目录

一、Kubernetes概述

二、K8S的特性

三、K8S核心组件

3.1 Master组件

3.1.1 Kube-apiserver

3.1.2 Kube-controller-manager

3.1.3 Kube- scheduler

3.2 配置存储中心

3.3 Node 组件

3.3.1 Kubelet

3.3.2 Kube-Proxy

3.3.3 docker或rocket

四、Kubernetes 核心概念

4.1 Pod

4.1.1 Pod控制器

4.2 Label

4.2.1 Label选择器 (Label selector )

4.2.2 Service

4.2.3 Ingress

4.2.4 Name

4.2.5 Namespace

五、K8S创建pod流程

六、Kubernetes工作流程


一、Kubernetes概述

slsa 如何在kubernetes上使用 kubernetes selector_Server

 

kubernetes,简称K8s,是用8代替名字中间的8个字符“ubernete”而成的缩写。是一个开源的,用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用,Kubernetes的目标是让部署容器化的应用简单并且高效(powerful),Kubernetes提供了应用部署,规划,更新,维护的一种机制。

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。

K8S由google的Borg系统(博格系统,google内部使用的大规模容器编排工具)作为原型,后经Go语言延用Borg的思路重写并捐献给CNCF基金会开源。

Kubernetes 这个名字源于希腊语,意为“舵手”或“飞行员”。
 

官网:  
https://kubernetes.io

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

二、K8S的特性

特点:

  • 轻量级
    一些解释性语言:例如Python/JavaScript / Perl /Shell,效率较低,占用内存资源较多使用go语言——》编译型语言,语言级别支持进程管理,不需要人为控制,所以以go开发的资源消耗占用资源小
  • 开源
  • 自我修复(控制器控制pod,保证pod可以维持我们所期望的副本数量3)
    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。
    对异常状态的容器进行重启或重建(先删除、再创建),目的是保证业务线不中断
  • 弹性伸缩
    Yml --> 阈值 cpu使用率 > 80% ——》触发扩容pod (CPU使用上限,docker-cgroup k8s —> 1、limit 2、configmap-配置文件 )
    使用命令、UI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。
    伸缩——》扩容和缩容(节点 应用类型nginx)
    弹性——》人为只要指定规则,满足条件时,就会自动触发 扩容或缩容的操作
  • 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pod(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。
    使用IPVS(章文嵩)框架—>“替代”iptables
  • 机密和配置管理(secret——》安全/认证加密性的数据 )
    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AWS),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(job),定时任务(crontab);满足批量数据处理和分析的场景
    K8S 目标是为了让部署容器化应用、管理容器集群资源更加简单高效

三、K8S核心组件

3.1 Master组件

3.1.1 Kube-apiserver

  • 用于暴露Kubernetes API, 任何资源请求或调用操作都是通过kube-apiserver 提供的接口进行。以HTTP Restful API提供接口服务,所有对象资源的增删改查和监听操作都交给API Server 处理后再提交给Etcd存储。
  • 可以理解成API Server是K8S的请求入口服务。API Server 负责接收K8S所有请求(来自UI界面或者CLI命令行工具),然后根据用户的具体请求,去通知其他组件干活。可以说API Server是K8S集群架构的大脑。

3.1.2 Kube-controller-manager

  • 运行管理控制器,是K8S集群中处理常规任务的后台线程,是K8S集群里所有资源对象的自动化控制中心。
  • 在K8S集群中,一个资源对应一个控制器,而Controllermanager就是负责管理这些控制器的。
  • 由一系列控制器组成,通过APIserver监控整个集群的状态,并确保集群处于预期的工作状态,比如当某个Node意外宕机时,Controller
  • Manager会及时发现并执行自动化修复流程,确保集群始终处于预期的工作状态。

这些控制器主要包括

控制器

说明

NodeController(节点控制器)

负责在节点出现故障时发现和响应。

Replication Controller (副本控制器)

负责保证集群中一个RC (资源对象Replication Controller) 所关联的Pod副本数始终保持预设值。可以理解成确保集群中有且仅有N个Pod实例,N是RC中定义的Pod副本数量。

Endpoints Controller (端点控制器)

填充端点对象 (即连接Services 和Pods) ,负责监听 Service 和对应的Pod副本的变化。可以理解端点是一个服务暴露出来的访问点,如果需要访问一个服务,则必须知道它的endpoint

service Account & Token Controllers (服务帐户和令牌控制器)

为新的命名空间创建默认帐户和 API访问令牌。

ResourceQuotaController(资源配额控制器)

确保指定的资源对象在任何时候都不会超量占用系统物理资源。

Namespace Controller (命名空间控制器)

管理namespace 的生命周期。

Service Controller (服务控制器)

属于K8S集群与外部的云平台之间的一个接口控制器。

3.1.3 Kube- scheduler

是负贵资源调度的进程,根据调度算法为新创建的Pod选择一个合适的Node节点。

可以理解成K8S所有Node 节点的调度器。当用户要部署服务时,scheduler 会根据调度算法选择最合适的Node 节点来部署Pod。

预算策略(predicate)

优选策略(priorities)

API Server 接收到请求创建一批 Pod ,API Server 会让 Controller-manager 按照所预设的模板去创建 Pod,Controller-manager 会通过 API Server 去找 Scheduler 为新创建的 Pod 选择最适合的 Node 节点。比如运行这个 Pod 需要 2C4G 的资源,Scheduler 会通过预算策略在所有 Node 节点中挑选最优的。Node 节点中还剩多少资源是通过汇报给 API Server 存储在 etcd 里,API Server 会调用一个方法找到 etcd 里所有 Node 节点的剩余资源,再对比 Pod 所需要的资源,在所有 Node 节点中查找哪些 Node 节点符合要求。 如果都符合,预算策略就交给优选策略处理,优选策略再通过 CPU 的负载、内存的剩余量等因素选择最合适的 Node 节点,并把 Pod 调度到这个 Node 节点上运行。

3.2 配置存储中心

etcd

K8S的存储服务。etcd是分布式键值存储系统,存储了K8S 的关键配置和用户配置,K8S 中仅API Server才具备读写权限,其他组件必须通过apI Server 的接口才能读写数据

3.3 Node 组件

3.3.1 Kubelet

Node节点的监视器,以及与Master节点的通讯器。Kybelet 是Master节点安插在Node 节点上的“眼线”,它会定时向API Server 汇报自己

Node节点上运行的服务的状态,并接受来自Master节点的指示采取调整措施。

从Master 节点获取自己节点上Pod的期望状态(比如运行什么容器、运行的副本数量、网络或者存储如何配置等)直接跟容器引擎交互实现容器的生命周期管理,如果自己节点.上Pod的状态与期望状态不一致,则调用对应的容器平台接口(即docker的接口)达到这个状态。

管理镜像和容器的清理工作,保证节点上镜像不会占满磁盘空间,退出的容器不会占用太多资源。

3.3.2 Kube-Proxy

在每个Node节点上实现Pod网络代理,是Kubernetes service 资源的载体,负责维护网络规则和四层负载均衡工作。

负责写入规则至iptables、ipvs实现服务映射访问的。

Kube-Proxy本身不是直接给Pod 提供网络,Pod的网络是由Kubelet 提供的,Kube-Proxy 实际上维护的是虚拟的Pod集群网络。

Kube-apiserver通过监控Kube-Proxy 进行对Kubernetes Service 的更新和端点的维护。

在K8S集群中微服务的负载均衡是由Kube-proxy 实现的。Kube-proxy 是K8S集群内部的负载均衡器。它是一个分布式代理服务器,在K8S的每个节点上都会运行一个Kube-proxy 组件。

3.3.3 docker或rocket

容器引擎,运行容器,负责本机的容器创建和管理工作。

四、Kubernetes 核心概念

Kubernetes包含多种类型的资源对象: Pod、 Labelr Service、 Replication Controller 等。

所有的资源对象都可以通过Kubernetes 提供的kubect1 工具进行增、删、改、查等操作,并将其保存在etcd中持久化存储。

Kubernets其实是一个高度自动化的资源控制系统,通过跟踪对比etcd存储里保存的资源期望状态与当前环境中的实际资源状态的差异,来实现自动控制和自动纠错等高级功能。

4.1 Pod

Pod是Kubernetes创建或部署的最小/最简单的基本单位,一个Pod代表集群上正在运行的一个进程。

可以把Pod理解成豌豆荚,而同一Pod内的每个容器是一 颗颗豌豆。

一个Pod由一个或多个容器组成,Pod 中容器共享网络、存储和计算资源,在同一台Docker 主机上运行。

一个Pod里可以运行多个容器,又叫边车模式(sideCara) 模式。而在生产环境中一般都是单个容器或者具有强关联互补的多个容器组成一个Pod。

同一个Pod之间的容器可以通过localhost 互相访问,并且可以挂载Pod内所有的数据卷;但是不同的Pod之间的容器不能用localhost访问,也不能挂载其他Pod 的数据卷。

4.1.1 Pod控制器

Pod控制器是Pod启动的一种模版,用来保证在K8S里启动的Pod应始终按照用户的预期运行(副本数、生命周期、健康状态检查等)。

K8S内提供了众多的Pod控制器,常用的有以下几种

Deployment: 无状态应用部署。Deployment 的作用是管理和控制Pod和ReplicaSet, 管控它们运行在用户期望的状态中。

Replicaset: 确保预期的Pod 副本数量。ReplicaSet 的作用就是管理和控制Pod, 管控他们好好干活。但是,ReplicaSet 受控于Deployment。

可以理解成Deployment 就是总包工头,主要负责监督底下的工人Pod干活,确保每时每刻有用户要求 数量的Pod在工作。如果一旦发现某个工人Pod不行了,就赶紧新拉一个Pod 过来替换它。而ReplicaSet 就是总包工头手下的小包工头。从K8S 使用者角度来看,用户会直接操作Deployment 部署服务,而当Deployment 被部署的时候,K8S会自动生成要求的ReplicaSet 和Pod。用户只需要关心Deployment 而不操心Repl icaSet。资源对象Replication Controller 是ReplicaSet 的前身,官方推荐用Deployment 取代Replication Controller 来部署服务。

Daemonset: 确保所有节点运行同一类Pod, 保证每个节点.上都有一个此类Pod 运行,通常用于实现系统级后台任务。

tatefulset: 有状态应用部署

Job: 一次性任务。 根据用户的设置, Job管理的Pod把任务成功完成就自动退出了。

Cronjob: 周期性计划性任务

4.2 Label

标签,是K8S特色的管理方式,便于分类管理资源对象。

Label可以附加到各种资源对象上,例如Node、 Pod、 Service、 RC等,用于关联对象、查询和筛选。

一个Label 是一个key-value 的键值对,其中key与value 由用户自己指定。

一个资源对象可以定义任意数量的Label,同一个Label也可以被添加到任意数量的资源对象中,也可以在对象创建后动态添加或者删除。可以通过给指定的资源对象捆绑一个或多个不同的Label,来实现多维度的资源分组管理功能。

与Label 类似的,还有Annotation (注释),区别在于有效的标签值必须为63个字符或更少,并且必须为空或以字母数字字符( [a-z0-9A-Z] )开头和结尾,中间可以包含横杠(-)、下划线(_)、点(.)和字母或数字。注释值则没有字符长度限制。

4.2.1 Label选择器 (Label selector )

给某个资源对象定义一个Label, 就相当于给它打了一个标签;随后可以通过标签选择器(Label selector) 查询和筛选拥有某些Label的资源对象。

标签选择器目前有两种:基于等值关系(等于、不等于)和基于集合关系(属于、不属于、存在)。

4.2.2 Service

在K8S的集群里,虽然每个pod会被分配- -个单独的IP地址,但由于Pod是有生命周期的(它们可以被创建,而且销毁之后不会再启动),随时可能会因为业务的变更,导致这个IP地址也会随着Pod 的销毁而消失。

service就是用来解决这个问题的核心概念。K8S中的Service 并不是我们常说的“服务"的含义,而更像是网关层,可以看作一组提供相同服务的Pod的对外访问接口、流量均衡器。

Service作用于哪些Pod 是通过标签选择器来定义的。在K8S集群中,Service 可以看作一组提供相同服务的Pod 的对外访问接口。客户端需要访问的服务就是Service 对象。每个Service都有一个 ==固定的虚拟ip (这个ip也被称为Cluster IP) ==,自动并且动态地绑定后端的Pod, 所有的网络请求直接访问Service 的虚拟ip,Service 会自动向后端做转发。

Service除了提供稳定的对外访问方式之外,还能起到负载均衡( Load Balance) 的功能,自动把请求流量分布到后端所有的服务上,Service可以做到对客户透明地进行水平扩展(scale)。而实现service 这一功能的关键,就是kube-proxy。kube-proxy运行在每个节点上,监听API Server中服务对象的变化,

可通过以下三种流量调度模式:userspace(废弃)、iptables(濒临废弃)、ipvs(推荐,性能最好)来实现网络的转发。

Service是K8S服务的核心,屏蔽了服务细节,统一对外暴露服务接口,真正做到了“微服务”。比如我们的一个服务A,部署了3个副本,也就是3个Pod;对 于用户来说,只需要关注一个Service的入口就可以,而不需要操心究竞应该请求哪一个Pod。

优势非常明显:一方面外部用户不需要感知因为Pod上服务的意外崩溃、K8S重新拉起Pod 而造成的IP变更,外部用户也不需要感知因升级、变更服务带来的Pod替换而造成的IP变化。

4.2.3 Ingress

Service主要负责K8S集群内部的网络拓扑,那么集群外部怎么访问集群内部呢?这个时候就需要Ingress 了 。Ingress 是整个K8S集群的接入层,负责集群内外通讯。

Ingress 是K8S集群里工作在OSI网络参考模型下,第7层的应用,对外暴露的接口,典型的访问方式是http/https.

Service只能进行第四层的流量调度,表现形式是ip+port。Ingress则可以调度不同业务域、不同URL访问路径的业务流量。

比如:客户端请求http:/ /www. kgc. com:port —> Ingress —> Service —> Pod

4.2.4 Name

由于K8S 内部,使用“资源”来定义每一种逻辑概念(功能),所以每种“资源”,都应该有自己的“名称”。

“资源”有api 版本(apiversion) 、类别(kind)、元数据(metadata) 、定义清单(spec) 、状态(status) 等配置信息。

“名称”通常定义在“资源”的“元数据”信息里。在同一个namespace 空间中必须是唯一的。

4.2.5 Namespace

随着项目增多、人员增加、集群规模的扩大,需要一种能够逻辑.上隔离K8S 内各种“资源”的方法,这就是Namespace。

Namespace是为了把一个K8S集群划分为若干个资源不可共享的虚拟集群组而诞生的。

不同Namespace 内的“资源”名称可以相同,相同Namespace 内的同种“资源”,“ 名称”不能相同。

合理的使用K8S的Namespace,可以使得集群管理员能够更好的对交付到K8S里的服务进行分类管理和浏览。

K8S里默认存在的Namespace 有: default、 kube-system、 kube-public等。

查询K8S里特定“资源”要带上相应的Namespace。

五、K8S创建pod流程

slsa 如何在kubernetes上使用 kubernetes selector_开发语言_02

kubectl 创建一个Pod(在提交时,转化为json格式)

  1. 首先经过auth认证(鉴权),然后传递给api-server进行处理
  2. api-server 将请求信息提交给etcd
  3. scheduler和controller-manager 会watch(监听) api-server ,监听请求
  4. 在scheduler 和controller-manager监听到请求后,scheduler 会提交给api-server一个list清单——》包含的是获取node节点信息
  5. 此时api-server就会向etcd获取后端node节点信息,获取到后,被scheduler watch到,然后进行预选优选进行打分,最后将结果给与api-server
  6. 此时api-server也会被controller-manager watch(监听) controller-manager会根据请求创建Pod的配置信息(需求什么控制器)将控制器资源给与api-server
  7. 此时api-server 会提交list清单给与对应节点的kubelet(代理)
  8. kubelet代理通过K8S与容器的接口(例如containerd)进行交互,假设是docker容器,那么此时kubelet就会通过dockershim 以及runc接口与docker的守护进程docker-server进行交互,来创建对应的容器,再生成对应的Pod
  9. kubelet 同时会借助于metrics server 收集本节点的所有状态信息,然后再提交给api-server
  10. 最后api-server会提交list清单给与etcd来存储(最后api-server会将数据维护在etcd中)

简洁版

  1. 首先kubectl 转化为json后,向api-server 提交创建Pod请求
  2. api-server将请求信息记录在etcd中
  3. scheduler 监听api-server处理的请求,然后向api-server申请后端节点信息
  4. api-server 从etcd中获取后端节点信息后,给与scheduler
  5. scheduler 进行预选优选、打分,然后提交结果给api-server
  6. controller-manager 监听api-server处理的请求信息,并将所需的控制器资源给与api-server
  7. api-server 对接node节点的kubelet
  8. kubelet调用资源创建pod,并将统计信息返回给api-server
  9. api-server将信息记录在etcd中

六、Kubernetes工作流程

slsa 如何在kubernetes上使用 kubernetes selector_Pod_03

 

首先,运维人员使用kubectl命令行工具向API Server发送请求,API Server接收到请求后会写入到etcd中,API Server会让Controller-manager按照预设的模板去创建pod,Controller-manager通过API Server读取etcd中用户的预设信息,再通过API Server去找Scheduler可以为新创建的pod选择最合适的node节点。scheduler会通过API Server在etcd存储中心根据存储的node节点元信息、剩余资源等,用预选和优选策略选最优的node节点。

scheduler确定node节点后通过API Server交给这个node节点上的kubele进行pod资源的创建,kubele调用容器引擎交互创建pod,同时将pod监控信息通过API Server存储到etcd中。

用户访问时,通过kube-proxy负载、转发,访问相应的pod

决定创建pod清单的是Controller-manager控制器,而kubelet、容器引擎都是干活的