K8S核心概念

作者：UStarGao 日期：2021-01-26 16:56:57 人气：栏目：K8S

1. K8S简介

Kubernetes（k8s）是一款由Google开发的开源的容器编排工具，在Google已经使用超过15年，并在2014年被google公司首次对外公布。它的发展和设计受到google的Borg系统的严重影响，是自动化容器操作的开源平台，这些操作包括部署，调度和节点集群间扩展。如果你曾经用过Docker容器技术部署容器，那么可以将Docker看成Kubernetes 内部使用的低级别组件。Kubernetes不仅仅支持Docker，还支持Rocket。Kubernetes是一个完备的分布式系统支撑平台，具有完备的集群管理能力，多扩多层次的安全防护和准入机制、多租户应用支撑能力、透明的服务注册和发现机制、内建智能负载均衡器、强大的故障发现和自我修复能力、服务滚动升级和在线扩容能力、可扩展的资源自动调度机制以及多粒度的资源配额管理能力。同时Kubernetes提供完善的管理工具，涵盖了包括开发、部署测试、运维监控在内的各个环节。

Kubernetes的简称k8s，意思是k和s之间还有8个字符，同类简称命名有很多，例如国际化的英文internationalization（i18n）。

2. Master

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。

3. Node

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。

（1）kubelet：负责对Pod对于的容器的创建、启停等任务

（2）kube-proxy：实现Kubernetes Service的通信与负载均衡机制的重要组件

（3）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，并实现高效均衡的资源调度策略。

4. POD

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地址和端口能够通过 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 容器启动起来。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。

5. Replication Controller

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。

6. Service

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：

（1）Node IP:Node节点的IP地址

（2）Pod IP:Pod节点的IP地址

（3）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：

（1）Cluster IP仅仅作用于Kubernetes Service这个对象，并由Kubernetes管理和分配IP地

（2）Cluster IP无法被ping，他没有一个“实体网络对象”来响应

（3）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。

（4）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。

6. Label

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：

（1）版本标签："release"："stable"，"release"："canary"..……

（2）环境标签："environment"："dev"，"environment"："qa"，"environment"："production"

（3）架构标签："tier"："frontend"，"tier"："backend"，"tier"："middleware"

（4）分区标签："partition"："customerA"，bartition"："customerB"

（5）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：

（1）kube-Controller 进程通过资源对象RC上定义Label Selector来筛选要监控的Pod副本的教量，从而实现副本数量始终符合预期设定的全自动控制流程。

（2）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对应Pod的请求转发路由表，从而实现Service的智能负载均衡。

（3）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。