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Kubernetes概述

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1、编排工具

容器编排
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docker-compose    单机编排
docker swarm      容器集群编排
mesos + marathon
Kubernetes        *****
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应用编排
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ansible

2、作用

由于自动部署、扩展和管理”容器化（containerized）应用程序“的开源系统

是负责自动化运维管理多个容器化程序的集群，是一个生态极其丰富的容器编排框架工具 

官网:
https://Kubernetes.io
https://kubernetes.io/zh-cn/docs/home/  (国内网站)
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GitHub:
https://github.com/Kubernetes/Kubernetes

3、功能

  • 使用docker等容器技术对应用程序包装(package)、实列化(instantiate)、运行(run)

  • 以集群的方式运行、管理跨机器的容器。以集群的方式运行、管理跨机子的容器

  • 解决Docker跨机器容器之间的通讯问题。解决Docker跨机器容器之间的通信问题

  • k8s的自我修复机制使得容器集群总是运行在用户期望的状态

4、特性

4.1、弹性伸缩

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

4.2、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

4.3、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

4.4、自动发布（默认滚动发布模式）和回滚

K8S采用滚动更新策略更新应用，一次更新一个或者部分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，确保升级不影响业务

4.5、集中化配置管理和密钥管理

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

4.6、存储编排，支持外挂存储并对外挂存储资源进行编排

挂载外部存储系统，无论是来自本地存储，共有云（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

4.7、任务批处理运行

提供一次性任务、定时任务；满足批量数据处理和分析的常见

5、集群架构与组件

K8S是属于主从设备模型(Master-Slave 架构)，

即有Master节点负责集群的调度、管理和运维，Slave节点是集群中的运算工作负载节点。 

主节点:Master节点
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Master是整个集群的大脑，建议占据一个独立的服务器
如果Master所在节点宕机或不可用，那么所有的控制命令都将失效
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从节点:Worker Node节点
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每个Node都会被Master分配一些些工作负载。
当某个Node宕机时，其上的工作负载会被Master自动转移到其他节点上去。

5.1、Master组件

5.1.1、Kube—apiserver 

用于暴露Kubernetes API,任何资源请求或者调用操作都是通过Kube-apiserver提供的接口进行
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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。
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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。

5.1.2、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Controller manger就是负责管理这些控制器
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由一系列控制器组成，通过API server监控整个集群的状态，并确保集群处于预期的工作状态

5.1.3、Kube-scheduler 

是负责资源调度的进程，根据调度算法为新创建的Pod选择一个合适的Node节点
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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。
●预选策略 (predicate)
●优选策略 (priorities)

5.2、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

5.3、Node组件

5.3.1、Kubelet 

Node节点的监视器，以及与Master节点的通讯器。Kubelet 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。
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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。
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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。
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总结: 
在Kubernetes 集群中，在每个Node (又称Worker Node). 上都会启动一个kubelet服务进程。该进程用于处理Master下发到本节点的任务，管理Pod及Pod中的容器。每个kubelet 进程都会在API Server上注册节点自身的信息，定期向Master 汇报节点资源的使用情况，并通过cAdvisor监控容器和节点资源。

5.3.2、Kube-Proxy 

在每个Node节点主实现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。

5.3.3、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。

5.4、总结

master节点：
apiserver:所有服务访问的统一入口
crontroller manager :负责根据预设模块创建pod，维持pod等资源的副本期望数目
scheduler :负责调度pod,通过预选策略，优选策略选择最适合的Node节点分配Pod
etcd:分布式键值对数据库，负责存储k8s集群的重要信息（持久化）

worker node节点：
kubelet：跟apiserver通信汇报当前Node节点上的资源使用情况和状态，接收apiserver的指令，跟容器引擎交互，实现容器的生命周期管理
kube-proxy:在Node节点上实现pod的网络代理，维护网络规则和四层负载均衡工作，负载写入规则到iptables或ipvs实现服务的映射访问
docker引擎：运行容器，负责本机的容器创建和管理
首先运维人员发生一个请求，APIserver把用户的请求信息写入etcd数据库中
然后APIserver会找到crontroller manager创建pod，crontroller manager利用APIserver读取用户的预设模板，生成创建pod的清单
让APIserver找到scheduler调度pod，scheduler通过预选策略和优先策略，读取kubelet有关Node的情况，分配pod
kubelet找到对应节点的容器引擎，进行交互，创建pod，然后通过APIserver和scheduler沟通，数据写入etcd

用户通过防火墙互联网，访问kube-proxy所暴露的Ip端口，利用负载均衡找到pod,实现和容器的交互

6、核心概念

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

  • 所有的资源对象都可以通过Kubernetes 提供的kubectl 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。

6.1、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(SideCar)。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。

6.2、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)

6.3、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 由用户自已指定。
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。

6.4、Lable选择器

给某个资源对象定义一个label,就相当于给它打上一个标签；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(属子、不属手、存在)

6.5、Service

在K8S的集群里，虽然每个Pod会被分配一个单独的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。


6.6、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，负贵集群内外通讯。
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 ---> Server--->Pod

6.7、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)、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。

6.8、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是为了把一一个K8S集群划分为若千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: defpult、 kube-system、 kube-public 等。
查询K8S里特定“资源"要带上相应的Namespace。


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