极速上手k8s，Kubernetes 从入门到摸鱼系列-理论篇-Toy模板网

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1. 引言👋

大家好，我是比特桃！随着微服务架构越来越流行，大规模的微服务容器编排成了一件具有挑战的事情。在这次容器化云原生的发展中，Docker 成了容器化的赢家，而 Kubernetes 则成为了容器编排的赢家。k8s 是 Kubernetes 的简称，只因为 K 和 s 中间有8个字符。或许你还会看到 k3s ，这是轻量级的 Kubernetes，甚至可以跑在树莓派中。
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计算机的核心就是抽象，操作系统的抽象，让普罗大众用起来了电脑。面向对象的抽象，让软件开发人员更容易设计复杂系统。容器化的抽象，使得应用可以轻松的在云平台中提服务。当我们容器过于繁杂，上百上千的时候，不免就需要一个工具可以对这些容器进行编排控制。不可否认的是，如果你的应用并没有存在容器太多，也不存在高并发分布式的情况下。你或许并不需要 k8s，这被称为 YAGNI 理论，不知道则可以不用。当然了，即便是我们实际项目并不需要 k8s，但学习跟进一下这个技术也是很有必要的。

2. 架构☕️

Kubernetes 孵化于 Google 公司，并开源给了 CNCF（云原生基金会）。可在不同的服务器环境中，进行统一的容器编排部署，确保容器的高可用、高性能、可扩展、可恢复。下图为 k8s 一个集群的基础架构，主要包含两大部分：控制节点、工作节点。
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控制节点相当于整个集群的大管家，负责协调调度工作节点、以及与外界交互的部分。我们连接 k8s 的方式有两种，分别是Restful API 接口、KubeCLI命令行，通过yaml格式或json格式来进行沟通。而控制节点中主要包含了：控制管理器、调度器、etcd。ControllerManager负责运行管理集群状态控制器；Scheduler负责将pod调度到集群中的工作节点上；etcd是一个分布式key/value存储，用来存储和检索有关集群的信息。控制节点的 API Server 则是与工作节点交互的接口。
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工作节点主要包含：kubelet、kube-proxy。kubelet是在每个工作节点上运行的守护进程，他负责与控制平面通讯；kube-proxy是每个工作节点上运行的网络代理，他负责将流量路由到正确的pod。
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3. 组件🍗

Kubernetes 始终是个工具类软件而已，在使用角度来看，它和 Docker 类的工具并无两样。都只是协助业务提供了各种功能的调用，但本身并不具备提供服务的能力。所以在面对这类软件的时候，应该先了解它都具备什么样的功能调用，这样我们才知道自己需要他为我们做什么。

3.1 Pod

k8s 是针对容器的更高层次抽象，所以它的最小单位是 pod，一个可以包含多个容器的盒子。这里额外插入一个 k8s 世界中的一个重要理念：声明式无状态。我们和 k8s 通过 API 或 kubectl 沟通的时候，是一种声明式的方式告诉他的。也就是说，你只需要告诉 k8s 你期望最终的效果是什么样的，至于 k8s 怎么做，你不用管。并且 pod 也是一种无状态的，相同的一个 pod，他们的 ip 也不一样。即便崩溃后，k8s 重新新建了一个 pod 仍然不会记录上一个 pod的任何内容，ip也会变。所以这种声明式无状态的思想，要贯彻使用 k8s 的全过程。

3.2 Service & Ingress

Pod 既然这么容易变，那 pod 之间是如何调用的呢？我们可以使用 k8s 的service，一个 service 是一个静态的ip，可以索引它下面所有的 pod。

在当我们想在用户浏览器中使用 k8s 集群所提供的应用时，我们并不希望用户可以直接访问 service，因为它是我们内部沟通的一个组件。所以可以通过 Ingress 组件来对外提供服务，它再去转发到具体的 Service 中。

3.3 ConfigMap & Secret

通常，开发和部署在不同环境下需要不同的配置。在 Spring 开发中，我们会用 profile 来区分。而在 k8s 中，提供了配置文件和一些敏感的用户名密码信息的组件，供应用配置使用。ConfigMap 存储非敏感的配置信息；Secret 存储加密后的配置信息。

3.4 Volume

如 Docker 容器一样，k8s 也提供了持久化的功能。比如数据库 pod 如果不持久化的话，就会存在数据丢失的问题。Volume 允许我们映射本地或远程的持久化路径地址，进行数据持久化。正如之前所说的，k8s 理念是无状态的，所以它本身并不提供任何数据的持久化。所有持久化的工作都需要我们自己完成。

3.5 Deployment & StatefulSet

真正在使用 k8s 的时候，我们其实很少会主动管理一个 pod。试想一下，如果做个分布式的部署，还需要每个工作节点都单独部署管理，那和 Docker 还有什么区别。所以我们会用 k8s 提供的 Deployment 组件，它可以直接声明我们想要的 pod，并且也指明了分布式部署的数量。并且它也提供了固定的 IP 以及负载均衡的功能。在无状态的微服务应用中，我们可以任意声明想要多少个 replica 当做该容器的替补。但如果我们部署数据库，用了 Volume 使其成为了有状态的 pod，则需要使用 StatefulSet 组件。它会保障数据库的读取和写入同步，以便不会出现数据库不同步的情况。虽然 k8s 为了兼容数据库这种场景提供了 StatefulSet 组件来支持有状态的服务。但其实有状态的服务使用外部托管，而不使用 k8s 去做也是一种常见的做法，因为 k8s 的主要能力就是无状态。