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1、介绍

kubernetes（简称K8S）是一个以“应用”为中心，管理容器生命周期，容器之间关系，集群资源调度的容器编排工具，是一个面向平台的平台。

为什么要简称K8S呢？

1、字母k和字母s中间有8个字母；

2、据说需要搭建8遍才能入门；

1、功能

• 容器编排；
• 应用容器的生命周期管理
• 应用容器之间的关系管理
• 集群资源调度
• 构建其它的平台

2、运行逻辑

• Kubernetes将所有工作节点的资源集结在一起形成一台更加强大的“服务器"
• 计算和存储接口通过Master之上的API Server暴露
• 客户端通过API提交应用程序的运行请求，而后由Master通过调度算法将其自动指派至某特定的工作节点以Pod对象的形式运行
• Master会自动处理因工作节点的添加、故障或移除等变动对Pod的影响

3、节点类型

• Master节点：控制节点
• Worker节点：工作节点

2、Kubernetes组件

2-1、Master节点组件

2-1-1、API Server

• 整个集群的 API 网关，应用程序为 kubekube-apiserver
• 以API形式对外提供服务，服务器程序，监听在某个套接字上
• 基于 http/https 协议以 REST 风格提供，几乎所有功能全部抽象为“资源”及相关的对象
• 声明式 API，用于只需要声明对象的 “终态”，具体业务逻辑由各资源相关Controller 负责完成
• 无状态，数据存储于 etcd 中

2-1-2、Scheduler

• 调度器，负责为那些未能绑定到某节点的Pod，挑选一个最适配的Worker来运行它
• 只会从API接收指令
• 相关程序为 kube -scheduler

2-1-3、Controller Manager

☆ Controller的集合，由一组Kubernetes内置的Controller集结而成

☆ 负责实现客户端通过 API 提交的终态声明，相应用程序为 kubekube-controller-manager

☆ 由相关代码通过一系列步骤驱动 API 对象的“实际状态”接近或等同“期望状态”

☆ 除调度之外的编排决策，几乎都由Controller负责形式

2-1-4、Cluster Store

• 集群状态数据存储系统，通常指的就是 etcd
• 仅会同 API Server交互

2-2、Worker节点组件

2-2-1、kubelet

• Kubernetes集群于每个 Worker 节点上的代理，相应程序为 kubelet
• 接收并执行 Master 发来的指令，管理由 Scheduler 绑定至当前节点上的 Pod 对象的容器

• 通过 API Server 接收 Pod 资源定义，或从节点本地目录中加载静态 Pod 配置
• 借助于兼容 CRI 的容器运行时管理和监控 Pod 相关的容器

2-2-2、kube-proxy

• 运行于每个 Worker 节点上，专用于负责将 Service 资源的定义转为节点本地的实现

• iptables模式：将 Service 资源的 定义转为适配当前节点视角的iptables 规则
• ipvs模式：将 Service 资源的 定义转为适配当前节点视角ipvs 和少量 iptables 规则

• 是打通 Pod 网络在 Service 网络的关键所在

2-2-3、插件

负责扩展 Kubernetes 集群的功能应用程序，通常以 Pod 形式托管运行于 Kubernetes集群之上

2-2-3-1、必须插件

• Network Plugin：网络插件，经由CNI接口，负责为Pod提供专用的通信网络，有多种实现，如：flannel、calico等
• Cluster DNS：通常是指CoreDNS，集群DNS服务器，负责服务注册、发现和名称解析

2-2-3-2、重要插件

• Ingress Controller：Ingress控制器，负责为Ingress资源提供具体的实现，实现http/https协议的七层路由和流量调度，有多种实现，如：Ingress-Nginx、Contour等
• Dashboard： 基于Web的UI
• 指标监控系统： prometheus
• 日志系统：ELK、PLG等

3、POD

Kerbernetes本质上是“以应用为中心”的现代基础设施，Pod是其运行应用及应用调度的最小逻辑单元

• 本质上是共享 Network 、IPC 和UTS 名称空间以及存储资源的容器集

• 可将其想象成一台物理机或虚拟，各容器就是该主上的进程
• 各容器共享网络协议栈、 网络设备、路由、IP 地址和端口等，但 Mount 、PID 和USER 仍隔离
• 每个 Pod 上还可附加一个“存储卷（ Volume）”作为该“主机”的外部存储，独立于 Pod 的生命周期，可由 Pod 内的 各容器共享

• 模拟“不可变基础设施”，删除后可通过资源清单重建

• 具有动态性，可容忍误删除或主机故障等异常
• 存储卷可以确保数据能超远pod的生命周期

4、Service

Pod具有动态性，其IP地址在基于配置清单重构后也会重新分配，因而需要服务发现机制的支撑

Kubernetes使用 Service 资源和 DNS 服务（ CoreDNS）进行服务发现

• Service能够为一组提供了相同服务的 Pod 提供负载均衡机制，其 IP 地址（ Service IP ，也称为 Cluster IP）即为客 户端流量入口
• 一个 Service 对象存在于集群中的各节点之上，不会因个别故障而丢失，可为 Pod 提供固定的前端入口
• Service使用 标签选择器 （Label Selector）筛选并匹配 Pod 对象上的标签（ Label），从而发现 Pod（仅具有符合其标签选择器筛条件的 Pod 才可由Service对象作为后端端点使用）

5、工作负载型控制器

Pod 是运行应用的原子单元，其生命周期管理和健康状态监测由 kubelet 负责完成，而诸如更新、扩缩 容和重建等应用编排功能需要由专用的控制器实现，这类控制器即为工作负载型控制器

• ReplicaSet和Deployment
• DaemonSet
• StatefulSet
• Job和CrontJob

工作负载型控制器也通过标签选择器筛选Pod标签从而完成关联

工作负载型控制器的重心

• 确保选定的 Pod 精确符合期望的数量
• 数量不足时依据 Pod 模板 创建，超出时销毁多余的对象
• 按配置定义进行扩容和缩容
• 依照策略和配置进行应用更新

6、网络模型

Kubernetes集群上会存在三个分别用于节点、 Pod 和Service 的网络，于worker上完成交汇，有节点内核中的路由模块，以及iptables/netfilter和ipvs等完成网络间的流量转发

6-1、节点网络

• 集群节点间的通信网络，并负责打通与集群外部端点间的通信
• 网络及各节点地址需要于Kubernetes部署前完成配置，非由Kubernetes管理， 因而需要由管理员手动进行，或借助于主机虚拟化管理程序进行

6-2、Pod网络

• 为集群上的Pod对象提供的网络
• 虚拟网络，需要经由CNI网络插件实现，例如：Flannel、Calico、Cilium等

6-3、Service网络

• 在部署 Kubernetes 集群时指定，各 Service 对象使用的地址将从该网络中分配
• Service对象的 IP 地址存在于其相关的 iptables 或ipvs 规则中
• 由Kubernetes集群自行管理

6-4、通信流量

Kubernetes网络中主要存在 4中类型的通信流量

- 同一Pod内的容器间通信
- Pod间的通信
- Pod与Service间的通信
- 集群外部流量与Service间的通信

Pod网络需要借助于第三方兼容CNI规范的网络插件完成，这些插件需要满足一下功能要求：

- 所有Pod间均可不经NAT机制而直接通信
- 所有节点均可不经NAT机制直接与所有Pod通信
- 所有Pod对象都位于同一平面网络中

7、kubernetes集群部署

7-1、部署模式

7-1-1、独立组件模式

• 除Add-ons（插件）以外，个关键组件以二进制方式部署与节点上，并运行于守护进程；
• 各Add-ons以Pod形式运行；

7-1-2、静态Pod模式

• 控制平面各组件以静态Pod对象运行于Master主机之上
• kubelet和docker以二进制部署，运行为守护进程
• kube-proxy等则以Pod形式运行
• ​​registry.k8s.io​​​（2022年前：​​k8s.gcr.io​​）

7-2、安装工具

• 原生安装工具kubeadm
• CNCF认证的安装工具

​​https://landscape.cncf.io/​​

7-3、Kubeadm工具

Kubernetes社区提供的集群构建工具

• 负责执行构建一个最小化可用集群并将其启动等必要的基本步骤
• Kubernetes集群全生命周期管理工具，可用于实现集群的部署、升级、降级、卸载等
• Kubernetes仅关心如何初始化并拉起一个集群，其职责仅限于下图中背景着色的部分：

7-4、部署前提

• 支持Kubernetes运行的Linux主机，例如Debian、RedHat等
• 主机2GB以上内存，2核以上CPU（小于此配置，第二主节点加入集群会提示，并且无法加入）
• 各主机间能够通过网络无障碍通信
• hostname、MAC地址已经UUIP都是唯一，主机名能相互解析
• 放行Kubernetes使用的各个端口，或者直接禁用（建议禁用）
• 禁用swap
• 时间同步

​​因Kubernetes所有镜像都在registry.k8s.io和k8s.gcr.io​​,建议使用国内阿里源或者华为源，或者根据情况，使用代理

7-5、部署示例

请查看：​​https://blog.51cto.com/dayu/5825840​​