Kubernetes知识小普及-白红宇

　　大部分概念Kubernetes官网都有详细介绍，Kubernetes中文官网 https://kubernetes.io/zh/docs/tutorials/kubernetes-basics/

　　官网还提供一个比较好的功能是能在线互动，见互动教程，类似实操命令初步感受。

Kubernetes主要功能

基于容器的应用部署、维护和滚动升级

负载均衡和服务发现

跨机器和跨地区的集群调度

自动伸缩

无状态服务和有状态服务

广泛的 Volume 支持

插件机制保证扩展性

Kubernetes是谷歌开源的容器集群管理系统

　　Kubernetes 提供了很多的功能，它可以简化应用程序的工作流，加快开发速度。使用Kubernetes只需一个部署文件，使用一条命令就可以部署多层容器（前端，后台等）的完整集群。

核心概念

Kubernetes 主要由以下几个核心组件组成：

etcd 保存了整个集群的状态；

apiserver 提供了资源操作的唯一入口，并提供认证、授权、访问控制、API 注册和发现等机制；

controller manager 负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等；

scheduler 负责资源的调度，按照预定的调度策略将 Pod 调度到相应的机器上；

kubelet 负责维护容器的生命周期，同时也负责 Volume（CVI）和网络（CNI）的管理；

Container runtime 负责镜像管理以及 Pod 和容器的真正运行（CRI）；

kube-proxy 负责为 Service 提供 cluster 内部的服务发现和负载均衡

典型的Kubernetes架构图

上图可以看到如下组件，使用特别的图标表示Service和Label：

Container（容器）

Label()（标签）

Replication Controller（复制控制器）

Service（）（服务）

Node（节点）

Kubernetes Master（Kubernetes主节点）

Pod

　　Pod在节点上，包含一组容器和卷。同一个Pod里的容器共享同一个网络命名空间，可以使用localhost互相通信。Pod是短暂的，不是持续性实体。如果Pod是短暂的，那么我怎么才能持久化容器数据使其能够跨重启而存在呢？ Kubernetes支持卷的概念，因此可以使用持久化的卷类型。如果Pod是短暂的，那么重启时IP地址可能会改变，那么怎么才能从前端容器正确可靠地指向后台容器呢？这时可以使用Service。

Lable

　　一些Pod有Label。一个Label是attach到Pod的一对键/值对，用来传递用户定义的属性。比如，你可能创建了一个"tier"和“app”标签，通过Label（tier=frontend, app=myapp）来标记前端Pod容器，使用Label（tier=backend, app=myapp）标记后台Pod。然后可以使用Selectors选择带有特定Label的Pod，并且将Service或者Replication Controller应用到上面。

Replication Controller

　　Replication Controller确保任意时间都有指定数量的Pod“副本”在运行。如果为某个Pod创建了Replication Controller并且指定3个副本，它会创建3个Pod，并且持续监控它们。如果某个Pod不响应，那么Replication Controller会替换它，保持总数为3.如下面的动画所示：

　　如果之前不响应的Pod恢复了，现在就有4个Pod了，那么Replication Controller会将其中一个终止保持总数为3。如果在运行中将副本总数改为5，Replication Controller会立刻启动2个新Pod，保证总数为5。还可以按照这样的方式缩小Pod，这个特性在执行滚动升级时很有用。

当创建Replication Controller时，需要指定两个东西：

Pod模板：用来创建Pod副本的模板

Label：Replication Controller需要监控的Pod的标签。

　　现在已经创建了Pod的一些副本，那么在这些副本上如何均衡负载呢？我们需要的是Service。

Service

　　Service是定义一系列Pod以及访问这些Pod的策略的一层抽象。Service通过Label找到Pod组。因为Service是抽象的，所以在图表里通常看不到它们的存在，这也就让这一概念更难以理解。

假定有2个后台Pod，并且定义后台Service的名称为‘backend-service’，lable选择器为（tier=backend, app=myapp）。backend-service 的Service会完成如下两件重要的事情：

会为Service创建一个本地集群的DNS入口，因此前端Pod只需要DNS查找主机名为 ‘backend-service’，就能够解析出前端应用程序可用的IP地址。

现在前端已经得到了后台服务的IP地址，但是它应该访问2个后台Pod的哪一个呢？Service在这2个后台Pod之间提供透明的负载均衡，会将请求分发给其中的任意一个（如下面的动画所示）。通过每个Node上运行的代理（kube-proxy）完成。这里有更多技术细节。

　　如果不进入网络配置，那么达到透明的负载均衡目标所涉及的底层网络和路由相对先进。

　　有一个特别类型的Kubernetes Service，称为'LoadBalancer'，作为外部负载均衡器使用，在一定数量的Pod之间均衡流量。比如，对于负载均衡Web流量很有用。

Pod与Service

　　每个Pod都提供了一个独立的Endpoint（Pod IP+ContainerPort）以被客户端访问，多个Pod副本组成了一个集群来提供服务，一般的做法是部署一个负载均衡器来访问它们，为这组Pod开启一个对外的服务端口如8000，并且将这些Pod的Endpoint列表加入8000端口的转发列表中，客户端可以通过负载均衡器的对外IP地址+服务端口来访问此服务。运行在Node上的kube-proxy其实就是一个智能的软件负载均衡器，它负责把对Service的请求转发到后端的某个Pod实例上，并且在内部实现服务的负载均衡与会话保持机制。Service不是共用一个负载均衡器的IP地址，而是每个Servcie分配一个全局唯一的虚拟IP地址，这个虚拟IP被称为Cluster IP。

Node IP

　　Node节点的IP地址，是Kubernetes集群中每个节点的物理网卡的IP地址，是真是存在的物理网络，所有属于这个网络的服务器之间都能通过这个网络直接通信；

Pod IP

　　Pod的IP地址，是Docker Engine根据docker0网桥的IP地址段进行分配的，通常是一个虚拟的二层网络，位于不同Node上的Pod能够彼此通信，需要通过Pod IP所在的虚拟二层网络进行通信，而真实的TCP流量则是通过Node IP所在的物理网卡流出的；

Cluster IP

Service的IP地址。特性如下：

仅仅作用于Kubernetes Servcie这个对象，并由Kubernetes管理和分配IP地址；

无法被Ping，因为没有一个“实体网络对象”来响应；

只能结合Service Port组成一个具体的通信端口；

Node IP网、Pod IP网域Cluster IP网之间的通信，采用的是Kubernetes自己设计的一种编程方式的特殊的路由规则，与IP路由有很大的不同；

Node

　　节点（上图橘色方框）是物理或者虚拟机器，作为Kubernetes worker，通常称为Minion。每个节点都运行如下Kubernetes关键组件：

Kubelet：是主节点代理。

Kube-proxy：Service使用其将链接路由到Pod，如上文所述。

Docker或Rocket：Kubernetes使用的容器技术来创建容器。

Kubernetes Master

　　集群拥有一个Kubernetes Master。Kubernetes Master提供集群的独特视角，并且拥有一系列组件，比如Kubernetes API Server。API Server提供可以用来和集群交互的REST端点。master节点包括用来创建和复制Pod的Replication Controller。