K8s从入门到精通系列01-Kubernetes概述
一、容器编排工具
docker 官方编排工具
docker compose # 单机编排工具
docker swarm # 将多台 docker 提供的计算资源整合的接口,随后 docker compose 编排的时候只需要面向这个整合的接口进行编排就行,无论接口下有多少个主机。
docker mechine # 将一个主机初始化为一个能够加入 docker swarm 集群中的预置程序
mesos IDC 操作系统
IDC 操作系统,能将一个 IDC 提供的硬件资源,统一调度和分配,它只是一个资源分配工具,非能够直接托管容器的,所以它提供了以个能够直接编排框架,marathon。
kubernetes
目前最流行的容器编排工具,市场占有率最高
二、kubernetes
kubernetes 是希腊语,翻译过来是:舵手的意思,它的原型是谷歌内部使用 Borg 集群管理系统,可以说是集结了 Borg 设计思想的精华,并且吸收了 Borg 系统中的经验和教训。
它的目标不仅仅是一个编排系统,而是提供一个规范,可以让你来描述集群的架构,定义服务的最终状态,Kubernetes可以帮你将系统自动地达到和维持在这个状态。Kubernetes作为云原生应用的基石,相当于一个云操作系统,其重要性不言而喻。
kubernetes 在 2014 年发布了第一个版本,目前开源并托管在 Github 上。
https://github.com/Kubernetes
目前,AWS、阿里云、微软云,目前已经原生支持 K8S ,目前已经可以让用户直接部署云原生的服务。
有什么优势
- 基于 Borg 系统,设计成熟,开源、且轻量级,简单易学、容易理解;
- 模块化,可插拔,支持钩子,可任意组合,例如:网络组件 flannel,存储插件;
- 故障发现(存活性探针)和自我修复能力(副本数量)、服务滚动升级(就绪探针)和在线扩容(副本数量)密钥和配置管理;
- 可扩展的资源自动调度机制(多维度的水平自动扩容)、多粒度的资源配额管理能力(资源限制)。
三、环境架构
Kubernetes 是一个集群,整合多台计算机的计算能力,它是一种有中心节点模式的集群,在 K8S 集群中主要分为两种角色:
Master:集群的管理节点,有一个或者一组节点,一般 3 个足够了。
nodes:提供计算资源的节点,就是运行容器的节点,可以扩展。
客户端创建启动容器的请求交给 Master ,Master 上有一个调度器它能分析各 nodes 节点上的资源状态,找一个最适合运行用户容器的节点,并在这个节点上使用 Docker 启动这个容器,node 节点的 Docker 在启动容器时候会首先检查本地有没有镜像,如果没有就从仓库中 pull 然后运行。
那么仓库可以运行为容器,所以也可以托管在 Kubernetes 之上,其实 Kubernetes 可以托管自身,即自托管。
ApiServer
kubernetes 接收用户创建容器等请求的是 Kubernetes Cluster,那么它对外提供服务的接口就是一个 API 接口 ,这个接口需要编程来访问,或者通过编写好的客户端程序来访问,Kubernetes Master 上有一个组件就是 ApiServer,来接收客端请求,解析客户端请求,其主要功能包括认证授权、数据校验以及集群状态变更,以及负责其他模块直接的相互通讯和数据交互,只有api server才能操作etcd,其他模块想要获取数据需要通过api server提供的接口进行相关数据操作
Scheduler
scheduler watch apiserver,接受系统或用户请求是运行,如何要运行一个pod,那么 Master 会使用调度器(scheduler)根据请求来分配一个能够运行容器的 nodes 节点,例如:根据用户对资源要求,CPU、内存、来评估哪个 nodes 最合适运行。
大概的过程就是:首先是预选,从 nodes 中挑选出符合用户容器运行要求的,然后在这些预选结果中进行优选,选出最佳的适配 node。
Controller(控制器)
如果运行容器的节点宕机或者容器本身运行出现问题,kubernetes 能够在其他节点再启动一个一模一样的容器,这就是 Kubernetes 提供的自愈能力。
控制器就实现了监控它所负责的每一个容器的健康状态,一旦发现不健康了,那么控制器会向 Master 发送请求,Master 会再次由调度器挑选出合适的节点再次运行这个容器。
它能持续性探测所管理的容器,一旦不健康,或不符合用户定义的健康状态,就会由它发起来请求,来保证容器向用户希望的健康状态迁徙。
而 Kubernets 支持众多的控制器,支持容器健康的控制器只是其中一种。
ControllerManager(制器管理器)
在 Master 内置组件中有一个控制器管理器,它负责监视着每一个控制器,如果控制器不健康无法工作,那么由控制器管理器来确保控制器的健康,由于 Master 有多个,所以具有冗余性。
Pod(原子调度单元,是容器的封装)
在 Kubernetes 上调度的原子单元,Kubernetes 不直接调度容器,而是 Pod,Pod可以理解为容器的二次封装,可以由一个或者多个容器组成,多个容器共享同一个网络名称空间:NET、UTS、IPC。
同一个 POD 里的容器,还能共享同一个存储卷,存储卷可以属于 POD。
一般一个 POD 只运行一个容器,如果需要在POD放多个容器,那么一般有一个主容器,其他容器是为主容器提供服务的。
Node(工作节点)
提供计算资源的节点,就是运行 Pod 的主机,Kubenetes Cluster 统一管理所有的 node 节点的计算资源,当用户请求创建资源的时候,可以检查目前集群还有没有资源可以运行用户的容器,这实现了统一调度统一管理的一个平台。
Label(标签)
一个由 key = value 组成的标签,可以为 POD 打上一个标签。
Selecter(标签选择器)
集群中运行的众多 POD ,前面提到一个控制器可以管理若干个 POD ,那么控制器如何从集群中运行的所有 POD 中挑选出来自己需要管理的 POD 呢?
在创建一个 POD 的时候为 POD 打上一个标签,让程序可以通过这个标签来识别出来这个POD,还可以用来区分一组相同功能的POD,例如:创建四个nginx pod,可以给每个pod加一个 K/V类型的标签如:app=nginx,将来找出这四个 nginx pod,那么条件就是根据 拥有 key 为 app 的pod 并且 value 为 nginx 来挑出这组 POD。
标签不是 POD 唯一具有的机制,其他的组件同样可以有标签。
四、架构和组件
Etcd
用于 Kubernetes 的后端数据存储,所有集群数据都存储在此处
Master 节点负责维护集群的目标状态,上面运行的主控组件有
kube-apiserver # 对外暴露了 Kubernetes API,它是的 Kubernetes 前端控制层,只有 API Server 会与 etcd 通信,其它模块都必须通过 API Server 访问集群状态
kube-controller-manager # 处理集群中常规任务,它是单独的进程,内部包含多个控制器,例如维护 POD 数量
kube-scheduler # 监视新创建的 Pod 为新创建的 POD 分配合适的 node 节点
Node 节点实际负责实施,也就是运行 POD 的节点,上面运行的组件有
kubelet # 节点自注册和节点状态更新,它监测已经分配给自己的 Pod,为 POD 准备卷,下载 POD 所需的 Secret,下载镜像并运行,进行生命周期探测,上报 POD 和节点状态
kube-proxy # 通过维护主机上的网络规则并执行连接转发,将 Kubernetes 提供的网络服务代理到每个节点上,实现了Kubernetes服务抽象
docker # 用于运行容器
插件
插件是增强集群功能的 Pod 和 Service,插件对象本身是受命名空间限制的,被创建于 kube-system 命名空间.
DNS
虽然其他插件并不是必需的,但所有 Kubernetes 集群都应该具有Cluster DNS,许多应用依赖于它,
为 Kubernetes 服务提供DNS记录