10分钟让你快速了解大厂应用的k8s到底是什么?

　　kubernetes是google在2014年6月开源的一个容器集群管理系统，使用Go语言开发，kubernetes也称为k8s;

　　k8s是google内部一个叫borg的容器集群管理系统衍生出来的，borg已经在google大规模生产运行十年之久;

　　2015年7月，kubernetes v1.0正式发布，截止到2018年1月27日最新稳定版本是v1.9.2;

　　kubernetes目标是让部署容器化应用简单高效。

　　k8s容器管理主要功能

　　k8s在企业的实际应用功能主要如下：

　　数据存储应用：

　　pod中容器之间共享数据、可以使用数据卷;

　　健康检查应用：

　　容器内部服务可能遇到进程阻塞无法处理请求，可以设置监控检查策略保证应用健壮性;

　　程序实例应用：

　　控制器维护着pod副本数量，保证一个pod或一组同类的pod数量始终可用;

　　弹性伸缩应用：

　　根据设定的指标(CPU利用率)自动缩放Pod副本数;

　　服务发现应用：

　　使用环境变量或DNS服务插件保证容器中程序发现Pod入口访问地址;

　　负载均衡应用：

　　一组Pod副本分配一个私有的集群IP地址，负载均衡转发请求到后端容器。在集群内部其他Pod可通过这个ClusterIP访问应用;

　　滚动更新应用：

　　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;

　　服务编排应用：

　　通过文件描述部署服务，使得应用程序部署变得更高效;

　　资源监控应用：

　　Node节点组件集成cAdvisor资源收集工具，可通过Heapster汇总整个集群节点资源数据，然后存储到InfluxDB时序数据库，再由Grafana展示;

　　认证授权应用：

　　支持角色访问控制(RBAC)认证授权等策略;

　　k8s技术架构组成模式

　　k8s的物理架构是master/node模式，集群中至少需要一个主节点master和多个工作节点worker;

　　master节点是集群控制节点：

　　主要负责整个集群的管理和控制，主要用于暴露API接口、调度部署和对节点进行管理;

　　node节点是集群工作节点：

　　主要是负责运行容器环境的;

　　单master节点架构图：

　　多master节点架构图：

　　k8s技术架构部署组件

　　k8s控制节点组件说明：

　　apiserver：

　　apiserver组件为rest操作提供服务，并为集群的共享状态提供前端，所有其他组件都通过该前端进行交互。

　　scheduler：

　　scheduler调度器组件是一个控制面进程，主要负责将pod指派分配到相应工作节点上。

　　controller-manager：

　　controller-manager控制器是一个守护进程，也是内嵌在k8s环境中的核心控制回路;

　　在自动化的应用中，控制回路是一个永不休止的循环，从而监视与调节集群的状态，并尝试进行更改以将当前状态转为期望状态。

　　etcd：

　　etcd 是兼具一致性和高可用性的键值数据库，可以作为保存 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库。

　　k8s工作节点组件说明：

　　kubelet

　　每个节点上的kubelet定期就会调用API Server接口报告自身状态，API Server接收这些信息后，将节点状态信息更新到etcd中。

　　kubelet也通过API Server监听Pod信息，从而对Node机器上的pod进行管理，如创建、删除、更新Pod。

　　kube-proxy

　　提供网络代理和负载均衡，是实现service的通信与负载均衡机制的重要组件，kube-proxy负责为Pod创建代理服务;

　　从apiserver获取所有service信息，并根据service信息创建代理服务，实现service到Pod的请求路由和转发;

　　从而实现K8s层级的虚拟转发网络，将service的请求转发到后端的pod上。

　　Cordns

　　CoreDNS 其实就是一个 DNS 服务，而 DNS 作为一种常见的服务发现手段，很多开源项目以及工程师都会使用 CoreDNS ;

　　为集群提供服务发现的功能，Kubernetes 就在集群中使用 CoreDNS 解决服务发现的问题。

　　Calico

　　Calico是一套开源的网络和网络安全方案，用于容器、虚拟机、宿主机之前的网络连接;

　　可以用在kubernetes、OpenShift、DockerEE、OpenStrack等PaaS或IaaS平台上。

　　Docker

　　容器运行池，负责启动容器的，在k8s1.20版本之后建议废弃docker，使用container作为容器运行时。

　　k8s核心资源信息解读

　　Pod资源：

　　Pod是Kubernetes中的最小调度单元，k8s是通过定义一个Pod的资源，然后在Pod里面运行容器，容器需要指定镜像用来运行具体的服务。

　　Pod代表集群上正在运行的一个进程，一个Pod封装一个容器(也可以封装多个容器)，Pod里的容器共享存储、网络等。

　　也就是说，应该把整个pod看作虚拟机，然后每个容器相当于运行在虚拟机的进程。

　　如何创建一个Pod资源：

　　在k8s中，所有的资源都可以使用一个yaml配置文件来创建，创建Pod也可以使用yaml配置文件。

# 编写pod资源的yaml文件：
[root@k8s-master-01 ~]# cat pod.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: tomcat-pod
  namespace: default
  labels:
    tomcat:  tomcat-pod
spec:
  containers:
  - name:  tomcat-pod-java
    ports:
    - containerPort: 8080
    image: tomcat:8.5-jre8-alpine
    imagePullPolicy: IfNotPresent

# 更新配置好的pod资源yaml文件
[root@k8s-master-01 ~]# kubectl apply -f pod.yaml

# 查看可应用的pod资源信息
[root@k8s-master-01 ~]# kubectl get pods -l tomcat=tomcat-pod
NAME     READY  STATUS  RESTARTS    AGE
tomcat-pod  1/1   Running    0    9s

　　label资源：

　　label是标签的意思，k8s中的资源对象大都可以打上标签，如 Node pod Service等，一个资源可以绑定任意多个label。

　　k8s通过label可实现多维度的资源分组管理，后续可通过label selector查询和筛选拥有某些label的资源对象。

　　例如：创建一个pod，给定一个label是app=tomcat，那么service可以通过label selector选择拥有app=tomcat的pod。

　　随之和其相关联，也可以通过app=tomcat删除拥有该标签的pod资源。

　　deployment资源：

　　Replicaset是Kubernetes中的副本控制器，管理Pod，使pod副本的数量始终维持在预设的个数。

　　Deployment是管理Replicaset和Pod的副本控制器，Deployment可以管理多个Replicaset，是比Replicaset更高级的控制器。

　　也就是说在创建Deployment的时候，会自动创建Replicaset，由Replicaset再创建Pod。

　　Deployment能对Pod扩容、缩容、滚动更新和回滚、维持Pod数量。

　　如何创建一个deployment资源：

　　在k8s中所有的资源都可以使用一个yaml配置文件来创建，创建deployment也可以使用yaml配置文件。

# 编写depoyment资源的yaml文件：
[root@k8s-master-01 ~]#cat deployment.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-nginx
spec:
  selector:
    matchLabels:
      run: my-nginx
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        run: my-nginx
    spec:
      containers:
      - name: my-nginx
        image: nginx
        ports:
        - containerPort: 80

# 更新配置好的deployment资源yaml文件
[root@k8s-master-01 ~]# kubectl apply -f deployment.yaml

# 查看可应用的pod资源信息
[root@k8s-master-01 ~]# kubectl get deploy | grep my-nginx
my-nginx         2/2     2            2           2m52s

[root@k8s-master-01 ~]# kubectl get rs | grep my-nginx
my-nginx-5b56ccd65f         2         2         2       3m26s

[root@k8s-master-01 ~]# kubectl get pods -l run=my-nginx

　　service资源：

　　在kubernetes中，Pod是有生命周期的，如果Pod重启IP很有可能会发生变化。如果我们的服务都是将Pod的IP地址写死;

　　Pod的挂掉或者重启，和刚才重启的pod相关联的其他服务将会找不到它所关联的Pod，为了解决这个问题;

　　在kubernetes中定义了service资源对象，Service 定义了一个服务访问的入口;

　　客户端通过这个入口即可访问服务背后的应用集群实例，service是一组Pod的逻辑集合，这一组 Pod 能够被 Service 访问到。

　　通常是通过 Label Selector实现的。

　　如何创建一个service资源：

　　在k8s中所有的资源都可以使用一个yaml配置文件来创建，创建service也可以使用yaml配置文件。

# 编写pod资源的yaml文件：
cat pod_test.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-nginx
spec:
  selector:
    matchLabels:
      run: my-nginx
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        run: my-nginx
    spec:
      containers:
      - name: my-nginx
        image: nginx
        ports:
        - containerPort: 80

# 编写service资源的yaml文件：
cat service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-nginx
  labels:
    run: my-nginx
spec:
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
  selector:
run: my-nginx

# 更新配置好的service资源yaml文件
[root@k8s-master-01 ~]# kubectl apply -f service.yaml

#查看可应用的service资源信息
root@k8s-master-01 ~]# kubectl get svc -l run=my-nginx

　　k8s容器编排技术总结

　　通过上文的内容介绍，相信很多对k8s技术不太了解的同学，也有了一定的认知，在学习k8s技术漫长的道路过程中。

　　对于初学者需要先关注k8s生态架构的组件构成，最终可以自己完成k8s集群环境的部署;

　　其次需要关注k8s集群架构中涉及的资源信息，逐一掌握每个资源信息的配置方法和应用场景;

　　最后还要结合一些项目实战，积攒更多生产问题处理案例，不断完善和优化对k8s集群的认知。