kubernetes(k8s)理论
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2022-11-25 00:15:19
kubernetes(k8s)理论
前言
- kubernetes,简称K8s,是用8代替8个字符“ubernete”而成的缩写。是一个开源的,用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用,Kubernetes的目标是让部署容器化的应用简单并且高效(powerful),Kubernetes提供了应用部署,规划,更新,维护的一种机制。
- 传统的应用部署方式是通过插件或脚本来安装应用。这样做的缺点是应用的运行、配置、管理、所有生存周期将与当前操作系统绑定,这样做并不利于应用的升级更新/回滚等操作,当然也可以通过创建虚拟机的方式来实现某些功能,但是虚拟机非常重,并不利于可移植性。
- 新的方式是通过部署容器方式实现,每个容器之间互相隔离,每个容器有自己的文件系统 ,容器之间进程不会相互影响,能区分计算资源。相对于虚拟机,容器能快速部署,由于容器与底层设施、机器文件系统解耦的,所以它能在不同云、不同版本操作系统间进行迁移。
- 容器占用资源少、部署快,每个应用可以被打包成一个容器镜像,每个应用与容器间成一对一关系也使容器有更大优势,使用容器可以在build或release 的阶段,为应用创建容器镜像,因为每个应用不需要与其余的应用堆栈组合,也不依赖于生产环境基础结构,这使得从研发到测试、生产能提供一致环境。类似地,容器比虚拟机轻量、更“透明”,这更便于监控和管理。
1.kubernetes概述
- Kubernetes是Google开源的一个容器编排引擎,它支持自动化部署、大规模可伸缩、应用容器化管理。在生产环境中部署一个应用程序时,通常要部署该应用的多个实例以便对应用请求进行负载均衡。
- 在Kubernetes中,我们可以创建多个容器,每个容器里面运行一个应用实例,然后通过内置的负载均衡策略,实现对这一组应用实例的管理、发现、访问,而这些细节都不需要运维人员去进行复杂的手工配置和处理。
2.kubernetes特点
- 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
3.kubernetes组件
- 1.Master组件
- kube-apierver
- kube-apiserver用于暴露Kubernetes API。任何的资源请求/调用操作都是通过kube-apiserver提供的接口进行。请参阅构建高可用群集。
- ETCD
- etcd是Kubernetes提供默认的存储系统,保存所有集群数据,使用时需要为etcd数据提供备份计划。
- kube-controller-manager
- kube-controller-manager运行管理控制器,它们是集群中处理常规任务的后台线程。逻辑上,每个控制器是一个单独的进程,但为了降低复杂性,它们都被编译成单个二进制文件,并在单个进程中运行。
- 节点(Node)控制器。
- 副本(Replication)控制器:负责维护系统中每个副本中的pod。
- 端点(Endpoints)控制器:填充Endpoints对象(即连接Services&Pods)。
- Service Account和Token控制器:为新的Namespace创建默认帐户访问API Token。
- cloud-controller-manager
- 云控制器管理器负责与底层云提供商的平台交互。云控制器管理器是Kubernetes版本1.6中引入的,还是Alpha的功能。
- 云控制器管理器仅运行云提供商特定的(controller loops)控制器循环。可以通过将–cloud-providerflag设置为external启动kube-controller-manager ,来禁用控制器循环。
- 节点(Node)控制器
- 路由(Route)控制器
- Service控制器
- 卷(Volume)控制器
- kube-scheduler
- kube-scheduler监视新创建没有分配到Node的Pod,为Pod选择一个Node。
- 插件addons
- 插件(addon)是实现集群pod和Services功能的。Pod由Deployments,ReplicationController等进行管理。Namespace 插件对象是在kube-system Namespace中创建。
- DNS
- 虽然不严格要求使用插件,但Kubernetes集群都应该具有集群 DNS。
- 群集 DNS是一个DNS服务器,能够为 Kubernetes services提供 DNS记录。
- 由Kubernetes启动的容器自动将这个DNS服务器包含在他们的DNS searches中。
- 用户界面
- 容器资源监测
- Cluster-level Logging
- Cluster-level logging,负责保存容器日志,搜索/查看日志。
- 2.节点(Node)组件
- 节点组件运行在Node,提供Kubernetes运行时环境,以及维护Pod。
- kubelet
- kubelet是主要的节点代理,它会监视已分配给节点的pod,具体功能:
- 安装Pod所需的volume。
- 下载Pod的Secrets。
- Pod中运行的 docker(或experimentally,rkt)容器。
- 定期执行容器健康检查。
- Reports the status of the pod back to the rest of the system, by creating amirror podif necessary
- Reports the status of the node back to the rest of the system.
- kube-proxy
- kube-proxy通过在主机上维护网络规则并执行连接转发来实现Kubernetes服务抽象。
- docker
- RKT
- supervisord
- supervisord是一个轻量级的监控系统,用于保障kubelet和docker运行。
- fluentd
- fluentd是一个守护进程,可提供cluster-level logging.。
4.kubernetes的特性
- 自我修复
- 在节点故障时重新启动失败的容器,替换和重新部署,保证预期的副本数量;杀死健康检查失败的容器,并且在未准备好之前不会处理客户端请求,确保线上服务不中断。
- 弹性伸缩
- 使用命令、U|或者基于CPU使用情况自动快速扩容和缩容应用程序实例,保证应用业务高峰并发时的高可用性;业务低峰时回收资源,以最小成本运行服务。
- 自动部署和回滚
- K8S采用滚动更新策略更新应用,一次更新一个Pod,而不是同时删除所有Pod,如果更新过程中出现问题,将回滚更改,确保升级不受影响业务。
- 服务发现和负载均衡
- K8S为多个容器提供一一个统一-访问入口(内部IP地址和-一个DNS名称),并且负载均衡关联的所有容器,使得用户无需考虑容器IP问题。
- 机密和配置管理
- 管理机密数据和应用程序配置,而不需要把敏感数据暴露在镜像里,提高敏感数据安全性。并可以将一些常用的配置存储在K8S中,方便应用程序使用。
- 存储编排
- 挂载外部存储系统,无论是来自本地存储,公有云( 如AWS),还是网络存储( 如NFS、GlusterFS、 Ceph) 都作为集群资源的一部 分使用,极大提高存储使用灵活性。
- 批处理
- 提供一次性任务,定时任务;满足批量数据处理和分析的场景。
5.kubernetes集群架构与组件
6.kubernetes工作流程
7.kubernetes的核心概念
- pod
- 最小部署单元
- 一组容器的集合
- 一个pod中的容器共享网络命名空间
- pod是短暂的
- controllers
- replicaset:确保预期的pod副本数量
- deployment:无状态应用部署
- statefulset:有状态应用部署
- daemonset:确保所有node运行同一个pod
- job:一次性任务
- cronjob:定时任务
- 更高级层次对象,部署和管理pod
- service
- label:标签,附加到某个资源上,用于关联对象、查询和筛选
- namespaces:命名空间,将对象逻辑上隔离
- annotations:注释
8.kubernetes的部署方式
- minikube
- minikube是一个工具,可以在本地快速运行一个单点的kubernetes,仅用于尝试kubernetes或日常开发的用户使用。
- kubeadm
- kubeadm也是一个工具,提供kubeadm init和kuneadm join,用于快速部署kubernetes。
- 二进制包
- 推荐,从官方下载发行版的二进制包,手动部署每个组件,组成kubernetes集群。
9.kubernetes环境规划