Kubernetes是容器集群管理系统，是一个开源的平台，可以实现容器集群的自动化部署、自动扩缩容、维护等功能。

官方文档：https://kubernetes.io/docs/home/
中文文档：http://docs.kubernetes.org.cn/



工作原理详解


原理图

k8s介绍 (图文) - 图1

工作原理描述：
1、用户通过kubectl或者API server的REST API接口，提交需要运行的docker容器(创建pod请求)；
2、api server将创建pod的相关请求数据存储到etcd(存储中心)中；
3、scheduler监听API server，查询还未分配的Node的Pod,然后根据调度策略为这些Pod分配节点；
4、kube-let则负责在所在的Node节点上接收主节点发来的指令，管理Pod以及Pod中的容器，并定时向master主节点汇报节点资源的使用情况以及容器的情况；
5、controller-manager 则通过api-service监控整个集群的状态，并确保集群处于预期的工作状态

基础概念：

将Docker应用于具体的业务实现，是存在困难的——编排、管理和调度等各个方面，都不容易。于是，人们迫切需要一套管理系统，对Docker及容器进行更高级更灵活的管理。 K8S，就是基于容器的集群管理平台，它的全称，是kubernetes。 一个K8S系统，通常称为一个K8S集群（Cluster）。 这个集群主要包括两个部分： 一个Master节点（主节点） 一群Node节点（计算节点） Master节点主要还是负责管理和控制。Node节点是工作负载节点，里面是具体的容器。 Master节点包括API Server、Scheduler、Controller manager、etcd。 API Server是整个系统的对外接口，供客户端和其它组件调用，相当于“营业厅”。 Scheduler负责对集群内部的资源进行调度，相当于“调度室”。 Controller manager负责管理控制器，相当于“大总管”。
Node节点包括Docker、kubelet、kube-proxy、Fluentd、kube-dns（可选），还有就是Pod。 Pod是Kubernetes最基本的操作单元。一个Pod代表着集群中运行的一个进程，它内部封装了一个或多个紧密相关的容器。 除了Pod之外，K8S还有一个Service的概念，一个Service可以看作一组提供相同服务的Pod的对外访问接口。Kubelet，主要负责监视指派到它所在Node上的Pod，包括创建、修改、监控、删除等。 Kube-proxy，主要负责为Pod对象提供代理。 Fluentd，主要负责日志收集、存储与查询。

1.ETCD[主节点安装] etcd服务是数据中心。用于持久化存储信息。要求高可用和数据一致性。即多部署几个master节点 存储哪些信息：k8s有本身的节点信息、组件信息、运行的pod、service都需要做持久化 2.kube-api-server[主节点安装] api-server提供集群管理的API接口，包括认证授权、数据校验、集群状态变更、其他模块之间的数据交互和通信 其他模块，都是通过api-server查询操作数据，也就是说只有api-server才能直接操作etcd 3.controllerManager[主节点安装] controllerManager是kubernetes的大脑，它通过api-service监控整个集群的状态，并确保集群处于预期的工作状态 组成：controller-manager是由 kube-controller-manager 和 cloud-controller-manager组成 kube-controller-manager是由 一系列控制器组成，Replication Controller控制副本、Node Controller节点控制、Deployment Controller管理deployment等等 cloud-controller-manager是在k8s启用Cloud provider的时候，需要用来配合云服务提供商的控制 4.Scheduler[主节点安装] kube-scheduler负责实现调度策略，分配调度Pod到集群内的节点上，它监听api-server,查询还未分配的Node的Pod,然后根据调度策略为这些Pod分配节点 5.Calico[所有节点安装] Calico实现了CNI接口，是kubernetes网络方案的一种选择。 Calico在每一个计算节点利用Linux Kernel实现了一个高效的vRouter来负责数据转发， 而每个vRouter通过BGP协议负责把自己上运行的workload的路由信息像整个Calico网络内传播——小规模部署可以直接互联，大规模下可通过指定的BGP route reflector来完成。 这样保证最终所有的workload之间的数据流量都是通过IP路由的方式完成互联的。 5.flannel[所有节点安装] kubernetes网络方案的另一种选择 6.kube-ctl[任意节点安装] kubectl是Kubernetes的命令行工具，是Kubernetes用户和管理员必备的管理工具。 kubectl提供了大量的子命令，方便管理Kubernetes集群中的各种功能。 7.kube-let[工作节点安装] kube-let就是会在每个工作节点上都运行一个kubelet服务进程，默认监听10250端口。 kube-let负责接收并执行master发来的指令，管理Pod以及Pod中的容器。 每个kubelet进程会在API Server上注册节点自身信息，定期向master节点汇报节点的资源使用情况，并通过cAdvisor监控节点和容器的资源。 8.kube-proxy[工作节点安装][对外] kube-proxy保证集群内的服务，可以被集群外访问到。 每台工作节点上都应该运行一个kube-proxy服务，它监听API server中service和endpoint的变化情况，并通过iptables等来为服务配置负载均衡，是让我们的服务在集群外可以被访问到的重要方式。 9.kube-dns[独立服务][对内] kube-dns保证集群内的服务，可以被集群内的pod互相访问到。 kube-dns为Kubernetes集群提供命名服务，主要用来解析集群服务名和Pod的hostname。目的是让pod可以通过名字访问到集群内服务。它通过添加A记录的方式实现名字和service的解析。普通的service会解析到service-ip。headless service会解析到pod列表。

k8s介绍 (图文) - 图2

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