k8s介绍

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 这个名字源于希腊语,意为“舵手”或“飞行员”。k8s 这个缩写是因为 k 和 s 之间有八个字符的关系。 Google 在 2014 年开源了 Kubernetes 项目。

k8s目标实施让部署容器化应用更加简洁和高效

应用部署的发展

传统部署 -> 虚拟化部署时代 -> 容器部署时代

k8s学习1-k8s概念_应用程序

  • 传统部署时代:早期,组织在物理服务器上运行应用程序。无法为物理服务器中的应用程序定义资源边界,这会导致资源分配问题。例如,如果在物理服务器上运行多个应用程序,则可能会出现-一个应用程序占用大部分资源的情况,结果可能导致其他应用程序的性能下降。–种解决方案是在不同的物理服务器上运行每个应用程序,但是由于资源利用不足而无法扩展,并且组织维护许多物理服务器的成本很高。
  • 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,因为一一个应用程序的信息不能被另一应用程序自由地访问。因为虚拟化可以轻松地添加或更新应用程序、降低硬件成本等等,所以虚拟化可以更好地利用物理服务器中的资源,并可以实现更好的可伸缩性。每个VM是一台完整的计算机,在虚拟化硬件之上运行所有组件,包括其自己的操作系统。
  • 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。

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:

  • 敏捷应用程序的创建和部署:与使用VM镜像相比,提高了容器镜像创建的简便性和效率。
  • 持续开发、集成和部署:通过简单的回滚(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。
  • 关注开发与运维的分离:在构建/时而不是在部署时创建应用程序容器镜像,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的运行状况和其他指标信号。
  • 跨开发、测试和生产的环境一致性:在便携式计算机上与在云中相同地运行。
  • 云和操作系统分发的可移植性:可在Ubuntu、RHEL、RHEL、CoreOS、本地、Google Kubernetes Engine和其它任何其它地方运行。
  • 以应用程序为中心的管理:提高抽象级别,从在虚拟硬件上运行OS到使用逻辑资源在OS上运行应用程序。
  • 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器体运行。
  • 资源隔离:可预测的应用程序性能。
k8s功能

1.自动装箱

基于容器对应用运行环境的资源配置要求自动部署应用容器

2.自我修复(自愈)

当容器失败时,会对容器进行重启。

当所部署的Node节点有问题时,会对容器进行重新部署和重新调度,在其他节点重新部署一个。

当容器未通过监控检查时,会关闭此容器直到容器正常运行时,才会对外提供服务。重新调度的容器完全启动之后才会对外提供服务。

3.水平扩展

通过简单的命令、用户UI界面或基于CPU等资源使用情况,对应用容器进行规模扩大或规模减少。根据业务情况进行扩大或减少。

4.服务发现

用户不需使用额外的服务发现机制,就能够基于Kubernetes 自身能力实现服务发现和负载均衡,具有一个统一的入口,由这个统一的入口对服务进行调度。

k8s学习1-k8s概念_服务器_02

5.滚动更新

可以根据应用的变化,对应用容器运行的应用,进行一次性或批量式更新,每一次更新一个,当更新的应用能够正常提供服务,才更新下一个。

6.版本回退

可以根据应用部署情况,对应用容器运行的应用,进行历史版本即时回退。

7.密码配置管理

在不需要重新构建镜像的情况下,可以部署和更新密钥和应用配置,类似热部署。

8.存储编排

自动实现存储系统挂载及应用,特别对有状态应用实现数据持久化非常重要,

存储系统可以来自于本地目录、网络存储(NFS、Gluster、Ceph 等)、公共云存储服务。

9.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。

k8s架构组件

集群架构

k8s学习1-k8s概念_容器_03k8s学习1-k8s概念_容器_04k8s架构主要包含两部分:Master(主控节点)和 node(工作节点)

主控节点(Master)

  • kube-apiserver
    集群统一入口,以restful风格进行操作,同时交给etcd存储。
  • etcd
    etcd 是兼具一致性和高可用性的键值数据库,用于保存 Kubernetes 集群的相关数据。
  • kube-scheduler
    用于节点的调度,选择node节点应用部署
  • 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。这些控制器包括:
  • 节点控制器(Node Controller): 负责在节点出现故障时进行通知和响应
  • 任务控制器(Job controller): 监测代表一次性任务的 Job 对象,然后创建 Pods 来运行这些任务直至完成
  • 端点控制器(Endpoints Controller): 填充端点(Endpoints)对象(即加入 Service 与 Pod)
  • 服务帐户和令牌控制器(Service Account & Token Controllers): 为新的命名空间创建默认帐户和 API 访问令牌
  • cloud-controller-manager
    cloud-controller-manager 仅运行特定于云平台的控制回路。 如果你在自己的环境中运行 Kubernetes,或者在本地计算机中运行学习环境, 所部署的环境中不需要云控制器管理器。

工作节点(Node)

node节点组件在每个节点上运行,维护运行的 Pod 并提供 Kubernetes 运行环境。

  • kubelet
    master派到node节点代表,管理本机容器,它保证容器(containers)都 运行在 Pod 中。
    kubelet 接收一组通过各类机制提供给它的 PodSpecs,确保这些 PodSpecs 中描述的容器处于运行状态且健康。 kubelet 不会管理不是由 Kubernetes 创建的容器。
  • kube-proxy
    提供网络代理,负载均衡等操作
  • 容器运行时(Container Runtime)
    容器运行环境是负责运行容器的软件。
    Kubernetes 支持多个容器运行环境: Docker、 containerd、CRI-O 以及任何实现 Kubernetes CRI (容器运行环境接口)。
k8s核心概念

Pod

  • Pod是K8s中最小的单元
  • 一组容器的集合
  • 共享网络【一个Pod中的所有容器共享同一网络】
  • 生命周期是短暂的

Volume

  • 声明在Pod容器中可访问的文件目录
  • 可以被挂载到Pod中一个或多个容器指定路径下
  • 支持多种后端存储抽象【本地存储、分布式存储、云存储】

Controller

  • 确保预期的pod副本数量【ReplicaSet】
  • 无状态应用部署【Deployment】
  • 无状态就是指,不需要依赖于网络或者ip
  • 有状态应用部署【StatefulSet】
  • 有状态需要特定的条件
  • 确保所有的node运行同一个pod 【DaemonSet】
  • 一次性任务和定时任务【Job和CronJob】

Deployment

  • 定义一组Pod副本数目,版本等
  • 通过控制器【Controller】维持Pod数目【自动回复失败的Pod】
  • 通过控制器以指定的策略控制版本【滚动升级、回滚等】

Service

  • 定义一组pod的访问规则
  • Pod的负载均衡,提供一个或多个Pod的稳定访问地址
  • 支持多种方式【ClusterIP、NodePort、LoadBalancer】
    可以用来组合pod,同时对外提供服务

Label

label:标签,用于对象资源查询,筛选

Namespace

命名空间,逻辑隔离

  • 一个集群内部的逻辑隔离机制【鉴权、资源】
  • 每个资源都属于一个namespace
  • 同一个namespace所有资源不能重复
  • 不同namespace可以资源名重复

API

我们通过Kubernetes的API来操作整个集群

同时我们可以通过 kubectl 、ui、curl 最终发送 http + json/yaml 方式的请求给API Server,然后控制整个K8S集群,K8S中所有的资源对象都可以采用 yaml 或 json 格式的文件定义或描述。