务暴露插件 - traefik
• GUI 管理插件 - Dashboard

核心组件

配置存储中心 使用的是 ETCD 服务

主控节点（master）有如下 3 个：

• kube-apiserver 服务

是整个 K8S 的大脑

他的作用非常强大，有如下 4 个主要的功能

1、提供集群管理的 RESTFUL API 接口，这里面包括鉴权，数据校验及集群状态变更等

2、负责其他模块之间的数据交互，承担通信枢纽的功能所有组件的交互都需要通过 apiserver

3、apiserver 是资源控制的入口

4、apiserver 提供完备的安全机制

• kube-controller-manager 服务

就是用来管理控制器的 ， 它由一系列控制器组成，所有的控制器都依赖于 kube-controller-manager ，通过 apiserver 监控整个集群的状态，并确保他们都处于预期的工作，例如

1、Node 控制器

2、Deployment 控制器

3、service 控制器

4、Volume 控制器

5、Endpoint 控制器

6、Garbage 控制器

7、Namespace 控制器

8、Job 控制器

9、Resource quta 控制器 等等

• kube-schedule 服务

主要就是接收调度 Pod 到合适的节点上面，他有 2 个策略：

1、预算策略（predict）

2、优选策略（priorities）

运算节点有如下 2 个：

• kube-kubelet 服务

kubelet 主要就是定时从某处节点上获取 Pod 的期望状态，并调用对应的 docker 接口来达到这个状态

此处的期望状态有这些：

运行的容器，副本数量，网络如何配置，存储如何配置等等

1、kubelet 会定时汇报当前节点的状态给到 apiserver，用于之后调度使用

2、kubelet 还做镜像和容器的清理工作，保证节点的镜像不会占满磁盘空间

• kube-proxy 服务

kube-proxy 就是一个 K8S 上运行网络的代理，service 服务资源的载体

1、kube-proxy 可以建立 Pod 网络和集群网络的关系 （clusterip -> podip）

2、kube-proxy 负责建立、删除和更新调度规则，通知 apiserver 自身更新，或者从 apiserver 获取调度规则，更新 kube-proxy 自身

kube-proxy 常用的三种流量调度模式：

• Userspace
• Iptables
• Ipvs

K8S 集群网络图示例

一般主控节点可以揉在一起部署，主控节点和 Pod 节点，逻辑上是分开的，物理上实际上是可以部署在一起，主控节点一般部署 2 个

例如可以这样高可用部署，

etcd 一般部署奇数个，例如1、3、5、7等等，因为其中一个 etcd 挂了，会通过选举投票的方式来选举下一个 etcd 作为主，若部署的是偶数个 etcd 就无法选举出结果

其中 Proxy 代理 四层网络和七层网络，分别主要是代理 apiserver 和 ingress 应用

参考资料：

kubernetes docs

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