基本概念

Pod 与 Pod控制器

Pod

  • pod是k8s能够运行的最小逻辑单元
  • 一个pod里面可以运行多个容器
  • 一个pod内 多个容器之间 共享 UTS（主机和域名）、NET（网络设备、端口等）、IPC（信号量、消息队列、共享内容等），但是 文件系统和进程编号依旧是隔离的（PID、mount）
  • 可以将Pod理解成豌豆荚，一个豌豆荚内有多个豌豆，豌豆就是docker容器
  • 一个Pod里运行多个容器，又叫：边车（SideCar）模式，SideCar 名词出现的较为频繁
  • 由于pod内共享uts、net、ipc的原因，pod不支持跨节点组合，一般来说一个主机只能有一个pod
  • pod可以单独启动而不依赖于pod控制器，这并不是必须的，pod控制器只是为了更好的管理pod，但在生产上强烈建议使用pod控制器管控pod它可以保证pod始终按照我们的意愿来管理整个生命周期及副本数量

    Pod控制器

    Pod控制器是pod启动的一种模板，用来保证在K8S里启动的Pod应始终按照人们的预期运行（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：

  • Deployment：工作在ReplicaSet之上，用于管理无状态应用，目前来说最好的控制器。支持滚动更新和回滚功能，还提供声明式配置。
  • DaemonSet：用于确保集群中的每一个节点只运行特定的pod副本，通常用于实现系统级后台任务。比如ELK服务
    • 特性：服务是无状态的
    • 服务必须是守护进程
  • ReplicaSet：代用户创建指定数量的pod副本数量，确保pod副本数量符合预期状态，并且支持滚动式自动扩容和缩容功能。
    • ReplicaSet主要三个组件组成：
      • 用户期望的pod副本数量
      • 标签选择器，判断哪个pod归自己管理
      • 当现存的pod数量不足，会根据pod资源模板进行新建
  • StatefulSet：管理有状态应用
  • Job：只要完成就立即退出，不需要重启或重建。

  • CronJob：周期性任务控制，不需要持续后台运行，

    Name 与 Namespace

    Name 名称

    由于K8S内部，使用资源来定义每一种功能，每一种资源都应该有自己的名称
    通过五个维度的信息来定义资源，每一种资源都有这五个信息：

    • API版本（apiVersion）
    • 类别（kind）
    • 元数据（metadata）
    • 定义清单（spec）
    • 状态（status）

Namespace 命名空间

命名空间，可以理解为K8S内部的虚拟集群组
不同命名空间的资源名称可以相同，相同命名空间内的同种资源名称不能相同

K8S里默认存在的命名空间有：Defeat、kube-system、kube-public等
查询K8S里特定资源 要带上命名空间

Label 与 Label 选择器

label 标签

用于分类管理资源对象 ，标签与资源是多对多的关系
标签的组成：key：value
与标签类似的 还有一种“注解” （annotations）
标签的值不能大于63个字节 并且只能是大小写字母或者是数字开头，只能包含-、_和.

label 选择器

给资源创建标签之后们可以使用标签选择器过滤指定的标签
选择器目前只有两个：基于等值关系和基于集合关系
许多资源支持内嵌字段：
matchLabels
matchExpressions

Service 与 Ingress

Service 服务

在K8S中，每个pod会被分配一个单独的IP地址，这个IP地址会随着Pod的销毁而消失（换句话来说就是IP资源的上限，决定了Pod的上限）
Service 就是用来解决这个问题的核心概念
一个Service 可以看作一组提供相同服务的Pod对外访问接口
Service 作用于那些Pod是通过标签选择器来定义的
Service 基于label选择器

Ingress

Ingress 是K8S集群里工作在OSI 网络参考模型下，第七层的应用，对外暴露的接口。
Service 只能进行L4（第四层：传输层）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
ingress 基于Service
如果提供类似HTTP以及HTTPS的资源 应该使用ingress 而不是Service

K8S的三条网络

  • 核心组件
    • 配置存储中心 etcd服务
    • 主控节点 master
      • kube-apiserver服务
      • kube-controller-manager服务
      • kube-scheduler服务

运算节点的资源损耗和剩余、负载情况、数据位置等信息由节点本身汇报存储在etcd，scheduler 通过评估这些资源 负载 等各个因素进行判断，确保满足场景需求的同时将Pod分配到最优节点，kube-scheduler 影响着kubernetes集群的可用性与性能，pod数量越多 集群的调度能力越重要

  1.      - 主要功能是接收调度pod到适合的运算节点上
  2.      - 预算策略

输入是所有节点，输出是满足预选条件的节点。kube-scheduler根据预选策略过滤掉不满足策略的Nodes。例如，如果某节点的资源不足或者不满足预选策略的条件如“Node的label必须与Pod的Selector一致”时则无法通过预选。

  1.               1. 基于存储卷数量的判断<br />
  2.                  - MaxEBSVolumeCount：确保已挂载的EBS存储卷数量不超过设置的最大值（默认39），调度器会检查直接或及间接使用这种类型存储的PVC，累加总数，如果卷数目超过设最大值限制，则不能调度新Pod到这个节点上。<br />
  3.                  - MaxGCEPDVolumeCount：同上，确保已挂载的GCE存储卷数量不超过预设的最大值（默认16）。<br />
  4.                  - MaxAzureDiskVolumeCount：同上，确保已挂载的Azure存储卷不超过设置的最大值（默认16）。<br />
  5.               2. 基于资源压力状态的判断<br />
  6.                  - CheckNodeMemoryPressure：判断节点是否已经进入到内存压力状态，如果是则只允许调度内存为0标记的Pod。<br />
  7.                  - CheckNodeDiskPressure：判断节点是否已经进入到磁盘压力状态，如果是，则不能调度新的Pod。<br />
  8.               3. 基于卷冲突的判断<br />
  9.                  - NoDiskConflict：卷冲突判断，即如果该节点已经挂载了某个卷，其它同样使用相同卷的Pod将不能再调度到该节点。<br />
  10.                  - NoVolumeZoneConflict：对于给定的某块区域，判断如果在此区域的节点上部署Pod是否存在卷冲突。<br />
  11.                  - NoVolumeNodeConflict：对于某个指定节点，检查如果在此节点上部署Pod是否存在卷冲突。<br />
  12.               4. 基于约束关系的判断<br />
  13.                  - MatchNodeSelector：检查节点标签（label）是否匹配Pod指定的nodeSelector，是则通过预选。<br />
  14.                  - MatchInterPodAffinity：根据Pod之间的亲和性做判断。<br />
  15.                  - PodToleratesNodeTaints：排斥性关系，即判断Pod不允许被调度到哪些节点。这里涉及到两个概念Taints（污点）和Toleration（容忍）。Node可以定义一或多个Taint，Pod可以定义一或多个Toleration，对于具有某个Taint的节点，只有遇到能容忍它的（即带有对应Toleration的）Pod，才允许Pod被调度到此节点，从而避免Pod被分配到不合适的节点。<br />
  16.               5. 基于适合性的判断<br />
  17.                  - PodFitsResources：检查节点是否有足够资源（如CPU、内存、GPU等）满足Pod的运行需求。<br />
  18.                  - PodFitsHostPorts：检查Pod容器所需的HostPort是否已被节点上其它容器或服务占用。如果已被占用，则禁止Pod调度到该节点。<br />
  19.                  - PodFitsHost：检查Pod指定的NodeName是否匹配当前节点。<br />
  21.      - 优选策略

输入是预选阶段筛选出的节点，优选会根据优先策略为通过预选的Nodes进行打分排名，选择得分最高的Node。例如，资源越富裕、负载越小的Node可能具有越高的排名。

  • 运算节点 node
    • kube-kubelet服务
    1. kubelet 主要定时获取pod 期望的运行状态，并调用对应的容器平台接口达到这个状态。
    2. 定时汇报当前节点的状态给apiservier由apiserver 写入etcd，以供调度的时候使用。
    3. 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
    • kube-proxy服务
      K8S每个节点上运行网络代理，service资源的载体

将pod网络和集群网络相互打通 猜测使用vpn技术，具体给pod分配网络ip 由kubelet负责
常用三种流量调度模式

  1.      1. Userspace  废弃
  2.      1. Iptables  濒临废弃
  3.      1. Ipvs  推荐

负责建立和删除、更新调度规则，通知apiserver自己的更新，或者从apiserver哪里获取其它kube-proxy的调度规则变化来更新自己

  • CLI客户端 kubectl

  • 核心附件

    • CNI网络插件 flannel、calico
    • 服务发现插件 coredns
    • 服务暴露插件 traefik
    • GUI管理插件 Dashboard