1 应用部署方式的演变

1.1 应用部署方式的演变

在部署应用程序的方式上，主要经历了三个时代：
①传统部署：
- 互联网早期，会直接将应用部署在物理机上。
- 优点：简单，不需要其他的技术参与。
- 缺点：不能为应用程序定义资源的使用边界，很难合理的分配计算机资源，而且程序之间容易产生影响。
②虚拟化部署：
- 可以在一台物理机上运行多个虚拟机，每个虚拟机都是独立的一个环境。
- 优点：程序环境不会相互产生影响，提供了一定程序上的安全性。
- 缺点：增加了操作系统，浪费了部分资源。
③容器化部署：
- 和虚拟化类似，但是共享了操作系统。
- 优点：
  - ①可以保证每个容器拥有自己的文件系统、CPU、内存和进程空间等。
  - ②运行应用程序所需要的资源都被容器包装，并和底层基础架构解耦。
  - ③容器化的应用程序可以跨云服务商、跨Linux操作系统发行版进行部署。

容器化部署方式带来了很多的便利，但是也会带来一些问题，比如：
- 一旦容器故障停机了，怎么让另外一个容器立刻启动去替补停机的容器。
- 当并发访问量变大的时候，怎么做到横向扩展容器数量。
- ……
这些容器管理的问题统称为容器编排问题，为了解决这些容器编排问题，就产生了一些容器编排的软件：
- Swarm：Docker自己的容器编排工具。
- Mesos：Apache的一个资源统一管控的工具，需要和Marathon结合。
- Kubernetes：Google开源的容器编排工具。

Kubernetes，是一个全新的基于容器技术的分布式架构领先方案，是Google严格保密十几年的秘密武器—Borg系统的一个开源版本，于2014年9月发布第一个版本，2015年7月发布第一个正式版本。
Kubernetes的本质是一组服务器集群，它可以在集群的每个节点上运行特定的程序，来对节点中的容器进行管理。它的目的就是实现资源管理的自动化，主要提供了如下的功能：
- 自我修复：一旦某一个容器崩溃，能够在1秒左右迅速启动新的容器。
- 弹性伸缩：可以根据需要，自动对集群中正在运行的容器数量进行调整。
- 服务发现：服务可以通过自动发现的形式找到它所依赖的服务。
- 负载均衡：如果一个服务启动了多个容器，能够自动实现请求的负载均衡。
- 版本回退：如果发现新发布的程序版本有问题，可以立即回退到原来的版本。
- 存储编排：可以根据容器自身的需求自动创建存储卷。
- ……

一个kubernetes集群主要由控制节点（master）、工作节点（node）构成，每个节点上都会安装不同的组件。
控制节点（master）：集群的控制平面，负责集群的决策。
- API Server：集群操作的唯一入口，接收用户输入的命令，提供认证、授权、API注册和发现等机制。
- Scheduler：负责集群资源调度，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的node节点上。
- ControllerManager：负责维护集群的状态，比如程序部署安排、故障检测、自动扩展和滚动更新等。
- Etcd：负责存储集群中各种资源对象的信息。
工作节点（node）：集群的数据平面，负责为容器提供运行环境。
- Kubelet：负责维护容器的生命周期，即通过控制Docker，来创建、更新、销毁容器。
- KubeProxy：负责提供集群内部的服务发现和负载均衡。
- Docker：负责节点上容器的各种操作。

k8s组件.jpg

以部署一个Nginx服务来说明Kubernetes系统各个组件调用关系：
①首先需要明确，一旦Kubernetes环境启动之后，master和node都会将自身的信息存储到etcd数据库中。
②一个Nginx服务的安装请求首先会被发送到master节点上的API Server组件。
③API Server组件会调用Scheduler组件来决定到底应该把这个服务安装到那个node节点上。此时，它会从etcd中读取各个node节点的信息，然后按照一定的算法进行选择，并将结果告知API Server。
④API Server调用Controller-Manager去调用Node节点安装Nginx服务。
⑤Kubelet接收到指令后，会通知Docker，然后由Docker来启动一个Nginx的Pod。Pod是Kubernetes的最小操作单元，容器必须跑在Pod中。
⑥一个Nginx服务就运行了，如果需要访问Nginx，就需要通过kube-proxy来对Pod产生访问的代理，这样，外界用户就可以访问集群中的Nginx服务了。