Kubernetes理论介绍_kubernetes 应用程序-CSDN博客

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1. Kubernetes理论介绍

1.1 应用部署方式演变

在部署应用程序的方式上，主要经历了三个时代：

传统部署：互联网早期，直接将应用程序部署在物理机上

优点：简单，不需要其它技术的参与

缺点：不能为应用程序定义资源使用边界，很难合理地分配计算资源，而且程序之间容易产生影响
虚拟化部署：可以在一台物理机上运行多个虚拟机，每个虚拟机都是独立的一个环境

优点：程序环境不会相互产生影响，提供了一定程度的安全性

缺点：增加了操作系统，浪费了部分资源
容器化部署：与虚拟化类似，但是共享了操作系统

优点：

容器之间可以共享操作系统

每个容器拥有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等

运行应用程序所需要的资源都被容器包装，并和底层基础架构解耦

容器化的应用程序可以跨云服务商、跨Linux操作系统发行版进行部署

缺点：

隔离性差：容器属于进程之间的隔离，隔离性较弱

安全性差：容器共享宿主机内核，如果宿主机操作系统存在漏洞，容器可能受到威胁

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容器化部署方式给带来很多的便利，但也会出现一些问题，比如说：

一个容器故障停机了，怎么样让另外一个容器立刻启动去替补停机的容器
当并发访问量变大的时候，怎么样做到横向扩展容器数量

这些容器管理的问题统称为容器编排问题，为了解决这些容器编排问题，就产生了一些容器编排的软件：

Swarm：Docker官方的容器编排工具
Mesos：Apache的一个资源统一管控的工具，需要和Marathon结合使用
Kubernetes：Google开源的的容器编排工具

1.2 kubernetes简介

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kubernetes，是谷歌于2014年9月发布的一个开源的容器集群管理系统，简称k8s，2015年7月发布第一个正式版本。
官方地址：https://kubernetes.io/zh-cn/
kubernetes的本质是一组容器服务器集群，用于容器化应用程序的部署，扩展和管理。目的是让部署容器化应用简单而且高效。主要提供了以下功能：

资源调度：按照预定的调度策略将Pod调度到相应的node节点上
自我修复：一旦某一个容器崩溃，能够迅速启动新的容器，保证预期的副本数量
弹性伸缩：可以根据需要，自动对集群中正在运行的容器数量进行调整
服务发现：服务可以通过自动发现的形式找到它所依赖的服务
负载均衡：如果一个服务启动了多个容器，能够自动实现请求的负载均衡
滚动更新：更新服务不中断，一次更新一个Pod，而不是同时删除整个服务
存储编排：可以根据容器自身的需求自动创建存储卷，也可以挂载外部存储系统，比如NFS，GlusterFS，Ceph，也可以是公有云
批处理：提供一次性任务和周期性任务，满足批量数据处理和分析的场景

1.3 kubernetes组件

一个kubernetes集群主要是由控制节点(master)、工作节点(node)构成，每个节点上都会安装不同的组件。
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master：集群的控制平面，负责集群的决策 ( 管理节点 )

kube-apiserver : k8s的中心，管理集群的入口。接收用户输入的命令，提供各种资源的认证、授权、API注册和发现等机制；

kube-scheduler : 负责集群资源调度，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的node节点上；

kube-controller-manager：是一个控制器管理器，负责维护集群的状态，比如Pod副本期望数量、故障检测、自动扩展、滚动更新等；

Node Controller（节点控制器)：用于监视和管理集群中的节点，包括节点的注册、健康状态的监测和维护；

Replication Controller (副本控制器)：负责保证集群中一个资源对象RC (Replication Controller) 所关联的Pod数量；

Endpoints Controller (端点控制器) ：连接Service和Pod，负责监听 Service 和对应的Pod副本的变化；可以理解端点是一个服务暴露出来的访问点，如果需要访问一个服务，则必须知道它的endpoint；

Service Account & Token Controllers ( 服务帐户和令牌控制器) ：为新的命名空间创建默认帐户和API访问令牌；

Namespace Controller（命名空间控制器）：管理命名空间的生命周期；

Service Controller（服务控制器）：属于 K8S 集群与外部的云平台之间的一个接口控制器；

Etcd：是一个分布式键值存储系统，负责存储集群中各种资源对象的信息；

node：集群的数据平面，负责为容器提供运行环境 ( 工作节点 )

Kubelet : 真正运行容器的组件，运行在每个node节点上，与 master 节点通信，负责维护容器的生命周期，即创建、更新、销毁容器；

Kube-proxy : 实现pod网络代理，负责提供集群内部的服务发现和负载均衡；

Container runtime：提供容器的运行环境。Kubernetes 支持许多容器运行环境，例如containerd、Docker CE、CRI-O 和其他实现 Kubernetes CRI (容器运行环境接口）的运行时。

1.4 启动pod的流程

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以部署一个nginx服务为例

首先要明确，一旦kubernetes环境启动之后，master节点和 node节点都会将自身的信息存储到etcd数据库中;
一个nginx服务的安装请求会首先被发送到master节点的apiServer组件；
apiServer组件会调用scheduler组件来决定到底应该把这个服务安装到哪个node节点上；
此时，scheduler组件会从etcd中读取各个node节点的信息，然后按照一定的算法进行选择，并将结果告知apiServer；
apiServer通知controller-manager去调度Node节点安装nginx服务；
kubelet接收到指令后，会通知docker，然后由docker来启动一个nginx的pod，pod是kubernetes的最小操作单元，容器必须跑在pod中；
至此，一个nginx服务就运行了，通过kube-proxy给pod分配网络资源，包括服务的发布以及负载均衡的配置等；
这样，外界用户就可以访问集群中的nginx服务了。

1.5 kubernetes概念

Master：集群控制节点，每个集群至少需要一个master节点负责集群的管理

Node：工作负载节点，由master分配容器到node工作节点上，负责容器的运行

Pod：kubernetes的最小控制单元，容器都是运行在pod中的，一个pod中可以有一个或者多个容器，pod中的容器共享网络、存储等资源；

kube-controller-manager：负责管理各种控制器，监控集群状态，以及确保集群中的实际状态与期望状态保持一致

ReplicaSet：副本控制器，确保预期的pod副本数量
Deployment：无状态应用部署（数据不会在本地持久化存储），是一种资源对象，用于管理Pod和ReplicaSet，通过控制ReplicaSet来控制Pod，并支持滚动升级、版本回退
StatefulSet：有状态应用部署（数据在本地持久化存储）
DaemonSet：确保所有Node都运行同一个pod副本，一般用于守护进程类的任务
Horizontal Pod Autoscaler（HPA）：可以根据集群负载自动调整Pod的数量，实现削峰填谷
Job：它创建出来的Pod只要完成任务就立即退出，用于执行一次性任务
CronJob：它创建的Pod会周期性的执行，用于执行周期性的任务