【K8s】Kubernetes 入门 - 01

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Kubernetes 入门 - K8s 介绍

官方文档：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/overview/what-is-kubernetes/

应用部署方式演变

在部署应用程序的方式上，主要经历了三个时代：

传统部署：互联网早期，会直接将应用程序部署在物理机上

优点：简单，不需要其它技术的参与

缺点：不能为应用程序定义资源使用边界，很难合理地分配计算资源，而且程序之间容易产生影响

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，提供了一定程度的安全性

缺点：增加了操作系统，浪费了部分资源

容器化部署：与虚拟化类似，但是共享了操作系统

优点：

可以保证每个容器拥有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等

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

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

容器化部署方式给带来很多的便利，但是也会出现一些问题，比如说：

  • 一个容器故障停机了，怎么样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，怎么样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 容器编排工具
  • Mesos：Apache 的一个资源统一管控的工具，需要和 Marathon 结合使用
  • Kubernetes：Google 开源的的容器编排工具

Kubernetes 简介

Kubernetes，是一个全新的基于容器技术的分布式架构领先方案，是谷歌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。目的是实现资源管理的自动化，主要提供了如下的主要功能：

  • 自我修复：一旦某一个容器崩溃，能够在 1 秒中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：如果一个服务起动了多个容器，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

Kubernetes 概念

Master

主节点，控制平台，不需要很高性能，不跑任务，通常一个就行了，也可以开多个主节点来提高集群可用度。

Worker

工作节点，可以是虚拟机或物理计算机，任务都在这里跑，机器性能需要好点；通常都有很多个，可以不断加机器扩大集群；每个工作节点由主节点管理

Pod

豆荚，K8S 调度、管理的最小单位，一个 Pod 可以包含一个或多个容器，每个 Pod 有自己的虚拟 IP。一个工作节点可以有多个 pod，主节点会考量负载自动调度 pod 到哪个节点运行。

Controller

控制器，通过它来实现对 pod 的管理，比如启动 pod、停止 pod、伸缩 pod 的数量等等

Service

pod 对外服务的统一入口，下面可以维护者同一类的多个 pod

Label

标签，用于对 pod 进行分类，同一类 pod 会拥有相同的标签

NameSpace

命名空间，用来隔离 pod 的运行环境

Kubernetes 组件

一个 kubernetes 集群主要是由 ** 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。

master：集群的控制平面，负责集群的决策 (管理)

ApiServer : 资源操作的唯一入口，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、滚动更新等

Etcd ：负责存储集群中各种资源对象的信息

node：集群的数据平面，负责为容器提供运行环境 (干活)

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

下面，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 服务的安装请求会首先被发送到 master 节点的 apiServer 组件

  3. apiServer 组件会调用 scheduler 组件来决定到底应该把这个服务安装到哪个 node 节点上

    在此时，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 apiServer

  4. apiServer 调用 controller-manager 去调度 Node 节点安装 nginx 服务

  5. kubelet 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. 至此一个 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

什么时候需要 Kubernetes

  • 当你的应用只是跑在一台机器，直接一个 docker + docker compose 就够了，方便轻松；
  • 当你的应用需要跑在 3、4 台机器上，依旧可以每台机器单独配置运行环境 + 负载均衡器；
  • 当你应用访问数不断增加，机器逐渐增加到十几台、上百台、上千台时，每次加机器、软件更新、版本回滚，都会变得非常麻烦、痛不欲生，再也不能好好的摸鱼了，人生浪费在那些没技术含量的重复性工作上。

这时候，Kubernetes 就可以一展身手了，让你轻松管理百万千万台机器的集群。“谈笑间，樯橹灰飞烟灭”，享受着一手掌控所有，年薪百万指日可待。

Kubernetes 可以为你提供集中式的管理集群机器和应用，加机器、版本升级、版本回滚，那都是一个命令就搞定的事，不停机的灰度更新，确保高可用、高性能、高扩展。

参考文档：

https://k8s.easydoc.net/docs/dRiQjyTY/28366845/6GiNOzyZ/nd7yOvdY