基础架构

Kubernetes 是一个跨主机集群的 开源的容器调度平台，它可以自动化应用容器的部署、扩展和操作 , 提供以容器为中心的基础架构。

使用 Kubernetes, 您可以快速高效地响应客户需求:

  • 快速、可预测地部署您的应用程序
  • 拥有即时扩展应用程序的能力
  • 不影响现有业务的情况下，无缝地发布新功能
  • 优化硬件资源，降低成本

我们的目标是构建一个软件和工具的生态系统，以减轻您在公共云或私有云运行应用程序的负担。

Kubernetes 具有如下特点:

  • 便携性: 无论公有云、私有云、混合云还是多云架构都全面支持
  • 可扩展: 它是模块化、可插拔、可挂载、可组合的，支持各种形式的扩展
  • 自修复: 它可以自保持应用状态、可自重启、自复制、自缩放的，通过声明式语法提供了强大的自修复能力

集群有Master和Node节点，架构如下：
image.png
其中：

  • etcd 保存了整个集群的状态，就是一个数据库，只有API Server能与其通信；
  • apiserver 提供了资源操作的唯一入口，并提供认证、授权、访问控制、API 注册和发现等机制；
  • controller manager 负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等；
  • scheduler 负责资源的调度，按照预定的调度策略将 Pod 调度到相应的机器上；
  • kubelet 负责维护容器的生命周期，同时也负责 Volume（CSI）和网络（CNI）的管理；
  • Container runtime 负责镜像管理以及 Pod 和容器的真正运行（CRI）；
  • kube-proxy 负责为 Service 提供 cluster 内部的服务发现和负载均衡；

scheduler和controller-manager都是通过apiserver从etcd中获取各种资源的状态，进行相应的调度和控制操作。

除了上面的这些组件，还有一些第三方的组件：

  • 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

组件之间的关系：
从上面图可以看到所有组件均是通过API Server进行通信，所以API Server就是一个中枢神经，在生产中我们会把master部署为多节点，做高可用。
etcd主要是存储集群里的信息，比如集群状态，集群的各Node信息等，只有API能与其通信，所以我们也会把etcd做高可用，etcd是一个单独的组件，一个应用软件，做高可用建议是奇数节点，比如3，5等，节点不应过多，因为节点过多，节点之间的数据同步是会有一定的开销，影响集群的性能。
Schduler负责整个集群的调度，它通过API Server来检测Node上Pod的状态，然后会根据定义的策略来调度pod并绑定Node。
Controller manager负责pod的控制，常见的比如定义了一个Pod为replicaSet，然后因为某些原因当前pod挂掉了，这时候Controller manager就会为你在Node上重启该Pod。
kubelet是Node上的组件，它会检测Node上的Pod，并将其状态更新到API Server。
kube-proxy主要是负责代理转发，主要控制service，并将sevice状态更新到API Server。
kubectl是集群的管理组件，主要也是调用API Server，然后进行整个集群的管理。

高可用

Kubernetes 集群，在生产环境，必须实现高可用：

  1. 实现Master节点及其核心组件的高可用；
  2. 如果Master节点出现问题的话，那整个集群就失去了控制；

具体的 HA 示意图：
kubernertes-HA-arch.png

具体工作原理：

  • etcd 集群：etcd集群建议和主集群分开，3个节点允许一个容错，5个节点允许2个容错，根据实际情况进行选择
  • master集群： 对master节点来说一般3个节点就够了，主要需要我们做高可用的组件是apiserver，我们可以在前面做一个负载均衡器，比如加一个Nginx，Nginx还可以通过keepalived做高可用，工作节点和客户端通过这个负载均衡器（VIP）和apiserver进行通信
  • pod-master保证仅是主master可用，scheduler、controller-manager 在集群中多个实例只有一个工作，其他为备用