kubernetes简介和架构及其原理

柔情只为你懂 2022-09-07 14:51 75阅读 0赞

官网文档地址：https://kubernetes.io/zh/docs/home/ （k8s官方有详细文档，学习最好去官网）

# kubernetes 简介 #

Kubernetes 是一个自动化的容器编排平台，它负责应用的部署、应用的弹性伸缩以及应用的管理。它可以提供许多功能， 通俗的讲**kubernetes是一个容器云管家**，它来管理和编排容器，kubernetes可以提供以下这些功能:

**服务发现和负载均衡**

> Kubernetes 可以使用 DNS 名称或自己的 IP 地址公开容器，如果进入容器的流量很大， Kubernetes 可以负载均衡并分配网络流量，从而使部署稳定

**存储编排**

> Kubernetes 允许你自动挂载你选择的存储系统，例如本地存储、公共云提供商等。

**自动部署和回滚**

> 你可以使用 Kubernetes 描述已部署容器的所需状态，它可以以受控的速率将实际状态 更改为期望状态。例如，你可以自动化 Kubernetes 来为你的部署创建新容器， 删除现有容器并将它们的所有资源用于新容器。

**自动完成装箱计算**

> Kubernetes 允许你指定每个容器所需 CPU 和内存（RAM）。 当容器指定了资源请求时，Kubernetes 可以做出更好的决策来管理容器的资源。

**自我修复**

> Kubernetes 重新启动失败的容器、替换容器、杀死不响应用户定义的 运行状况检查的容器，并且在准备好服务之前不将其通告给客户端。

**密钥与配置管理**

> Kubernetes 允许你存储和管理敏感信息，例如密码、OAuth 令牌和 ssh 密钥。 你可以在不重建容器镜像的情况下部署和更新密钥和应用程序配置，也无需在堆栈配置中暴露密钥

…等

# kubernetes 集群架构 #

kubernetes使用的是 **master-node架构**。  
Master 作为中央的管控节点，会去与 Node 进行一个连接。客户端（比如UI/CLI等）只会和 Master 进行连接，把希望的状态或者想执行的命令下发给 Master，Master 会把这些命令或者状态下发给相应的节点，进行最终的执行

*  master: 主节点，可能有很多
 *  node: 工作节点，很多，真正干活的应用

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 工作原理 ##

**Master**

Kubernetes 的 Master 包含四个主要的组件：kube-apiserver、kube-controller、kube-scheduler 以及 etcd，如下图所示。我们一般也称Master节点为控制面（Control Plane），控制面的这4个组件对集群做出全局决策（比如把Pod调度到某个合适的节点上），以及检测和响应集群事件。

master节点上有一些核心组件：

*  **Controller Manager**：控制管理器，它用来完成对集群状态的管理
 *  **etcd**：键值数据库，是一个分布式的一个存储系统，API Server 中所需要的这些原信息都被放置在 etcd 中，etcd 本身是一个高可用系统，通过 etcd 保证整个 Kubernetes 的 Master 组件的高可用性
 *  **scheduler**：调度器，“调度器”顾名思义就是完成调度的操作，该组件监视那些新创建的 Pod，并选择符合调节的节点让 Pod 在上面运行。调度决策考虑的因素包括单个 Pod 和 Pod 集合的资源需求、硬件/软件/策略约束、亲和性和反亲和性规范、数据位置、工作负载间的干扰等。
 *  **api server**：api网关，顾名思义是用来处理 API 操作的，Kubernetes 中所有的组件都会和 API Server 进行连接，组件与组件之间一般不进行独立的连接，都依赖于 API Server 进行消息的传送

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

**Node**

Kubernetes 的 Node 是真正运行业务负载的，每个业务负载会以 Pod 的形式运行。一个 Pod 中运行一个或者多个容器，真正去运行这些 Pod 的组件的是叫做 kubelet，也就是 Node 上最为关键的组件，它通过 API Server 接收到所需要 Pod 运行的状态，然后提交到我们下面画的这个 Container Runtime 组件（简单的理解也就是平时我们所说的容器）中。

node节点（worker工作节点）：

*  **kubelet**：这是运行在每个工作节点上最重要的组件，kubelet 接收一组通过各类机制提供给它的 PodSpecs（也就是Pod的期望状态），确保这些 PodSpecs 中描述的容器处于运行状态且健康。
 *  **kube-proxy**：代理。代理网络，kube-proxy 维护节点上的网络规则。这些网络规则允许从集群内部或外部的网络与 Pod 进行网络通信。它是实现Kubernetes Service概念的重要组件。
 *  **Pod**: Pod 是 Kubernetes 的一个最小调度以及资源单元。用户可以通过 Kubernetes 的 Pod API 生产一个 Pod，让 Kubernetes 对这个 Pod 进行调度，也就是把它放在某一个 Kubernetes 管理的节点上运行起来。一个 Pod 简单来说是对一组容器的抽象，它里面会包含一个或多个容器。

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Master 和 node节点交互如下图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

需要强调的是，**Kubernetes 的 Node 并不会直接和用户进行交互，它的交互只会通过 Master，用户通过 Master 向节点下发信息**。Kubernetes 每个 Node 上，都会运行刚才提到的这几个组件。

## 组件交互原理 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z5ajEzOTI1NDc1OTU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

想让k8s部署一个tomcat？整个交互过程如下：

> 1.  开机默认所有节点的kubelet、master节点的scheduler（调度器）、controller-manager（控制管理器）一直监听master的api-server发来的事件变化（for ::）
> 2.  程序员使用命令行工具： kubectl ； kubectl create deploy tomcat --image=tomcat8（告诉master让集群使用tomcat8镜像，部署一个tomcat应用）
> 3.  kubectl命令行内容发给api-server，api-server保存此次创建信息到etcd
> 4.  etcd给api-server上报事件，说刚才有人给我里面保存一个信息。（部署Tomcat\[deploy\]）
> 5.  controller-manager监听到api-server的事件，（部署Tomcat\[deploy\]）
> 6.  controller-manager 处理这个 （部署Tomcat\[deploy\]）的事件。controller-manager会生成Pod的部署信息【pod信息】
> 7.  controller-manager 把Pod的信息交给api-server，再保存到etcd
> 8.  etcd上报事件【pod信息】给api-server。
> 9.  scheduler专门监听 【pod信息】 ，拿到 【pod信息】的内容，计算，看哪个节点合适部署这个Pod【pod调度过后的信息node: node-02）】
> 10. scheduler把 【pod调度过后的信息（node: node-02）】交给api-server保存给etcd
> 11. etcd上报事件【pod调度过后的信息（node: node-02）】，给api-server
> 12. 其他节点的kubelet专门监听 【pod调度过后的信息（node: node-02）】 事件，集群所有节点kubelet从api-server就拿到了 【pod调度过后的信息（node: node-02）】 事件
> 13. 每个节点的kubelet判断是否属于自己的事情；node-02的kubelet发现是他的事情
> 14. node-02的kubelet启动这个pod。汇报给master当前启动好的所有信息

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