【前沿技术】一文带你快速入门 K8s

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1、什么是 K8s

👻 1.1、K8s 概述

K8s是指Kubernetes,它是一个开源的容器编排平台。Kubernetes的目标是简化容器化应用程序的部署、扩展和管理。它提供了一种可靠的方式来运行、管理和扩展容器化应用程序,使得开发人员能够更专注于应用程序的开发,而不需要过多地关注底层的基础设施。

Kubernetes提供了一组功能强大的功能,包括自动化容器的部署、扩展和管理、负载均衡、自动恢复、自动扩展、服务发现和配置管理等。它还提供了强大的容器编排能力,可以根据应用程序的需求自动调度和管理容器的部署。

Kubernetes的设计理念是基于容器化应用程序的微服务架构,通过将应用程序拆分成多个独立的服务单元,使得应用程序更具弹性和可伸缩性。同时,Kubernetes还提供了灵活的扩展机制,可以与其他工具和服务集成,为应用程序提供更多的功能和服务。

Kubernetes是一个功能强大的容器编排平台,可以帮助开发人员更轻松地管理和扩展容器化应用程序。它已经成为云原生应用开发和部署的标准工具之一,被广泛应用于各种规模的企业和组织中。

👻 1.2 K8s 工作示意图

Kubernetes 是一个跨多主机的容器编排平台,它使用共享网络将多个主机(物理服务器或虚拟机) 构建成统一的集群。其中,一个或少量几个主机运行为Master (主节点),作为控制中心负责管理整个集群系统,余下的所有主机运行为Worker Node (工作节点) ,这些工作节点使用本地和外部资源接收请求并以Pod (容器集) 形式运行工作负载。

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👻 1.3、POD

🔔 POD是Kubernetes中的一个基本概念,它代表着一个或多个容器的集合。POD是Kubernetes中最小的可调度和管理的单位,可以包含一个或多个相关联的容器,它们共享相同的网络和存储资源。

在一个POD中的容器是紧密耦合的,它们可以共享本地存储、网络命名空间和其他资源。这使得它们能够相互通信和共享数据,同时也方便了它们的管理和调度。

POD提供了一种灵活的方式来组织和管理容器化应用程序。通过将相关的容器放在同一个POD中,可以简化它们之间的通信和共享资源,提高应用程序的可靠性和可维护性。

👻 1.4、Master

Master是集群的网关和中枢,负责诸如为用户和客户端暴露API、确保各资源对象不断地逼近或符合用户期望的状态、以最优方式调度工作负载,以及编排其他组件之间的通信等任务,它是各类客户端访问集群的唯一入口,肩负Kubernetes系统上大多数集中式管控逻辑。单个Master节点即可完成其所有功能,但出于冗余及负载均衡等目的,生产环境中通常需要协同部署多个此类主机。Master节点类似于蜂群中的蜂王。

Master 负责管理和监控整个集群的状态和运行。Master节点是Kubernetes架构中的核心组件,它包含了以下几个关键组件:

  1. 🎍 API Server(API服务器):API Server是Kubernetes集群的入口,所有与集群的交互都通过API Server进行。它提供了RESTful API接口,用于管理和操作集群中的资源对象,如Pod、Service、Replication Controller等。

  2. 🎍 Scheduler(调度器):Scheduler负责将新创建的Pod分配到集群中的具体节点上。它根据一系列的调度策略和节点资源情况,选择最合适的节点来运行Pod。

  3. 🎍 Controller Manager(控制器管理器):Controller Manager包含了多个控制器,用于监控和维护集群中的各种资源对象的状态。例如,Replication Controller控制器用于确保Pod的副本数满足预期,Namespace控制器用于管理命名空间等。

  4. 🎍 etcd(分布式键值存储):etcd是Kubernetes集群的持久化存储,用于存储集群的配置信息和状态。它是一个高可用的分布式键值存储系统,保证了集群的可靠性和一致性。

Kubernetes的Master节点通常运行在一个独立的服务器或虚拟机上,它们协同工作以管理和调度集群中的工作负载。Master节点对于集群的正常运行非常重要,因此通常会进行高可用配置,以确保集群的稳定性和可靠性。

👻 1.5、Worker Node

Node 负责接收来自Master的工作指令并相应创建或销毁Pod对象,以及调整网络规则以合理完成路由和转发流量等任务,是Kubernetes集群的工作节点。理论上讲,Node可以是任何形式的计算设备,负责提供CPU、内存和存储等计算和存储资源不过Master会统一将其抽象为Node对象进行管理。Node类似于蜂群中的工蜂,在生产环境中,通常数量众多。

每个Worker Node都具有以下关键组件:

  1. 🎍 Kubelet:Kubelet是运行在每个Worker Node上的代理程序,负责与Master节点通信,并管理节点上的容器。它会接收来自Master节点的指令,创建、启动、停止和监控容器的运行状态。

  2. 🎍Container Runtime:Container Runtime是在Worker Node上负责运行容器的软件,例如Docker、containerd等。它负责管理容器的生命周期,包括镜像的拉取、容器的创建、启动、停止和销毁等。

  3. 🎍 Kube-proxy:Kube-proxy是负责在Worker Node上实现Kubernetes服务发现和负载均衡的组件。它会维护集群中的网络规则,并将服务请求转发到正确的容器。

  4. 🎍 Node Agent:Node Agent是一个在Worker Node上运行的代理程序,负责与Master节点进行心跳检测和状态报告。它会向Master节点汇报节点的健康状态,并接收来自Master节点的指令。

Worker Node是Kubernetes集群中的工作单位,它们承载了实际的容器运行任务。集群中可以有多个Worker Node,每个节点上可以运行多个容器。Worker Node的数量和规模可以根据工作负载的需求进行扩展和缩减。通过合理配置和管理Worker Node,可以实现容器化应用程序的高可用性和弹性扩展。

2、K8s 的优缺点

Kubernetes(K8s)是一个开源的容器编排平台,它具有许多优点和一些缺点。以下是Kubernetes的主要优缺点:

👻 2.1、优点

  1. 🎍 自动化管理:Kubernetes提供了自动化的容器编排和管理功能,可以轻松管理大规模的容器化应用程序。它可以自动处理应用程序的部署、伸缩、负载均衡和故障恢复等任务,减轻了运维工作的负担。

  2. 🎍 弹性扩展:Kubernetes支持水平扩展,可以根据负载的需求自动调整应用程序的副本数量。这使得应用程序能够根据流量的变化进行弹性扩展,提高了系统的可伸缩性和性能。

  3. 🎍 服务发现和负载均衡:Kubernetes提供了内置的服务发现和负载均衡机制,可以自动将请求路由到正确的容器。这简化了应用程序的网络配置和管理,提高了应用程序的可用性和可靠性。

  4. 🎍 健康监测和自愈能力:Kubernetes能够对容器进行健康检查,并在容器出现故障时自动重新启动或替换容器。这提高了应用程序的稳定性和可靠性,减少了系统停机时间。

  5. 🎍 多云平台支持:Kubernetes提供了对多种云平台的支持,包括AWS、Azure、Google Cloud等,使得应用程序能够在不同的云环境中无缝迁移和运行。

👻 2.2、缺点:

  1. 🎍 学习曲线较陡:Kubernetes是一个复杂的系统,学习和理解它的概念和工作原理需要一定的时间和精力。初学者可能需要花费一些时间来熟悉和掌握Kubernetes的使用方法。

  2. 🎍 配置复杂性:由于Kubernetes的灵活性和可定制性,配置和管理Kubernetes集群可能会变得复杂。需要仔细考虑各种配置选项和参数,以确保集群的稳定性和性能。

  3. 🎍 资源消耗:Kubernetes本身需要一定的计算和存储资源来运行和管理集群。在小规模环境下,这可能会导致资源的浪费。此外,Kubernetes集群的管理也需要一定的资源和成本。

  4. 🎍 部署和维护成本:Kubernetes的部署和维护可能需要一些专业知识和经验。对于一些小型项目或团队来说,可能需要额外的投入来管理和维护Kubernetes集群。

尽管Kubernetes具有一些挑战和复杂性,但它的优点远远超过了缺点,使得它成为容器编排领域的首选工具。

3、K8s 的应用场景

Kubernetes(K8s)是一个高度可扩展的容器编排平台,适用于各种应用场景。以下是Kubernetes的一些主要应用场景:

  1. 🎍 容器化应用程序部署和管理:Kubernetes被广泛用于部署和管理容器化应用程序。它可以自动化地处理容器的创建、调度、伸缩和监控等任务,使得应用程序的部署和管理变得更加简单和高效。

  2. 🎍 微服务架构:Kubernetes提供了对微服务架构的良好支持。它可以将不同的微服务部署为独立的容器,并通过服务发现和负载均衡机制来管理它们的通信和访问。这使得微服务架构更加灵活和可靠。

  3. 🎍 多云和混合云环境:Kubernetes可以在多种云平台上运行,包括公有云和私有云。它提供了对不同云环境的抽象和统一管理,使得应用程序可以在不同云平台之间无缝迁移和扩展。

  4. 🎍 弹性伸缩和负载均衡:Kubernetes可以根据应用程序的负载情况自动调整容器的数量,实现弹性伸缩。它还提供了内置的负载均衡机制,可以将请求动态地分发到可用的容器上,提高系统的性能和可靠性。

  5. 🎍 持续集成和持续部署(CI/CD):Kubernetes与持续集成和持续部署工具(如Jenkins)集成,可以实现自动化的应用程序构建、测试和部署流程。这使得开发团队能够更快地交付新功能和更新。

  6. 🎍 批处理和大数据处理:Kubernetes可以用于批处理和大数据处理工作负载。它可以自动调度和管理容器,以优化资源利用率和任务执行效率,提高批处理和大数据处理的性能和可靠性。

Kubernetes的应用场景非常广泛,适用于各种规模和类型的应用程序。它提供了丰富的功能和工具,帮助开发团队更好地管理和扩展容器化应用程序。

4、K8s 集群架构

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Kubernetes(K8s)是一个开源的容器编排平台,支持自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。Kubernetes集群架构是K8s中的核心概念,它由多个节点组成,包括主节点(Master Node)和工作节点(Worker Node)。

  1. 🎍 主节点(Master Node)

    • API服务器(API Server):作为集群的控制中心,负责接收和处理用户和其他组件的请求。
    • 控制器管理器(Controller Manager):负责运行各种控制器,监控集群状态并作出相应的调整。
    • 调度器(Scheduler):根据资源需求和约束条件,将容器分配到适合的工作节点上。
    • etcd:分布式键值存储系统,用于存储集群的配置信息和状态数据。
  2. 🎍 工作节点(Worker Node)

    • 容器运行时(Container Runtime):负责运行容器,如Docker等。
    • kubelet:与主节点通信,管理和监控工作节点上的容器。
    • kube-proxy:负责为容器提供网络代理和负载均衡功能。
    • Pod:是最小的调度和管理单位,可以包含一个或多个容器。
  3. 🎍 网络组件

    • 容器网络接口(CNI):为容器提供网络连接和通信能力。
    • 服务代理(Service Proxy):负责将服务请求路由到正确的Pod上。

Kubernetes集群架构通过主节点和工作节点的协作,实现了容器的自动化管理和调度。主节点负责集群的控制和管理,工作节点负责运行和执行容器。通过这种分布式的架构,Kubernetes能够实现高可用性、伸缩性和容错性,确保应用程序的稳定运行和高效管理。

写在最后

总之,Kubernetes(k8s)它提供了强大的容器编排、服务发现、负载均衡和自动修复等功能,可以帮助开发人员和运维团队更高效地管理和运行应用程序。

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