【Kubernetes】K8S到底是什么,最近怎么这么火

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前言

kubernetes,简称K8s,是用8代替名字中间的8个字符“ubernete”而成的缩写。是一个开源的,用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用,Kubernetes的目标是让部署容器化的应用简单并且高效(powerful),Kubernetes提供了应用部署,规划,更新,维护的一种机制。


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1. 内容简介

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Kubernetes是Google开源的一个容器编排引擎,它支持自动化部署、大规模可伸缩、应用容器化管理。在生产环境中部署一个应用程序时,通常要部署该应用的多个实例以便对应用请求进行负载均衡。

  在Kubernetes中,我们可以创建多个容器,每个容器里面运行一个应用实例,然后通过内置的负载均衡策略,实现对这一组应用实例的管理、发现、访问,而这些细节都不需要运维人员去进行复杂的手工配置和处理。

  传统的应用部署方式是通过插件或脚本来安装应用。这样做的缺点是应用的运行、配置、管理、所有生存周期将与当前操作系统绑定,这样做并不利于应用的升级更新/回滚等操作,当然也可以通过创建虚拟机的方式来实现某些功能,但是虚拟机非常重,并不利于可移植性。
  新的方式是通过部署容器方式实现,每个容器之间互相隔离,每个容器有自己的文件系统 ,容器之间进程不会相互影响,能区分计算资源。相对于虚拟机,容器能快速部署,由于容器与底层设施、机器文件系统解耦的,所以它能在不同云、不同版本操作系统间进行迁移

  容器占用资源少、部署快,每个应用可以被打包成一个容器镜像,每个应用与容器间成一对一关系也使容器有更大优势,使用容器可以在build或release 的阶段,为应用创建容器镜像,因为每个应用不需要与其余的应用堆栈组合,也不依赖于生产环境基础结构,这使得从研发到测试、生产能提供一致环境。类似地,容器比虚拟机轻量、更“透明”,这更便于监控和管理。


  Kuberentes 是基于容器的集群管理平台,它的简称,是K8S。
K8s是Go语言开发,是Docker的上层架构,就好像Java与J2EE的关系一样。K8s是一个开放的开发平台,不局限于任何语言。其主要功能:

  • k8s能方便地管理跨机器运行容器化的应用
  • 提供应用部署、维护、扩展机制
  • 集群管理、安全防护、准入机制、多应用支撑、服务注册、服务发现、智能负载均衡、故障发现、自我修复、服务滚动升级、在线扩容、资源配额管理
  • 使用Docker对应用程序包装、实例化、运行
  • 以集群的方式运行、管理跨机器的容器
  • 解决Docker跨机器容器之间的通讯问题
  • k8s的自我修复机制使得容器集群总是运行在用户期望的状态

2. 特点

  • 可移植: 支持公有云,私有云,混合云,多重云(multi-cloud)
  • 可扩展: 模块化,插件化,可挂载,可组合
  • 自动化: 自动部署,自动重启,自动复制,自动伸缩/扩展

3. 组件

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本文介绍了Kubernetes集群所需的各种二进制组件。

3.1 Master 组件

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  Master组件提供集群的管理控制中心。
  Master组件可以在集群中任何节点上运行。但是为了简单起见,通常在一台VM/机器上启动所有Master组件,并且不会在此VM/机器上运行用户容器。请参考构建高可用群集以来构建multi-master-VM。

3.2 kube-apiserver

  kube-apiserver用于暴露Kubernetes API。任何的资源请求/调用操作都是通过kube-apiserver提供的接口进行。请参阅构建高可用集群。

3.3 ETCD

  etcd是Kubernetes提供默认的存储系统,保存所有集群数据,使用时需要为etcd数据提供备份计划。

3.4 kube-controller-manager

  kube-controller-manager运行管理控制器,它们是集群中处理常规任务的后台线程。逻辑上,每个控制器是一个单独的进程,但为了降低复杂性,它们都被编译成单个二进制文件,并在单个进程中运行。
这些控制器包括:

  • 节点(Node)控制器。
  • 副本(Replication)控制器:负责维护系统中每个副本中的pod。
  • 端点(Endpoints)控制器:填充Endpoints对象(即连接Services&Pods)。
  • Service Account和Token控制器:为新的Namespace创建默认帐户访问API Token。

3.5 cloud-controller-manager

  云控制器管理器负责与底层云提供商的平台交互。云控制器管理器是Kubernetes版本1.6中引入的,还是Alpha的功能
  云控制器管理器仅运行云提供商特定的(controller loops)控制器循环。可以通过将–cloud-providerflag设置为external启动kube-controller-manager ,来禁用控制器循环。
cloud-controller-manager 具体功能:

  • 节点(Node)控制器
  • 路由(Route)控制器
  • Service控制器
  • 卷(Volume)控制器

3.6 kube-scheduler

  kube-scheduler监视新创建没有分配到Node的Pod,为Pod选择一个Node。

3.7 插件 addons

  插件(addon)是实现集群pod和Services功能的。Pod由Deployments,ReplicationController等进行管理。Namespace 插件对象是在kube-system Namespace中创建。

3.8 DNS

  虽然不严格要求使用插件,但Kubernetes集群都应该具有集群 DNS。
群集 DNS是一个DNS服务器,能够为 Kubernetes services提供 DNS记录。
  由Kubernetes启动的容器自动将这个DNS服务器包含在他们的DNS searches中。
用户界面
kube-ui提供集群状态基础信息查看。
容器资源监测
容器资源监控提供一个UI浏览监控数据。

3.9 Cluster-level Logging

  Cluster-level logging,负责保存容器日志,搜索/查看日志。
节点 Node 组件
节点组件运行在Node,提供Kubernetes运行时环境,以及维护Pod。

3.10 kubelet

  kubelet是主要的节点代理,它会监视已分配给节点的pod,具体功能:

  • 安装Pod所需的volume。
  • 下载Pod的Secrets。
  • Pod中运行的 docker(或experimentally,rkt)容器。
  • 定期执行容器健康检查。
  • Reports the status of the pod back to the rest of the system, by creating amirror podif necessary.
  • Reports the status of the node back to the rest of the system.

3.11 kube-proxy

  kube-proxy通过在主机上维护网络规则并执行连接转发来实现Kubernetes服务抽象
docker
docker用于运行容器。
RKT
rkt运行容器,作为docker工具的替代方案。
supervisord
supervisord是一个轻量级的监控系统,用于保障kubelet和docker运行。
fluentd
fluentd是一个守护进程,可提供cluster-level logging.。

4. 架构

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  • Master主要包含 API Server、Scheduler、Controllers 三个组成部分, 以及用作存储的 etcd ,它用来储存整个集群的状态
  • etcd: 由CoreOS开发,是一个高可用、强一致性的键值存储,为Kubernetes集群提供储存服务,类似于zookeper。 它会存储集群的整个配置和状态。主节点通过查询 etcd 以检查节点,容器的现状。
  • API Server: kubernetes最重要的核心元件之一,提供资源操作的唯一入口(其他模块通过API Server查询或修改资源对象,只有API Server才能直接操作etcd),并提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制。
  • Scheduler: 负责资源的调度,按照预定的调度策略将 Pod(k8s中调度的基本单位)调度到相应的Node上,这里说的 Node 就是Work Node,当然如果是只有一个节点的集群,Master 也会同时作为 Work Node。
  • Controllers: 通过 API Server 查询要控制的资源对象的预期状态,它检查其管控的对象的当前状态,确保它们始终处于预期的工作状态,它们的工作包括比如故障检测、自动扩充、减少、滚动更新等。

5. 数据库etcd

  etcd保存了整个集群的状态,作为一个数据库使用。主节点可以做成一个分布式的,以做到高可用。
  etcd是kubernetes集群的主数据库,存储着所有资源对象以及状态,默认与master组件部署在一个Node上。注意etcd的数据变更都是通过API server进行。


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