来源
bilibili 尚硅谷 K8S 视频：https://www.bilibili.com/video/BV1GT4y1A756
中文社区：https://www.kubernetes.org.cn/
介绍
K8S 主要讲的就是 Kubernetes，首先 Kubernetes 首字母为 K，末尾为 s，中间一共有 8 个字母，所以简称 K8s。
前置知识
- Linux 操作系统
- Docker
课程简介
K8s 概念和架构
从零搭建 K8s 集群
- 基于客户端工具 kubeadm 搭建（简单，最多半小时）
- 基于二进制包方式（能看到内部的架构）
K8s 核心概念
- Pod：K8s 管理的最小单位级，是所有业务类型的基础
- Controller：控制器，有状态，无状态，一次任务，定时任务，守护进程
- Service Ingress：对外暴露端口
- RBAC：安全机制，权限模型
- Helm：下载机制
- 持久化存储
搭建集群监控平台系统
从零搭建高可用 K8s 集群
在集群环境部署项目
K8S 概述和特性
部署发展历程
我们的项目部署也在经历下面的这样一个历程
传统部署 -> 虚拟化部署时代 -> 容器部署时代
- 传统部署时代：早期，组织在物理服务器上运行应用程序。无法为物理服务器中的应用程序定义资源边界，这会导致资源分配问题。例如，如果在物理服务器上运行多个应用程序，则可能会出现-一个应用程序占用大部分资源的情况，结果可能导致其他应用程序的性能下降。–种解决方案是在不同的物理服务器上运行每个应用程序，但是由于资源利用不足而无法扩展，并且组织维护许多物理服务器的成本很高。
- 虚拟化部署时代：作为解决方案，引入了虚拟化功能，它允许您在单个物理服务器的 CPU.上运行多个虚拟机（VM）。虚拟化功能允许应用程序在 VM 之间隔离，并提供安全级别，因为一一个应用程序的信息不能被另一应用程序自由地访问。因为虚拟化可以轻松地添加或更新应用程序、降低硬件成本等等，所以虚拟化可以更好地利用物理服务器中的资源，并可以实现更好的可伸缩性。每个 VM 是一台完整的计算机，在虚拟化硬件之上运行所有组件，包括其自己的操作系统。
- 容器部署时代：容器类似于 VM，但是它们具有轻量级的隔离属性，可以在应用程序之间共享操作系统
（OS），因此，容器被认为是轻量级的。容器与 VM 类似，具有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等。由于它们与基础架构分离，因此可以跨云和 OS 分发进行移植。
容器因具有许多优势而变得流行起来。下面列出了容器的一些好处：
- 敏捷应用程序的创建和部署：与使用 VM 镜像相比，提高了容器镜像创建的简便性和效率。
- 持续开发、集成和部署：通过简单的回滚（由于镜像不可变性），提供可靠且频繁的容器镜像构建和部署。
- 关注开发与运维的分离：在构建/时而不是在部署时创建应用程序容器镜像，将应用程序与基础架构分离。
- 可观察性：不仅可以显示操作系统级别的信息和指标，还可以显示应用程序的运行状况和其他指标信号。
- 跨开发、测试和生产的环境一致性：在便携式计算机上与在云中相同地运行。
- 云和操作系统分发的可移植性：可在 Ubuntu、RHEL、RHEL、CoreOS、本地、Google Kubernetes Engine 和其它任何其它地方运行。
- 以应用程序为中心的管理：提高抽象级别，从在虚拟硬件上运行 OS 到使用逻辑资源在 OS 上运行应用程序。
- 松散耦合、分布式、弹性、解放的微服务：应用程序被分解成较小的独立部分，并且可以动态部署和管理-而不是在一台大型单机上器体运行。
- 资源隔离：可预测的应用程序性能。
K8S 概述
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。
总结：
- K8s 是谷歌在 2014 年发布的容器化集群管理系统
- 使用 k8s 进行容器化应用部署
- 使用 k8s 利于应用扩展
- k8s 目标实施让部署容器化应用更加简洁和高效
Kubernetes 是一个轻便的和可扩展的开源平台，用于管理容器化应用和服务。通过 Kubernetes 能够进行应用的自动化部署和扩缩容。在 Kubernetes 中，会将组成应用的容器组合成一个逻辑单元以更易管理和发现。
Kubernetes 积累了作为 Google 生产环境运行工作负载 15 年的经验，并吸收了来自于社区的最佳想法和实践。
K8S 功能
自动装箱
基于容器对应用运行环境的资源配置要求自动部署应用容器
自我修复(自愈能力)
当容器失败时，会对容器进行重启
当所部署的 Node 节点有问题时，会对容器进行重新部署和重新调度
当容器未通过监控检查时，会关闭此容器直到容器正常运行时，才会对外提供服务
如果某个服务器上的应用不响应了，Kubernetes 会自动在其它的地方创建一个
水平扩展
通过简单的命令、用户 UI 界面或基于 CPU 等资源使用情况，对应用容器进行规模扩大或规模剪裁
当我们有大量的请求来临时，我们可以增加副本数量，从而达到水平扩展的效果
当黄色应用过度忙碌，会来扩展一个应用
服务发现
用户不需使用额外的服务发现机制，就能够基于 Kubernetes 自身能力实现服务发现和负载均衡
对外提供统一的入口，让它来做节点的调度和负载均衡， 相当于微服务里面的网关？
滚动更新
可以根据应用的变化，对应用容器运行的应用，进行一次性或批量式更新
添加应用的时候，不是加进去就马上可以进行使用，而是需要判断这个添加进去的应用是否能够正常使用
版本回退
可以根据应用部署情况，对应用容器运行的应用，进行历史版本即时回退
类似于 Git 中的回滚
密钥和配置管理
在不需要重新构建镜像的情况下，可以部署和更新密钥和应用配置，类似热部署。
存储编排
自动实现存储系统挂载及应用，特别对有状态应用实现数据持久化非常重要
存储系统可以来自于本地目录、网络存储(NFS、Gluster、Ceph 等)、公共云存储服务
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
K8S 架构组件
完整架构图
架构细节
K8S 架构主要包含两部分：Master（主控节点）和 node（工作节点）
master 节点架构图
Node 节点架构图
k8s 集群控制节点，对集群进行调度管理，接受集群外用户去集群操作请求；
master：主控节点
- API Server：集群统一入口，以
restful风格进行操作，同时交给 etcd 存储- 提供认证、授权、访问控制、API 注册和发现等机制
- scheduler：节点的调度，选择 node 节点应用部署
- controller-manager：处理集群中常规后台任务，一个资源对应一个控制器
- etcd：存储系统，用于保存集群中的相关数据
- API Server：集群统一入口，以
Worker node：工作节点
- Kubelet：master 派到 node 节点的代表，管理本机容器
- 一个集群中每个节点上运行的代理，它保证容器都运行在 Pod 中
- 负责维护容器的生命周期，同时也负责 Volume(CSI) 和 网络(CNI)的管理
- kube-proxy：提供网络代理，负载均衡等操作
- Kubelet：master 派到 node 节点的代表，管理本机容器
容器运行环境【Container Runtime】
- 容器运行环境是负责运行容器的软件
- Kubernetes 支持多个容器运行环境：Docker、containerd、cri-o、rktlet 以及任何实现 Kubernetes CRI (容器运行环境接口) 的软件。
fluentd：是一个守护进程，它有助于提升 集群层面日志
K8S 核心概念
Pod
- Pod 是 K8s 中最小的部署单元
- 一组容器的集合
- 共享网络【一个 Pod 中的所有容器共享同一网络】
- 生命周期是短暂的（服务器重启后，就找不到了）
Volume
- 声明在 Pod 容器中可访问的文件目录
- 可以被挂载到 Pod 中一个或多个容器指定路径下
- 支持多种后端存储抽象【本地存储、分布式存储、云存储】
Controller
- 确保预期的 pod 副本数量【ReplicaSet】
- 无状态应用部署【Depoltment】
- 无状态就是指，不需要依赖于网络或者 ip
- 有状态应用部署【StatefulSet】
- 有状态需要特定的条件
- 确保所有的 node 运行同一个 pod 【DaemonSet】
- 一次性任务和定时任务【Job 和 CronJob】
Deployment
- 定义一组 Pod 副本数目，版本等
- 通过控制器【Controller】维持 Pod 数目【自动回复失败的 Pod】
- 通过控制器以指定的策略控制版本【滚动升级、回滚等】
Service
- 定义一组 pod 的访问规则
- Pod 的负载均衡，提供一个或多个 Pod 的稳定访问地址
- 支持多种方式【ClusterIP、NodePort、LoadBalancer】
可以用来组合 pod，同时对外提供服务
Label
label：标签，用于对象资源查询，筛选
Namespace
命名空间，逻辑隔离
- 一个集群内部的逻辑隔离机制【鉴权、资源】
- 每个资源都属于一个 namespace
- 同一个 namespace 所有资源不能重复
- 不同 namespace 可以资源名重复
API
我们通过 Kubernetes 的 API 来操作整个集群
同时我们可以通过 kubectl 、ui、curl 最终发送 http + json/yaml 方式的请求给 API Server，然后控制整个 K8S 集群，K8S 中所有的资源对象都可以采用 yaml 或 json 格式的文件定义或描述
如下：使用 yaml 部署一个 nginx 的 pod
完整流程
- 通过 Kubectl 提交一个创建 RC（Replication Controller）的请求，该请求通过 APlserver 写入 etcd
- 此时 Controller Manager 通过 API Server 的监听资源变化的接口监听到此 RC 事件
- 分析之后，发现当前集群中还没有它所对应的 Pod 实例
- 于是根据 RC 里的 Pod 模板定义一个生成 Pod 对象，通过 APIServer 写入 etcd
- 此事件被 Scheduler 发现，它立即执行执行一个复杂的调度流程，为这个新的 Pod 选定一个落户的 Node，然后通过 API Server 讲这一结果写入 etcd 中
- 目标 Node 上运行的 Kubelet 进程通过 APiserver 监测到这个”新生的 Pod.并按照它的定义，启动该 Pod 并任劳任怨地负责它的下半生，直到 Pod 的生命结束
- 随后，我们通过 Kubectl 提交一个新的映射到该 Pod 的 Service 的创建请求
- ControllerManager 通过 Label 标签查询到关联的 Pod 实例，然后生成 Service 的 Endpoints 信息，并通过 APIServer 写入到 etod 中，
- 接下来，所有 Node 上运行的 Proxy 进程通过 APIServer 查询并监听 Service 对象与其对应的 Endponts 信息，建立一个软件方式的负载均衡器来实现 Service 访问到后端 Pod 的流量转发功能
发布时间： 2021-01-11
最后更新： 2024-06-24
本文标题： Kubernetes学习之简介
本文链接： https://blog-yilia.xiaojingge.com/posts/1f3205a7.html
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