K8S，盘他！之K8S的诞生，架构与组件介绍！

妖狐艹你老母 2023-07-04 08:57 15阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  前言
 *  一：K8S诞生史
 *   *   *  1.1：公有云类型说明：IAAS,PAAS,SAAS
         *  1.2：资源管理器的诞生
         *  1.3：K8S优势
 *  二：K8S架构分析
 *   *   *  2.1：K8S前身Borg系统架构介绍
         *  2.2：kubernetes的系统架构
         *  2.3：组件介绍
 *  三：K8S分层架构
 *   *   *  3.1：分层介绍
         *  3.2：K8S和容器生态系统结构

# 前言 #

*  Kubernetes是什么意思？为什么又称作K8S？
 *  **Kubernetes**的名字来自希腊语，意思是“舵手” 或 “领航员”\*。\*K8s是将8个字母“ubernete”替换为“8”的缩写。

# 一：K8S诞生史 #

*  通过发展史来了解K8S的诞生

### 1.1：公有云类型说明：IAAS,PAAS,SAAS ###

*  在云计算的概念中，我们可以把公有云分为三个层面，IAAS（基础设施即服务）,PAAS（平台即服务）,SAAS（软件即服务）.
 *  IAAS：基础设施即服务。
    
     *  Infrastructure-as-a-Service(IAAS)，国内做的最好的就是阿里云。
     *  ![mark][]
     *  还有其他的大的IAAS公司包括Amazon, Microsoft, VMWare, Rackspace和Red Hat。
     *  但是这些公司又都有自己的专长，比如Amazon和微软给你提供的不只是IAAS，他们还会将其计算能力出租给你来host你的网站。
 *  PAAS：平台即服务。
    
     *  Platform-as-a-Service(PAAS)，某些时候也叫做中间件， PAAS公司在网上提供各种开发和分发应用的解决方案，比如虚拟服务器和操作系统。
     *  一些大的PAAS提供者有Google App Engine,Microsoft Azure，Force.com,Heroku，Engine Yard等
     *  国内做的最好的就是新浪云
     *  ![mark][mark 1]
 *  SAAS：软件即服务。
    
     *  Software-as-a-Service(SAAS)，列举一些例子：如Google Apps、Dropbox、Salesforce、Cisco WebEx、Concur和GoToMeeting等
     *  做的比较好的是Microsoft Office 365
     *  ![mark][mark 2]

### 1.2：资源管理器的诞生 ###

*  有了以上这些公有云之后，我们需要对其进行资源管理，那么此时就诞生了资源管理器：MESOS–Docker Swarm–Kubernetes
 *  MESOS：Mesos是Apache旗下的开源分布式资源管理框架，它被称为是分布式系统的内核，后来在twitter得到广泛使用。
    
     *  ![mark][mark 3]
     *  Twitter也是mesos的最大客户，但是大概在2019年5月份，Twitter 宣布不再使用MESOS，而改用 Kubernetes，至此，Mesos已经是慢慢的被淘汰了
 *  Docker Swarm，是一个非常轻量的群集管理工具，只有几十MB大小
    
     *  Swarm 是 Docker官方提供的一款集群管理工具，其主要作用是把若干台 Docker 主机抽象为一个整体，并且通过一个入口统一管理这些 Docker 主机上的各种 Docker 资源。
     *  但是Swarm 和 Kubernetes 比较类似，因为更加轻，所以具有的功能也较 kubernetes 更少一些。
     *  大概在2019年7月份，阿里云宣布将Docker Swarm 从选择列表中剔除，这也意味着在不就得将来，Docker Swarm 也会像Mesos一样慢慢被淘汰掉
     *  ![mark][mark 4]
 *  Kubernetes，作为压轴的选手，其成为主流已是必然
    
     *  Kubernetes是容器集群管理系统，是一个开源的平台，可以实现容器集群的自动化部署、自动扩缩容、维护等功能
     *  Kubernetes是Google 2014年创建管理的，是Google 10多年大规模容器管理技术Borg的开源版本
     *  Kubernetes的名字来自希腊语，意思是“舵手” 或 “领航员”，所以他的图标是这样的
     *  ![mark][mark 5]

### 1.3：K8S优势 ###

*  **轻量级：消耗资源小，开源，弹性伸缩，负载均衡：IPVS**
 *  **可移植: 支持公有云，私有云，混合云，多重云（multi-cloud）**
 *  **可扩展: 模块化, 插件化, 可挂载, 可组合**
 *  **自动化: 自动部署，自动重启，自动复制，自动伸缩/扩展**

# 二：K8S架构分析 #

### 2.1：K8S前身Borg系统架构介绍 ###

*  K8S非常类似于Borg系统，理解Borg系统架构有助于我们理解K8S架构
 *  ![mark][mark 6]
 *  BorgMaster是整个系统的首脑，所有外部请求都要由BorgMaster接收并分配给旗下的Borglet进行处理。并且BorgMaster实现了高可用，一般会有奇数个BorgMaster的节点副本。
 *  ![mark][mark 7]
 *  Borglet则是处理所分配下来任务的最小的节点单元。
 *  ![mark][mark 8]
 *  scheduler是一个调度器，BorgMaster是通过scheduler将任务发送给Paxos键值对数据库中。而Borglet中在Paxos中进行监听，一旦监听到派发的任务就会从数据库中接收进行处理。
 *  外部可以通过web网页、命令、一些配置文件对Borg系统进行访问。
 *  ![mark][mark 9]

### 2.2：kubernetes的系统架构 ###

*  ![mark][mark 10]
 *  ![mark][mark 11]
 *  K8s 集群属于主从分布式架构，主要由分布式存储（etcd）、服务节点（Worker Node）和控制节点（Master Node）和一些其他核心组件构成
 *  同刚介绍的Brog系统一样，有控制节点和工作节点。
 *  控制节点：
    
     *  Master Node：作为控制节点，对集群进行调度管理；Master Node由API Server、Scheduler、Cluster State Store和Controller-Manger Server所组成；
 *  工作节点：
    
     *  Worker Node：作为真正的工作节点，运行业务应用的容器；Worker Node包含kubelet、kube proxy和Container Runtime等；

### 2.3：组件介绍 ###

*  etcd：键值对数据库 储存K8S集群所有重要信息（持久化），保存了整个集群的状态
 *  Master Node控制节点：
    
     *  apiserver：是master控制节点中最重要的，所有的请求、访问等通信的入口内容都需要交给api server，也提供了认证，授权，访问控制，API注册和发现等机制
     *  Scheduler：负责介绍任务，选择合适的节点进行分配任务，即：负责资源的调度，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的机器上；
     *  Crontroller Manager：维持副本期望数目，负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等；
 *  Worker Node工作节点：
    
     *  Kubelet（节点上的pod管家）：直接跟容器引擎交互实现容器的生命周期管理，同时也负责Volume（CVI）和网络（CNI）的管理；负责Node节点上pod的创建、修改、监控、删除等全生命周期的管理
     *  Kube-proxy：负责写入规则至 IPTABLES、IPVS 实现服务映射访问，负责为Service提供cluster内部的服务发现和负载均衡；
     *  Container runtime：负责镜像管理以及Pod和容器的真正运行（CRI）；
 *  其他组件：
    
     *  CoreDNS：可以为集群中的SVC创建一个域名IP的对应关系解析
     *  Dashboard：给 K8S 集群提供一个 B/S 结构访问体系，提供GUI；
     *  Ingress Controller：为服务提供外网入口；官方只能实现四层代理，INGRESS 可以实现七层代理
     *  Federation：提供跨可用区的集群；提供一个可以跨集群中心多K8S统一管理功能
     *  PROMETHEUS：普罗米修斯，提供K8S集群的监控能力
     *  ELK：提供 K8S 集群日志统一分析介入平台

# 三：K8S分层架构 #

*  ![mark][mark 12]

### 3.1：分层介绍 ###

*  核心层：是Kubernetes最核心的层面，对外提供API构建高层的应用，对内提供插件式应用执行环境；
 *  应用层：部署（无状态应用、有状态应用、批处理任务、集群应用等）和路由（服务发现、DNS解析等）；
 *  管理层：系统度量（如基础设施、容器和网络的度量），自动化（如自动扩展、动态Provision等）以及策略管理（RBAC、Quota、PSP、NetworkPolicy等）；
 *  接口层：kubectl命令行工具、客户端SDK以及集群联邦；
 *  生态系统：在接口层之上的庞大容器集群管理调度的生态系统，可以划分为两个范畴：
    
     *  Kubernetes外部：日志、监控、配置管理、CI、CD、Workflow、FaaS、OTS应用、ChatOps等；
     *  Kubernetes内部：CRI、CNI、CVI、镜像仓库、Cloud Provider、集群自身的配置和管理等；

### 3.2：K8S和容器生态系统结构 ###

*  最开始已经介绍了第一层IAAS和第四层的资源管理器
 *  ![mark][mark 13]

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[mark 1]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cDovL3Rhbmd6aGVuZy1waWNnby5vc3MtY24taGFuZ3pob3UuYWxpeXVuY3MuY29tL2ltZy8yMDIwMDIwOS8yMDU2NDY5OTgucG5n?x-oss-process=image/format,png
[mark 2]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cDovL3Rhbmd6aGVuZy1waWNnby5vc3MtY24taGFuZ3pob3UuYWxpeXVuY3MuY29tL2ltZy8yMDIwMDIwOS8yMDU4NTIyOTYucG5n?x-oss-process=image/format,png
[mark 3]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cDovL3Rhbmd6aGVuZy1waWNnby5vc3MtY24taGFuZ3pob3UuYWxpeXVuY3MuY29tL2ltZy8yMDIwMDIwOS8yMTA5NDM1NjkucG5n?x-oss-process=image/format,png
[mark 4]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cDovL3Rhbmd6aGVuZy1waWNnby5vc3MtY24taGFuZ3pob3UuYWxpeXVuY3MuY29tL2ltZy8yMDIwMDIwOS8yMTEwMTM0ODkucG5n?x-oss-process=image/format,png
[mark 5]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cDovL3Rhbmd6aGVuZy1waWNnby5vc3MtY24taGFuZ3pob3UuYWxpeXVuY3MuY29tL2ltZy8yMDIwMDIwOS8yMTI1NTI2MTMucG5n?x-oss-process=image/format,png
[mark 6]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cDovL3Rhbmd6aGVuZy1waWNnby5vc3MtY24taGFuZ3pob3UuYWxpeXVuY3MuY29tL2ltZy8yMDIwMDIwOS8yMTM3MzgzNTYucG5n?x-oss-process=image/format,png
[mark 7]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cDovL3Rhbmd6aGVuZy1waWNnby5vc3MtY24taGFuZ3pob3UuYWxpeXVuY3MuY29tL2ltZy8yMDIwMDIwOS8yMTQxNTEzODgucG5n?x-oss-process=image/format,png
[mark 8]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cDovL3Rhbmd6aGVuZy1waWNnby5vc3MtY24taGFuZ3pob3UuYWxpeXVuY3MuY29tL2ltZy8yMDIwMDIwOS8yMTQyMDE5MzAucG5n?x-oss-process=image/format,png
[mark 9]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cDovL3Rhbmd6aGVuZy1waWNnby5vc3MtY24taGFuZ3pob3UuYWxpeXVuY3MuY29tL2ltZy8yMDIwMDIwOS8yMTQyMjA1MzgucG5n?x-oss-process=image/format,png
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[mark 12]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cDovL3Rhbmd6aGVuZy1waWNnby5vc3MtY24taGFuZ3pob3UuYWxpeXVuY3MuY29tL2ltZy8yMDIwMDIwOS8yMjE3MDQ0NDYucG5n?x-oss-process=image/format,png
[mark 13]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cDovL3Rhbmd6aGVuZy1waWNnby5vc3MtY24taGFuZ3pob3UuYWxpeXVuY3MuY29tL2ltZy8yMDIwMDIwOS8yMjIxMTMzMDMucG5n?x-oss-process=image/format,png