k8s 是什么？

k8s 介于应用和服务器之间，能够通过配置协调多个应用服务。使用者通过配置 yaml 文件来将多个服务自动部署应用到各个服务器上，实现服务的自动扩缩容，并且具有高可用性（某台机器上服务宕机后，自动在另外的服务器上部署应用）。

k8s 架构原理

k8s 整体分为控制平面和运行节点，控制平台负责控制和管理各个 Node，Node 负责实际运行各个应用服务。

控制平面内部结构

• API-Server：提供给用户操作的 API 接口；
• Scheduler：根据各服务器的负载情况，选择合适的 Node 节点部署应用；
• Controller Manager：启动/关闭应用服务；
• etcd：存储上述操作过程中的应用数据；

Node 内部结构

Node 可以是单独的应用服务器或者虚拟机，单个 Node 上可以运行多个应用服务，多个应用服务共享 Node 的内存和 CPU 等计算资源。

部署应用时，只需要将应用程序打包成容器镜像（镜像可以理解为应用代码+依赖的操作系统环境）。在任意一台机器上解压该压缩包就可以部署该服务。

• container Runtime：容器运行时组件；
• log container：搭配容器使用，日志收集；
• monitor container：监控采集器；
• kubelet：管理和监控 Pod；
• kube Proxy：网络通信功能，使得外部请求能够转发到 Pod 中；

上述多个容器组成一个 Pod，Pod 运行在 Node 上。K8s 可以将一个 Pod 从一个 Node 迁移到另外一个 Node 中实现 Node 间的负载均衡。Pod 是 K8s 中最小的调度单位。

Cluster 集群

控制平台和多个 Node 共同构成了一个集群，我们一般会构建多个集群（比如生产集群和测试集群）。同时为了将集群内部服务暴露给外部服务，还会提供一个 Ingress 控制器，它可以提供一个入口，让集群外部服务访问内部服务。

服务部署全过程

• kubectl：部署服务时不需要用户再手动编写代码，而是通过 kubectl 命令行工具调用 k8s 内部 API。

服务部署步骤:

• 编写 YAML 文件，内容包括部署哪些镜像，每个镜像占用的内存和 CPU 等信息。

• 使用 kubectl 工具部署，命令为 kubectl apply -f xxx.yaml；kubectl 将解析 yaml 文件，并将解析后的对象发送给 k8s-ApiServer，ApiServer 会驱使 Scheduler 通过 etcd 提供的数据寻找合适的 Node；
• 寻找到合适的 Node 后，再向 Node 内部的 kubelet 发送命令请求，kubelet 收到请求后驱使内部的 container Runtime 去拉去镜像创建容器，最终完成 Pod 的创建。

服务调用全过程

• 用户访问外部 http 浏览器；
• 请求打到 Ingress控制器，请求打到某个 Node 的 kube-Proxy 上然后转发到 Pod 的内部服务中；
• 随后处理结果原路返回，完成一次服务调用。

kubernetes 核心组件

• node：k8s 中一个节点（node可以是物理机或虚拟机），一个 node 包含一个或多个 pod；
• pod：是 K8s 的最小调度单元，是一个或多个容器的组合。它创建了容器的运行环境，在环境中容器可以共享资源（网络/存储/文件）。我们常说的边车模式 sidecar 就是将应用容器和一些辅助容器（日志收集、服务监控）放到一个 pod 中。

• pod 不是稳定的，如果某个 pod 出现故障，k8s 会自动删除销毁该 pod。为了解决这个问题，引入了 svc，应用程序容器直接请求 svc 获取服务IP地址，由 svc 实现反向代理，即使某 service 出现故障，svc 的地址也不会改变，svc 会自动将请求转发到健康的 pod 上。

• Service：将一组 pod 封装为一个服务，并提供统一的入口来访问这个服务。服务分为内部服务和外部服务，内部服务指不暴露给外部的服务（MySQL、MQ、Redis...），可以通过 node:port 将 node 节点端口映射到 ServiceIP、ServicePort 上，这样通过节点来访问服务。但是实际生产环境下不能这样使用，需要另一个组件 Ingress。
• Ingress：路由转发请求，将请求转发到集群内部的 Service 上，它配置了不同的转发规则进行请求转发，这样就能通过域名访问不同 Service 的后端不同 Pod；

• ConfigMap：应用程序和其依赖组件存在配置上的耦合，比如我们在应用程序中定义配置文件，那么当配置文件修改时需要重新启动部署应用程序，对于一些不能下线的业务显然是不行的。k8s 引入了 ConfigMap 结构，该结构定义了应用程序的配置信息。配置更改时只需要更新 ConfigMap 结构，然后重新加载 pod 即可，不需要重新编译和部署应用程序。实现了应用程序和依赖组件间的解耦操作。

• Volumes：持久化存储容器数据到磁盘等设备。

• Deployment：为保证服务高可用，将整体服务部署到多个节点上，利用 Depolyment 组件实现多副本服务的复制和管理；而数据库等组件不使用 Depolyment 组件来实现多副本，因为这些组件涉及到多副本之间数据的一致性等问题，一般使用 sts（StatefulSet） 组件来管理 。

• StatefulSet：部署有状态服务应用程序，管理其副本，将一个或多个 pod 集中在一起，并且具有副本控制、滚动更新、自动扩缩容等特性。

• api-server：接收客户端请求，对请求者身份等信息验证，转发请求到具体 Node处理；

• Scheduler：监控集群中所有节点的资源使用情况，根据一些调度策略，将 Pod 调度到合适的节点上运行。比如新增一个 Pod，调度器会优先将 Pod 加入到资源最多的节点上；

• Controller Manager：控制器管理器，负责管理集群中各资源对象的状态。

• etcd：存储集群中所有资源的数据、状态，但是它一般不存储应用程序中的数据（比如 Mysql数据）。

kubernetes 架构

工作节点 worknode 一般包含以下组件：

• cotainer-runtime：容器运行时，处理容器初始化、镜像拉取、启动停止容器；
  • 常见的 container-runtime 有：
    • Docker-Engine；
    • Containerd；
    • CRI-O；
    • Mirantis Container Runtime；
• kubelet：管理并维护每个 pod，定期接收新的或修改后的 Pod 规范；监视容器运行情况，并定期汇报给 api-server；
• kube-proxy：为 pod 提供网络代理、负载均衡服务；通过负载均衡策略将请求转发到具体的 Node 节点上，Node 再定位到具体的 Service，Service 请求具体 Pod 开始处理。