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Kubernetes 介绍

随着互联网的发展,在应用程序部署方式上主要经历了三个时代:

  • 1.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


  • 2.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


  • 3.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

Kubernetes 介绍_nginx

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自己的容器编排工具
  • 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 介绍_应用程序_02
  • 1.2 kubernetes简介
  • Kubernetes 介绍_nginx_03
  • 如上图为 kubernetes 的 logo,标志是一个舵手,因为英文单词 K 和 S 中间包含 8 个字母,所以简称 K8S, 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
  • 1.3 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 )

Master 节点上会安装四个重要组件,分别如下:

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,相当于 K8S 的数据库

node:集群的数据平面,负责为容器提供运行环境 ( 干活 )

node 节点上会安装三个重要组件,分别如下:

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

如下图所示:为 K8S 的原理架构图

Kubernetes 介绍_Server_04

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. 当Pod启动后,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。

1.4 kubernetes 概念

Master:集群控制节点,每个集群需要至少一个 master 节点负责集群的管控

Node:工作负载节点,由 master 分配容器到这些 node 工作节点上,然后 node 节点上的 docker 负责容器的运行

Pod:kubernetes 的最小控制单元,容器都是运行在 pod 中的,一个 pod 中可以有 1 个或者多个容器

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,下面可以维护着同一类的多个 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

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