功能定义以及应用场景

Kubernetes是谷歌开源的容器集群管理系统，是Google多年大规模容器管理技术Borg的开源版本。Kubernetes的发展非常迅速，已经成为容器编排领域的领导者。
主要功能包括：

  • 基于容器的应用部署、维护和滚动升级
  • 负载均衡和服务发现
  • 跨机器和跨地区的集群调度
  • 自动伸缩
  • 无状态服务和有状态服务
  • 广泛的 Volume 支持
  • 插件机制保证扩展性
  • 存储系统挂载
  • 提供认证和授权

Kubernetes应用场景：

  • 私有PaaS平台
  • 云原始基础架构
  • 容器编排和管理工具
  • 微服务

核心组件

  1. kube-apiserver，资源操作的唯一入口，提供认证，授权，访问控制、API注册和服务发现等机制
  2. ETCD是kubernetes提供默认的存储系统，保存集群状态等数据
  3. kube-controller-manager管理控制器，集中处理常规任务的后台线程，以及负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等
    1. 节点控制器
    2. 副本控制器
    3. 端点控制器，填充endpoints对象（即链接service&pods）
  4. kube-scheduler监视新创建没有分配到Node的pod，按照预定的调度策略为pod选择node
  5. kubelet负责维护容器的生命周期、Volume（CVI）和网络（CNI）的管理
  6. kube-proxy 负责为 Service 提供 cluster 内部的服务发现和负载均衡

初识kubernetes - 图1

基本概念

Container

Container（容器）是一种便携式、轻量级的操作系统级虚拟化技术。它使用 namespace 隔离不同的软件运行环境，并通过镜像自包含软件的运行环境，从而使得容器可以很方便的在任何地方运行。

Pod

Kubernetes 使用 Pod 来管理容器，每个 Pod 可以包含一个或多个紧密关联的容器。

Pod 是一组紧密关联的容器集合，它们共享 PID、IPC、Network 和 Namespace，是 Kubernetes 调度的基本单位。Pod 内的多个容器共享网络和文件系统，可以通过进程间通信和文件共享这种简单高效的方式组合完成服务。

在 Kubernetes 中，所有对象都使用 manifest（yaml 或 json）来定义，比如一个简单的 nginx 服务可以定义为 nginx.yaml，它包含一个镜像为 nginx 的容器：

  1. apiVersion: v1
  2. kind: Pod
  3. metadata:
  4.   name: nginx
  5.   labels:
  6.     app: nginx
  7. spec:
  8.   containers:
  9.   - name: nginx
  10.     image: nginx
  11.     ports:
  12.     - containerPort: 80

但是通过k8s的可视化管理rancher，我们可以更简单的手动在rancherUI界面上进行部署。rancher会帮我们生成部署服务所需的yaml文件。

Namespace

命名空间（namespace）是Kubernetes提供的组织机制，用于给集群中的任何对象组进行分类、筛选和管理。每一个添加到Kubernetes集群的工作负载必须放在一个命名空间中。

它可以将系统内部的对象划分为不同的项目组或用户组。常见的 pods, services, replication controllers 和 deployments 等都是属于某一个 namespace 的（默认是 default），而 node, persistentVolumes 等则不属于任何 namespace。

ReplicaSet

ReplicaSet资源是在Pod之上新创建的一层管理Pod的资源，支持动态伸缩Pod的数量，所以非常适合部署无状态服务；支持更新容器镜像版本，但是需要手动重启Pod中的容器才会使用最新版本镜像，已运行的pod中容器使用镜像版本不会更改。使用Deployment资源可以解决手动重启pod来更新版本问题。所以实际中使用ReplicaSet资源也不多。

Deployment

Deployment资源是在ReplicaSet之上新创建的一层用来管理ReplicaSet的资源，除了拥有ReplicaSet特性之外，还有自动更新版本、回滚、自定义更新策略功能。

Service

Service 是应用服务的抽象，通过 labels 为应用提供负载均衡和服务发现。匹配 labels 的 Pod IP 和端口列表组成 endpoints，由 kube-proxy 负责将服务 IP 负载均衡到这些 endpoints 上。

每个 Service 都会自动分配一个 cluster IP（仅在集群内部可访问的虚拟地址）和 DNS 名，其他容器可以通过该地址或 DNS 来访问服务，而不需要了解后端容器的运行。

在deployment中配置ReplicaSet，ReplicaSet控制Pod，这一整套，对外提供稳定可靠的Service。

初识kubernetes - 图2

Label

Label 是识别 Kubernetes 对象的标签，以 key/value 的方式附加到对象上（key 最长不能超过 63 字节，value 可以为空，也可以是不超过 253 字节的字符串）。

Label 不提供唯一性，并且实际上经常是很多对象（如 Pods）都使用相同的 label 来标志具体的应用。

Label 定义好后其他对象可以使用 Label Selector 来选择一组相同 label 的对象（比如 ReplicaSet 和 Service 用 label 来选择一组 Pod）。Label Selector 支持以下几种方式：

  • 等式，如 app=nginx 和 env!=production
  • 集合，如 env in (production, qa)
  • 多个 label（它们之间是 AND 关系），如 app=nginx,env=test