k8s是一个工业级的容器编排平台，Kubernetes 这个单词是希腊语，它的中文翻译是“舵手”或者“飞行员”。container意思就是“集装箱”。Kubernetes 也就借着这个寓意，希望成为运送集装箱的一个轮船，来帮助我们管理这些集装箱，也就是管理这些容器。k8s的主要功能有三块：调度、自我修复、水平伸缩。本篇先从概念部分开始。

一、相关概念

在了解k8s的时候，先对以下相关概念先有一个总结性的认知：

  • Cluster : 集群是指由k8s使用一些列的物理机,虚拟机和其他基础资源来运行你的应用程序.
  • Master：集群的控制的节点.
  • Node : 一个node就是一个运行着k8s的物理机或虚拟机,平切pod可以在其上面被调度.
  • Pod : 一个pod对应一个由相关容器和卷组成的容器组.
  • Label : 一个label是一个被附加到资源上的键/值对,譬如附加到一个pod上,为他传递一个用户自定义并且可是别的属性.Label还可以被应用来组织和选择子网中的资源.
  • Selector : 是一个通过匹配labels来定义资源之间关系的表达式,例如为一个负载均衡的service指定pod.
  • Replication Controller : RC是为了保证一定数量被指定的Pod的复制品在任何时间都能正常工作.它不仅允许复制的系统易于扩展,还会处理当pod在机器重启或发生故障的时候再次创建一个.
  • Service : 一个service定义了访问pod的方式,就像单个固定的IP地址和与其相对应的DNS之间的关系.
  • Volume : 一个volume是一个目录,k8s volume构建在docker volumes之上,并且支持添加和配置volume目录或者其他存储设备.
  • Secret : secret存储了敏感数据,例如能允许容器接受请求的权限令牌.
  • Namespaces : 用户为k8s中资源定义的名字.

二、组件介绍

Master

Master是集群的控制节点，每个K8s集群里需要有一个Master节点来负责整个集群的管理和控制。基本上k8s的所有控制命令都发给它，它来负责整个具体的执行过程。Master节点通常占据一个独立的服务器（高可用部署建议3台服务器）。
Master节点运行着以下一组关键过程：

  • API Server：集群控制的入口进程。
  • k8s Controller Manager：K8s里所有资源对象的自动化控制中心，k8s中所有资源对象的自动化控制中心，维护管理集群的状态，比如故障检测，自动扩展，滚动更新等。
  • K8s Scheduler:负责资源调度的进程，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的机器上。
  • etcd:所有资源对象的数据全部保存在etcd。

Node节点

除了master以外的节点被称为Node或者Worker节点，可以在master中使用命令 kubectl get nodes查看集群中的node节点。每个Node都会被Master分配一些工作负载（Docker容器），当某个Node宕机时，该节点上的工作负载就会被Master自动转移到其它节点上。在Node上主要运行着：

  • kubelet：负责Pod对应的容器的创建、启停等任务，同时与Master密切协作，实现集群管理的基本功能
  • kube-proxy：实现service的通信与负载均衡
  • docker（Docker Engine）：Docker引擎，负责本机的容器创建和管理

Pod

Pod是Kubernetes创建或部署的最小/最简单的基本单位，一个Pod代表集群上正在运行的一个进程。一个Pod封装一个应用容器（也可以有多个容器），存储资源、一个独立的网络IP以及管理控制容器运行方式的策略选项。Pod代表部署的一个单位：Kubernetes中单个应用的实例，它可能由单个容器或多个容器共享组成的资源。

container-pod-node

Pods提供两种共享资源：网络和存储。 网络:每个Pod被分配一个独立的IP地址，Pod中的每个容器共享网络命名空间，包括IP地址和网络端口。Pod内的容器可以使用localhost相互通信。当Pod中的容器与Pod 外部通信时，他们必须协调如何使用共享网络资源（如端口）。 存储:Pod可以指定一组共享存储volumes。Pod中的所有容器都可以访问共享volumes，允许这些容器共享数据。volumes 还用于Pod中的数据持久化，以防其中一个容器需要重新启动而丢失数据。

Labels

Labels其实就一对 key/value ，其中key与value由用户自己指定。Label可以附加到各种资源对象上。例如Node、Pod、Service、RC等，一个资源对象可以定义任意数量的Label。我们可以给指定的资源对象捆绑一个或多个不同的Label来实现多维度的资源分组管理功能，以便于灵活、方便地进行资源分配、调度、配置、部署等管理工作。一些常用的Label示例：

  • 版本标签：“release”,“stable”…
  • 环境标签: “dev”,“pro”…

ReplicationController

RC是K8s系统中的核心概念之一，简单来说，它其实定义了一个期望的场景。即声明某种Pod的副本数量在任意时刻都符合某个预期值。RC包括以下几个部分：

  • Pod期待的副本数
  • 用于筛选目标Pod的Label Selector。
  • 当Pod的副本数量小于预期数量时，用于创建新的Pod模板（template）

当我们定义了一个RC并提交到了K8s集群以后，Master几点上的Controller Manager组件就得到通知，定时巡检系统中目前存活的目标Pod,并且确保目标Pod实例的数量刚好等于此RC的期望值。如果有过多的副本在运行，系统就会停掉一些Pod,否则系统就会再自动创建一些Pod。

Deployment

Deployment是V1.2引入的新概念，引入的目的是为了更好地解决Pod的编排问题。为此Deployment在内部使用了Replica Set来实现目的。Deployment相对于RC的一个最大升级是我们可以随时知道当前Pod部署的进度。Deployment的使用场景：

  • 创建一个Deployment对象来生成对应的Replica Set并完成Pod副本的创建过程。
  • 检查Deployment的状态来看部署动作是否完成。
  • 更新Deployment以创建新的Pod(比如镜像升级)
  • 如果当前的Deployment不稳定，则回滚到早先的Deployment版本
  • 拓展Deployment以应对高负载。
  • 清理不在需要的旧版本ReplicaSets。

Service

Kubernetes Pod 是有生命周期的，它们可以被创建，也可以被销毁，然而一旦被销毁生命就永远结束。如果有一组Pod组成一个集群来提供服务，那么如何来访问他们呢？一个Service可以看成一组提供相同服务的Pod的对外访问接口。Pod的Ip地址和Service的Cluster IP地址：

Pod的Ip地址是Docker Daemon根据docker0网桥的Ip地址段进行分配的，但Service的Cluster IP地址是k8s系统中的虚拟IP地址。Service的Cluster IP地址相对于Pod的IP地址来说相对稳定。

外部访问Service
由于Service对象在Cluster IP Range池中分配的IP地址只能在内部访问，所以其他Pod都可以无障碍地访问它。
K8s提供两种对外提供服务的Service的Type定义：Nodeport和LoadBalance
1)Nodeport：假设有3个hello Pod运行在3个不同的Node上，客户端访问其中任意一个Node都可以访问到这个服务。
2)LoadBalance：设置为云提供商提供的负载均衡器的IP地址。

Volume

默认情况下容器中的磁盘文件是非持久化的，对于运行在容器中的应用来说面临两个问题，第一：当容器挂掉kubelet将重启启动它时，文件将会丢失；第二：当Pod中同时运行多个容器，容器之间需要共享文件时。Kubernetes的Volume解决了这两个问题。在Docker中也有一个docker Volume的概念 ，Docker的Volume只是磁盘中的一个目录，生命周期不受管理。Kubernetes Volume具有明确的生命周期 – 与pod相同。在容器重新启动时能可以保留数据，当然，当Pod被删除不存在时，Volume也将消失。注意，Kubernetes支持许多类型的Volume，一个Pod可以同时使用任意类型/数量的Volume。
Kubernetes支持Volume类型有：

  • emptyDir 使用emptyDir，当Pod分配到Node上时，将会创建emptyDir，并且只要Node上的Pod一直运行，Volume就会一直存。当Pod（不管任何原因）从Node上被删除时，emptyDir也同时会删除，存储的数据也将永久删除。注：删除容器不影响emptyDir。
  • hostPath hostPath允许挂载Node上的文件系统到Pod里面去。如果Pod需要使用Node上的文件，可以使用hostPath。

Namespace

Namespace是K8s系统中非常重要的概念，通过将系统内部的对象“分配”到不同Namespace。K8s集群在启动后，会创建一个名为“default”的Namespace。

三、Add-ons组件

  • kube-dns负责为整个集群提供DNS服务
  • Ingress Controller为服务提供外网入口
  • Heapster提供资源监控
  • Dashboard提供GUI
  • Federation提供跨可用区的集群
  • Fluentd-elasticsearch提供集群日志采集、存储与查询

参考页面： 

https://zhuanlan.zhihu.com/p/292081941 

https://www.cnblogs.com/objcoding/p/13567281.html