目录: 云原生 Kubernetes概述 1、K8S是什么 2、为什么要用K8S 3、Kubernetes集群架构与组件 K8S的特性 核心组件 Master组件 配置存储中心 Node组件 Kubernetes核心概念
云原生:
云原生是基于分布部署和统一运管的分布式云 ,以容器、微服务、DevOps等技术为基础建立的一套云技术产品体系。![0](/i/l/?n=23&i=blog/2964696/202302/2964696-20230210173828971-602622668.png)
Kubernetes 概述
1、K8S 是什么?
K8S 的全称为 Kubernetes (K和S之间有8个字母), 作用: 用于自动部署、扩展和管理“容器化(containerized)应用程序”的开源系统。 可以理解成 K8S 是负责自动化运维管理多个容器化程序(比如 Docker)的集群,是一个生态极其丰富的容器编排框架工具。 含义: 词根源于希腊语的 舵手、飞行员(docker是鲸鱼+货。他是舵手) 官网: https://kubernetes.io GitHub: https://github.com/kubernetes/kubernetes2、为什么要用 K8S?
试想下传统的后端部署办法:把程序包(包括可执行二进制文件、配置文件等)放到服务器上,接着运行启动脚本把程序跑起来,同时启动守护脚本定期检查程序运行状态、必要的话重新拉起程序。 设想一下,如果服务的请求量上来,已部署的服务响应不过来怎么办?传统的做法往往是,如果请求量、内存、CPU超过阈值做了告警,运维人员马上再加几台服务器,部署好服务之后,接入负载均衡来分担已有服务的压力。 这样问题就出现了:从监控告警到部署服务,中间需要人力介入!那么,有没有办法自动完成服务的部署、更新、卸载和扩容、缩容呢? 而这就是 K8S 要做的事情:自动化运维管理容器化(Docker)程序。 K8S是Google开源的容器集群管理系统,在Docker等容器技术的基础上,为容器化的应用提供部署运行、资源调度、服务发现和动态伸缩等一系列完整功能,提高了大规模容器集群管理的便捷性。 其主要功能如下: ●使用 Docker 等容器技术对应用程序包装(package)、实例化(instantiate)、运行(run)。 ●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。3、Kubernetes 集群架构与组件
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K8S 的特性:
●弹性伸缩 使用命令、UI或者基于CPU使用情况自动快速扩容和缩容应用程序实例,保证应用业务高峰并发时的高可用性;业务低峰时回收资源,以最小成本运行服务。 ●自我修复 在节点故障时重新启动失败的容器,替换和重新部署,保证预期的副本数量;杀死健康检査失败的容器,并且在未准备好之前不会处理客户端请求,确保线上服务不中断。 ●服务发现和负载均衡 K8S为多个容器提供一个统一访问入口(内部IP地址和一个DNS名称),并且负载均衡关联的所有容器,使得用户无需考虑容器IP问题。 ●自动发布(默认滚动发布模式)和回滚 K8S采用滚动更新策略更新应用,一次更新一个或者部分Pod,而不是同时删除所有Pod,如果更新过程中出现问题,将回滚更改,确保升级不影响业务。 ●集中化配置管理和密钥管理 管理机密数据和应用程序配置,而不需要把敏感数据暴露在镜像里,提高敏感数据安全性。并可以将一些常用的配置存储在K8S中,方便应用程序使用。 ●存储编排,支持外挂存储并对外挂存储资源进行编排 挂载外部存储系统,无论是来自本地存储,公有云(如AWS),还是网络存储(如NFS、Glusterfs、Ceph)都作为集群资源的一部分使用,极大提高存储使用灵活性。 ●任务批处理运行 提供一次性任务,定时任务;满足批量数据处理和分析的场景。核心组件
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Master组件
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配置存储中心
●etcd K8S 的存储服务。etcd 是分布式键值存储系统,存储了 K8S 的关键配置和用户配置,K8S 中仅 API Server 才具备读写权限,其他组件必须通过 API Server 的接口才能读写数据。Node 组件
●Kubelet Node 节点的监视器,以及与 Master 节点的通讯器。Kubelet 是 Master 节点安插在 Node 节点上的“眼线”,它会定时向 API Server 汇报自己 Node 节点上运行的服务的状态,并接受来自 Master 节点的指示采取调整措施。 从 Master 节点获取自己节点上 Pod 的期望状态(比如运行什么容器、运行的副本数量、网络或者存储如何配置等), 直接跟容器引擎交互实现容器的生命周期管理,如果自己节点上 Pod 的状态与期望状态不一致,则调用对应的容器平台接口(即 docker 的接口)达到这个状态。 管理镜像和容器的清理工作,保证节点上镜像不会占满磁盘空间,退出的容器不会占用太多资源。 总结: 在 Kubernetes 集群中,在每个 Node(又称 Worker Node)上都会启动一个 kubelet 服务进程。该进程用于处理 Master 下发到本节点的任务,管理 Pod 及 Pod 中的容器。每个 kubelet 进程都会在 API Server 上注册节点自身的信息,定期向 Master 汇报节点资源的使用情况,并通过 cAdvisor 监控容器和节点资源。 ●Kube-Proxy 在每个 Node 节点上实现 Pod 网络代理,是 Kubernetes Service 资源的载体,负责维护网络规则和四层负载均衡工作。 负责写入规则至iptables、ipvs实现服务映射访问的。 Kube-Proxy 本身不是直接给 Pod 提供网络,Pod 的网络是由 Kubelet 提供的,Kube-Proxy 实际上维护的是虚拟的 Pod 集群网络。 Kube-apiserver 通过监控 Kube-Proxy 进行对 Kubernetes Service 的更新和端点的维护。 在 K8S 集群中微服务的负载均衡是由 Kube-proxy 实现的。Kube-proxy 是 K8S 集群内部的负载均衡器。它是一个分布式代理服务器,在 K8S 的每个节点上都会运行一个 Kube-proxy 组件。 ●docker 或 rocket 容器引擎,运行容器,负责本机的容器创建和管理工作。4、Kubernetes 核心概念
Kubernetes 包含多种类型的资源对象:Pod、Label、Service、Replication Controller 等。 所有的资源对象都可以通过 Kubernetes 提供的 kubectl 工具进行增、删、改、查等操作,并将其保存在 etcd 中持久化存储。 Kubernets其实是一个高度自动化的资源控制系统,通过跟踪对比etcd存储里保存的资源期望状态与当前环境中的实际资源状态的差异,来实现自动控制和自动纠错等高级功能。 ●Pod Pod是 Kubernetes 创建或部署的最小/最简单的基本单位,一个 Pod 代表集群上正在运行的一个进程。 可以把 Pod 理解成豌豆荚,而同一 Pod 内的每个容器是一颗颗豌豆。 一个 Pod 由一个或多个容器组成,Pod 中容器共享网络、存储和计算资源,在同一台 Docker 主机上运行。 一个 Pod 里可以运行多个容器,又叫边车模式(SideCar)。而在生产环境中一般都是单个容器或者具有强关联互补的多个容器组成一个 Pod。 同一个 Pod 之间的容器可以通过 localhost 互相访问,并且可以挂载 Pod 内所有的数据卷;但是不同的 Pod 之间的容器不能用 localhost 访问,也不能挂载其他 Pod 的数据卷。 ●Pod 控制器 Pod 控制器是 Pod 启动的一种模版,用来保证在K8S里启动的 Pod 应始终按照用户的预期运行(副本数、生命周期、健康状态检查等)。 K8S 内提供了众多的 Pod 控制器,常用的有以下几种: •Deployment:无状态应用部署。Deployment 的作用是管理和控制 Pod 和 ReplicaSet,管控它们运行在用户期望的状态中。 •Replicaset:确保预期的 Pod 副本数量。ReplicaSet 的作用就是管理和控制 Pod,管控他们好好干活。但是,ReplicaSet 受控于 Deployment。 可以理解成 Deployment 就是总包工头,主要负责监督底下的工人 Pod 干活,确保每时每刻有用户要求数量的 Pod 在工作。如果一旦发现某个工人 Pod 不行了,就赶紧新拉一个 Pod 过来替换它。而ReplicaSet 就是总包工头手下的小包工头。 从 K8S 使用者角度来看,用户会直接操作 Deployment 部署服务,而当 Deployment 被部署的时候,K8S 会自动生成要求的 ReplicaSet 和 Pod。用户只需要关心 Deployment 而不操心 ReplicaSet。 资源对象 Replication Controller 是 ReplicaSet 的前身,官方推荐用 Deployment 取代 Replication Controller 来部署服务。 •Daemonset:确保所有节点运行同一类 Pod,保证每个节点上都有一个此类 Pod 运行,通常用于实现系统级后台任务。 •Statefulset:有状态应用部署 •Job:一次性任务。根据用户的设置,Job 管理的 Pod 把任务成功完成就自动退出了。 •Cronjob:周期性计划性任务 ●Label 标签,是 K8S 特色的管理方式,便于分类管理资源对象。 Label 可以附加到各种资源对象上,例如 Node、Pod、Service、RC 等,用于关联对象、查询和筛选。 一个 Label 是一个 key-value 的键值对,其中 key 与 value 由用户自己指定。 一个资源对象可以定义任意数量的Label,同一个Label 也可以被添加到任意数量的资源对象中,也可以在对象创建后动态添加或者删除。 可以通过给指定的资源对象捆绑一个或多个不同的 Label,来实现多维度的资源分组管理功能。 与 Label 类似的,还有 Annotation(注释)。 区别在于有效的标签值必须为63个字符或更少,并且必须为空或以字母数字字符([a-z0-9A-Z])开头和结尾,中间可以包含横杠(-)、下划线(_)、点(.)和字母或数字。注释值则没有字符长度限制。 ●Label 选择器(Label selector) 给某个资源对象定义一个 Label,就相当于给它打了一个标签;随后可以通过标签选择器(Label selector)查询和筛选拥有某些 Label 的资源对象。 标签选择器目前有两种:基于等值关系(等于、不等于)和基于集合关系(属于、不属于、存在)。 ●Service 在K8S的集群里,虽然每个Pod会被分配一个单独的IP地址,但由于Pod是有生命周期的(它们可以被创建,而且销毁之后不会再启动),随时可能会因为业务的变更,导致这个 IP 地址也会随着 Pod 的销毁而消失。 Service 就是用来解决这个问题的核心概念。 K8S 中的 Service 并不是我们常说的“服务”的含义,而更像是网关层,可以看作一组提供相同服务的Pod的对外访问接口、流量均衡器。 Service 作用于哪些 Pod 是通过标签选择器来定义的。 在 K8S 集群中,Service 可以看作一组提供相同服务的 Pod 的对外访问接口。客户端需要访问的服务就是 Service 对象。每个 Service 都有一个固定的虚拟 ip(这个 ip 也被称为 Cluster IP),自动并且动态地绑定后端的 Pod,所有的网络请求直接访问 Service 的虚拟 ip,Service 会自动向后端做转发。 Service 除了提供稳定的对外访问方式之外,还能起到负载均衡(Load Balance)的功能,自动把请求流量分布到后端所有的服务上,Service 可以做到对客户透明地进行水平扩展(scale)。 而实现 service 这一功能的关键,就是 kube-proxy。kube-proxy 运行在每个节点上,监听 API Server 中服务对象的变化, 可通过以下三种流量调度模式: userspace(废弃)、iptables(濒临废弃)、ipvs(推荐,性能最好)来实现网络的转发。 Service 是 K8S 服务的核心,屏蔽了服务细节,统一对外暴露服务接口,真正做到了“微服务”。比如我们的一个服务 A,部署了 3 个副本,也就是 3 个 Pod; 对于用户来说,只需要关注一个 Service 的入口就可以,而不需要操心究竟应该请求哪一个 Pod。 优势非常明显:一方面外部用户不需要感知因为 Pod 上服务的意外崩溃、K8S 重新拉起 Pod 而造成的 IP 变更, 外部用户也不需要感知因升级、变更服务带来的 Pod 替换而造成的 IP 变化。 ●Ingress![0](/i/l/?n=23&i=blog/2964696/202302/2964696-20230210173829066-343494342.png)
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