【kubernetes】k8s概念、核心及组件详细说明

今天药忘吃喽~ 2022-10-11 00:58 212阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  kubernetes说明
 *  kubernetes虚拟化环境框架图
 *  Kubernetes 特点
 *  Kubernetes 术语【核心概念】
 *   *  Master【管理节点 (Master Node)】
     *  Node【工作节点 (Minion Node)】
     *  Pod【容器集 (Pod)】
     *  Service【服务 (Service)】
     *  Replication Controller【复制控制器 (Replication Controller)】
     *  Deployment【部署（Deployment）】
     *  Label【标签（Lable）】
 *  Kubernetes 组建说明
 *   *  重要组建
     *   *  kubectl
         *  Kubernetes API Server
         *  kube-controller-manager
         *  kube-scheduler（将 Pod 调度到 Node 上）
         *  etcd
         *  kube-proxy
         *  kubelet
         *  DNS
         *  flannel
     *  其他组建
     *   *  Replication Controller
         *  Node Controller
         *  Namespace Controller
         *  Service Controller
         *  EndPoints Controller
         *  Service Account Controller
         *  Persistent Volume Controller
         *  Daemon Set Controller
         *  Deployment Controller
         *  Job Controller
         *  Pod Autoscaler Controller
 *  Kubernetes Node运行节点，运行管理业务容器，包含如下组件:
 *   *  Kubelet
     *  Kubernetes Proxy
     *  Docker

# kubernetes说明 #

*  .背景介绍
    
     *  云计算飞速发展
        
         *  IaaS（基础设施即服务）  
            提供给消费者的服务是对所有计算基础设施的利用，包括处理CPU、内存、存储、网络和其它基本的计算资源，用户能够部署和运行任意软件，包括操作系统和应用程序。
         *  PaaS（平台即服务）  
            提供给消费者的服务是把客户采用提供的开发语言和工具（例如Java，python, .Net等）开发的或收购的应用程序部署到供应商的云计算基础设施上去。
         *  SaaS（软件即服务）  
            提供给客户的服务是运营商运行在云计算基础设施上的应用程序，用户可以在各种设备上通过客户端界面访问，如浏览器。消费者不需要管理或控制任何云计算基础设施，包括网络、服务器、操作系统、存储等等；
     *  Docker技术突飞猛进
        
         *  一次构建，到处运行
         *  容器的快速轻量
         *  完整的生态环境
 *  Kubernetes (通常称为 K8s) 是用于自动部署、扩展和管理容器化（containerized）应用程序的开源系统，是 Google内部工具 Borg 的“开源版”。
 *  `kubernets=k8s`原因是因为 k和s中间有8个字母。
 *  kubernetes是用来管理容器的  
    容器是由runtime（运行时）来生产的
 *  容器的编排工具
    
     *  swarm
     *  compose
     *  mesos
     *  openshift
     *  kubernetes
 *  kubernetes读音有以下几种
    
     *  Q博耐替私
     *  Q博耐tiu私
     *  酷博乃提私
     *  酷博乃tiu私
 *  k8s并不直接管理一个个的容器，而是管理的一个个pod  
    pod翻译成中文—豆荚  
    最小的管理单位是pod
 *  Kubernetes 目前是公认的最先进的容器集群管理工具，在 1.0 版本发布后，Kubernetes 的发展速度更加迅猛，并且得到了容器生态圈厂商的全力支持，这包括coreos、rancher 等，诸多提供公有云服务的厂商在提供容器服务时也都基于 Kubernetes 做二次开发来提供基础设施层的支撑，比如华为。可以说 Kubernetes 也是 Docker 进军容器集群管理和服务编排领域最为强劲的竞争对手（Docker Swarm）。
 *  Kubernetes 定义了一组构建块，它们可以共同提供部署、维护和扩展应用程序的机制。组成 Kubernetes 的组件设计为松耦合和可扩展的，这样可以满足多种不同的工作负载。可扩展性在很大程度上由 Kubernetes API 提供——它被作为扩展的内部组件以及 Kubernetes 上运行的容器等使用。
 *  因为 Kubernetes 是由很多组件构成的一个系统，所以对于 Kubernetes 的安装部署来说，还是有些困难的，并且 Kubernetes 是 Google 开发的，有很多内部的依赖包都是需要穿墙访问的。
 *  当然，也有快速安装的工具，比如 kubeadm，kubeadm 是 Kubernetes 官方提供的快速安装和初始化 Kubernetes 集群的工具，目前的还处于孵化开发状态，伴随 Kubernetes 每个版本的发布都会同步更新，当然，目前的 kubeadm 是不能用于生产环境的。

# kubernetes虚拟化环境框架图 #

下面的每张图都是独立的，是用不同的方法展示出来而已。  
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# Kubernetes 特点 #

*  简洁的：轻量级，简单，易上手
    
     *  可移植的：公有，私有，混合，多重云（multi-cloud）
     *  可扩展的: 模块化, 插件化, 可挂载, 可组合
     *  可自愈的: 自动布置, 自动重启, 自动复制
 *  通俗来说：
    
     *  自动化容器的部署和复制
     *  随时扩展或收缩容器规模
     *  将容器组织成组，并且提供容器间的负载均衡
     *  很容易地升级应用程序容器的新版本
     *  提供容器弹性，如果容器失效就替换它

# Kubernetes 术语【核心概念】 #

## Master【管理节点 (Master Node)】 ##

*  简单来说： 用于控制 Kubernetes 节点的计算机，所有任务分配都来自于此。
 *  k8s集群的管理节点，负责管理集群，提供集群的资源数据访问入口。拥有Etcd存储服务（可选），运行Api Server进程，Controller Manager服务进程及Scheduler服务进程，关联工作节点Node。Kubernetes API server提供HTTP Rest接口的关键服务进程，是Kubernetes里所有资源的增、删、改、查等操作的唯一入口。也是集群控制的入口进程；Kubernetes Controller Manager是Kubernetes所有资源对象的自动化控制中心；Kubernetes Schedule是负责资源调度（Pod调度）的进程。

## Node【工作节点 (Minion Node)】 ##

*  简单来说：执行请求和分配任务的计算机，由 Kubernetes 主机负责对节点进行控制。
 *  Node也称之为worker。
 *  Node是Kubernetes集群架构中运行Pod的服务节点（亦叫agent或minion）。Node是Kubernetes集群操作的单元，用来承载被分配Pod的运行，是Pod运行的宿主机。关联Master管理节点，拥有名称和IP、系统资源信息。运行docker eninge服务，守护进程kunelet及负载均衡器kube-proxy.
    
     *  每个Node节点都运行着以下一组关键进程
     *  kubelet：负责对Pod对于的容器的创建、启停等任务
     *  kube-proxy：实现Kubernetes Service的通信与负载均衡机制的重要组件
     *  Docker Engine（Docker）：Docker引擎，负责本机容器的创建和管理工作
 *  Node节点可以在运行期间动态增加到Kubernetes集群中，默认情况下，kubelet会想master注册自己，这也是Kubernetes推荐的Node管理方式，kubelet进程会定时向Master汇报自身情报，如操作系统、Docker版本、CPU和内存，以及有哪些Pod在运行等等，这样Master可以获知每个Node节点的资源使用情况，冰实现高效均衡的资源调度策略。

## Pod【容器集 (Pod)】 ##

*  简单来说：被部署在单个节点上的，且包含一个或多个容器的容器组，Pod 是可以被创建，调度，并与 Kubernetes 管理最小部署单元，同一容器集中的所有容器共享同一个 IP 地址、IPC、主机名称及其它资源。容器集会将网络和存储从底层容器中抽象出来，这样，您就能更加轻松地在集群中移动容器。
 *  运行于Node节点上，若干相关容器的组合。Pod内包含的容器运行在同一宿主机上，使用相同的网络命名空间、IP地址,同一个Pod中，端口不能重复，否则报错，能够通过localhost进行通。Pod是Kurbernetes进行创建、调度和管理的最小单位，它提供了比容器更高层次的抽象，使得部署和管理更加灵活。一个Pod可以包含一个容器或者多个相关容器。
 *  Pod其实有两种类型：普通Pod和静态Pod，后者比较特殊，它并不存在Kubernetes的etcd存储中，而是存放在某个具体的Node上的一个具体文件中，并且只在此Node上启动。普通Pod一旦被创建，就会被放入etcd存储中，随后会被Kubernetes Master调度到摸个具体的Node上进行绑定，随后该Pod被对应的Node上的kubelet进程实例化成一组相关的Docker容器冰启动起来，在。在默认情况下，当Pod里的某个容器停止时，Kubernetes会自动检测到这个问起并且重启这个Pod（重启Pod里的所有容器），如果Pod所在的Node宕机，则会将这个Node上的所有Pod重新调度到其他节点上。

## Service【服务 (Service)】 ##

*  简单来说：服务为一组 Pod 提供单一稳定的名称和地址，服务可将工作定义与容器集分离，Kubernetes 服务代理会自动将服务请求分配到正确的容器集 — 无论这个容器集会移到集群中的哪个位置，即使它已被替换，也是如此。
 *  Service定义了Pod的逻辑集合和访问该集合的策略，是真实服务的抽象。Service提供了一个统一的服务访问入口以及服务代理和发现机制，关联多个相同Label的Pod，用户不需要了解后台Pod是如何运行。
    
     *  外部系统访问Service的问题  
        首先需要弄明白Kubernetes的三种IP这个问题
        
         *  Node IP：Node节点的IP地址
         *  Pod IP： Pod的IP地址
         *  Cluster IP：Service的IP地址
     *  首先,Node IP是Kubernetes集群中节点的物理网卡IP地址，所有属于这个网络的服务器之间都能通过这个网络直接通信。这也表明Kubernetes集群之外的节点访问Kubernetes集群之内的某个节点或者TCP/IP服务的时候，必须通过Node IP进行通信
     *  其次，Pod IP是每个Pod的IP地址，他是Docker Engine根据docker0网桥的IP地址段进行分配的，通常是一个虚拟的二层网络。
     *  最后Cluster IP是一个虚拟的IP，但更像是一个伪造的IP网络，原因有以下几点
        
         *  Cluster IP仅仅作用于Kubernetes Service这个对象，并由Kubernetes管理和分配P地址
         *  Cluster IP无法被ping，他没有一个“实体网络对象”来响应
         *  Cluster IP只能结合Service Port组成一个具体的通信端口，单独的Cluster IP不具备通信的基础，并且他们属于Kubernetes集群这样一个封闭的空间。
 *  Kubernetes集群之内，Node IP网、Pod IP网于Cluster IP网之间的通信，采用的是Kubernetes自己设计的一种编程方式的特殊路由规则。

## Replication Controller【复制控制器 (Replication Controller)】 ##

*  简单来说：复制控制器管理 Pod 的生命周期，它们保证指定数量的 Pod 在任何给定的时间都在运行，他们通过创建或删除 Pod 做到这一点
 *  Replication Controller用来管理Pod的副本，保证集群中存在指定数量的Pod副本。集群中副本的数量大于指定数量，则会停止指定数量之外的多余容器数量，反之，则会启动少于指定数量个数的容器，保证数量不变。Replication Controller是实现弹性伸缩、动态扩容和滚动升级的核心。

## Deployment【部署（Deployment）】 ##

*  这个东西是Replication Controller的升级版，了解下就行，平常还是使用Replication Controller更多。
 *  Deployment 是新一代用于 Pod 管理的对象，与 Replication Controller 相比，它提供了更加完善的功能，使用起来更加简单方便。

## Label【标签（Lable）】 ##

*  简单来说：标签用于组织和选择基于键值对的对象组，它们被用于每一个 Kubernetes 组件。
 *  Kubernetes中的任意API对象都是通过Label进行标识，Label的实质是一系列的Key/Value键值对，其中key于value由用户自己指定。Label可以附加在各种资源对象上，如Node、Pod、Service、RC等，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上去。Label是Replication Controller和Service运行的基础，二者通过Label来进行关联Node上运行的Pod。
 *  我们可以通过给指定的资源对象捆绑一个或者多个不同的Label来实现多维度的资源分组管理功能，以便于灵活、方便的进行资源分配、调度、配置等管理工作。  
    一些常用的Label如下：
    
     *  版本标签：“release”:“stable”,“release”:“canary”…
     *  环境标签：“environment”:“dev”,“environment”:“qa”,“environment”:“production”
     *  架构标签：“tier”:“frontend”,“tier”:“backend”,“tier”:“middleware”
     *  分区标签：“partition”:“customerA”,“partition”:“customerB”
     *  质量管控标签：“track”:“daily”,“track”:“weekly”
 *  Label相当于我们熟悉的标签，给某个资源对象定义一个Label就相当于给它大了一个标签，随后可以通过Label Selector（标签选择器）查询和筛选拥有某些Label的资源对象，Kubernetes通过这种方式实现了类似SQL的简单又通用的对象查询机制。  
    Label Selector在Kubernetes中重要使用场景如下:
    
     *  kube-Controller进程通过资源对象RC上定义Label Selector来筛选要监控的Pod副本的数量，从而实现副本数量始终符合预期设定的全自动控制流程
     *  kube-proxy进程通过Service的Label Selector来选择对应的Pod，自动建立起每个Service岛对应Pod的请求转发路由表，从而实现Service的智能负载均衡
     *  通过对某些Node定义特定的Label，并且在Pod定义文件中使用Nodeselector这种标签调度策略，kuber-scheduler进程可以实现Pod”定向调度“的特性

# Kubernetes 组建说明 #

## 重要组建 ##

### kubectl ###

客户端命令行工具，将接受的命令格式化后发送给 kube-apiserver，作为整个系统的操作入口。

### Kubernetes API Server ###

*  作为整个系统的控制入口，以 REST API 服务提供接口。
 *  其封装了核心对象的增删改查操作，以RESTful API接口方式提供给外部客户和内部组件调用。维护的REST对象持久化到Etcd中存储。

### kube-controller-manager ###

用来执行整个系统中的后台任务，包括节点状态状况、Pod 个数、Pods 和 Service 的关联等。

### kube-scheduler（将 Pod 调度到 Node 上） ###

*  负责节点资源管理，接受来自 kube-apiserver 创建 Pods 任务，并分配到某个节点。
 *  为新建立的Pod进行节点(node)选择(即分配机器)，负责集群的资源调度。组件抽离，可以方便替换成其他调度器。

### etcd ###

负责节点间的服务发现和配置共享。

### kube-proxy ###

运行在每个计算节点上，负责 Pod 网络代理。定时从 etcd 获取到 Service 信息来做相应的策略。

### kubelet ###

运行在每个计算节点上，作为 agent，接受分配该节点的 Pods 任务及管理容器，周期性获取容器状态，反馈给 kube-apiserver。

### DNS ###

一个可选的DNS服务，用于为每个 Service 对象创建 DNS 记录，这样所有的 Pod 就可以通过 DNS 访问服务了。

### flannel ###

Flannel 是 CoreOS 团队针对 Kubernetes 设计的一个覆盖网络（Overlay Network）工具，需要另外下载部署。我们知道当我们启动 Docker 后会有一个用于和容器进行交互的 IP 地址，如果不去管理的话可能这个 IP 地址在各个机器上是一样的，并且仅限于在本机上进行通信，无法访问到其他机器上的 Docker 容器。Flannel 的目的就是为集群中的所有节点重新规划 IP 地址的使用规则，从而使得不同节点上的容器能够获得同属一个内网且不重复的 IP 地址，并让属于不同节点上的容器能够直接通过内网 IP 通信。

## 其他组建 ##

### Replication Controller ###

管理维护Replication Controller，关联Replication Controller和Pod，保证Replication Controller定义的副本数量与实际运行Pod数量一致。

### Node Controller ###

管理维护Node，定期检查Node的健康状态，标识出(失效|未失效)的Node节点。

### Namespace Controller ###

管理维护Namespace，定期清理无效的Namespace，包括Namesapce下的API对象，比如Pod、Service等。

### Service Controller ###

管理维护Service，提供负载以及服务代理。

### EndPoints Controller ###

管理维护Endpoints，关联Service和Pod，创建Endpoints为Service的后端，当Pod发生变化时，实时更新Endpoints。

### Service Account Controller ###

管理维护Service Account，为每个Namespace创建默认的Service Account，同时为Service Account创建Service Account Secret。

### Persistent Volume Controller ###

管理维护Persistent Volume和Persistent Volume Claim，为新的Persistent Volume Claim分配Persistent Volume进行绑定，为释放的Persistent Volume执行清理回收。

### Daemon Set Controller ###

管理维护Daemon Set，负责创建Daemon Pod，保证指定的Node上正常的运行Daemon Pod。

### Deployment Controller ###

管理维护Deployment，关联Deployment和Replication Controller，保证运行指定数量的Pod。当Deployment更新时，控制实现Replication Controller和　Pod的更新。

### Job Controller ###

管理维护Job，为Jod创建一次性任务Pod，保证完成Job指定完成的任务数目

### Pod Autoscaler Controller ###

实现Pod的自动伸缩，定时获取监控数据，进行策略匹配，当满足条件时执行Pod的伸缩动作。

# Kubernetes Node运行节点，运行管理业务容器，包含如下组件: #

## Kubelet ##

负责管控容器，Kubelet会从Kubernetes API Server接收Pod的创建请求，启动和停止容器，监控容器运行状态并汇报给Kubernetes API Server。

## Kubernetes Proxy ##

负责为Pod创建代理服务，Kubernetes Proxy会从Kubernetes API Server获取所有的Service信息，并根据Service的信息创建代理服务，实现Service到Pod的请求路由和转发，从而实现Kubernetes层级的虚拟转发网络。

## Docker ##

Node上需要运行容器服务

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