Kubernetes-----基础概念及架构分析

前言

  • Kubernetes 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 拥有一个庞大且快速增长的生态系统。Kubernetes 的服务、支持和工具广泛可用。
  • 名称 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。

一、Kubernetes是什么

  • Kubernetes是Google在2014年开源的一个容器集群管理系统,Kubernetes简称K8S。
  • K8S用于容器化应用程序的部署,扩展和管理。
  • K8S提供了容器编排,资源调度,弹性伸缩,部署管理,服务发现等一系列功能。
  • Kubernetes目标是让部署容器化应用简单高效。

官方网站:http://www.kubernetes.io

二、Kubernetes特性

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,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、U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

  • K8S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,将回滚更改,确保升级不受影响业务。

服务发现和负载均衡

  • K8S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。

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。并可以将一些常用的配置存储在K8S中,方便应用程序使用。

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AWNS),还是网络存储(如NFS、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。

批处理

  • 提供一次性任务,定时任务;满足批量数据处理和分析的场景。

三、Kubernetes集群架构与组件

Kubernetes-----基础概念及架构分析_第1张图片

3.1、Master组件

① kube-apiServer(核心组件)

  • Kubernetes API,集群的统一吐口,各组件协调者,以RESTful api 提供接口服务,所有的对象资源的增删改查和监听操作都是叫给APIServer处理后再提交给Etcd存储

② 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ControllerManaager就是负责管理这些控制器的

③ 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,可以再部署再同一个节点上,也可以部署再不同的节点上。

④ 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

3.2、Node节点组件

① kublet

  • 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

② 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。

③ docker或rocket

  • 容器引擎,运行容器

3.3、Add-ons 附加组件

  • kube-dns:负责为整个集群提供DNS服务;
  • Ingress Controller:为服务提供外网入口;
  • Heapster:提供资源监控;
  • Dashboard:提供GUI;
  • Federation:提供跨可用区的集群;
  • Fluentd-elasticsearch:提供集群日志采集、存储与查询

四、单节点架构工作流程

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4.1、 流程详解

  • 假设用户需创建 nginx资源(网站/调度)
  • 请求发送至master 首先需要经过apiserver(资源控制请求的唯一入口)
  • apiserver 接收到请求后首先会先记载在Etcd中
  • Etcd的数据库根据controllers manager(控制器) 查看创建的资源状态(有无状态化)
  • 通过controllers 触发 scheduler (调度器)
  • scheduler 通过验证算法 验证架构中的nodes节点,筛选出最适合创建该资源,接着分配给这个节点进行创建
  • node节点中的kubelet 负责执行master给与的资源请求,根据不同指令,执行不同操作
  • 对外提供服务则由kube-proxy开设对应的规则(代理)
  • container 容器开始运行(runtime 生命周期开始计算)
  • 外界用户进行访问时,需要经过kube-proxy 访问到container
  • 如果container 因故障而被销毁了,master节点的controllers 会再次通过scheduler 资源调度通过kubelet再次创建容器,恢复基本条件限制

五、Kubernetes 核心概念

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1、Pod

  • ① 最小部署单元
  • ② 一组容器的集合
  • ③ 一个Pod中的容器共享网络命名空间(可以理解在同一个局域网)
  • ④ Pod 是短暂的(有生命周期)

2、Controllers

  • ① ReplicaSet:确保预期的Pod副本数量(参数,可进行设置)
  • ② Deployment:无状态应用(例如:web、nignx、apache、tomcat)
  • ③ StatefulSet:有状态应用部署
  • ④ DaemonSet:确保所有的Node运行同一个Pod(把所有的Node设置为同一个命名空间)
  • ⑤ Job:一次性任务(类比linux:at)
  • ⑥ Cronjob:定时任务(类比linux:crontab)

3、Service

  • ①防止Pod失联
  • ②定义一组Pod访问的策略(主要作用)
  • ③确保每个Pod之间的独立性(安全)

4、Label

  • ①标签,附加到某个资源上,用于关联对象、查询和筛选

5、Namespaces

  • ①命名空间,将对象逻辑上隔离

6、Annotations

  • ①注释

总结

本次对k8s的基础概念进行了介绍,后面会有单点集群部署哦!

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