zookeeper，及k8s基础概念

1、描述zookeeper集群中leader，follower，observer几种角色

zookeeper：

分布式系统：是一个硬件或软件组件分布在网络中的不同的计算机之上，彼此间仅通过消息传递进行通信和协作的系统。

特征：

分布性、对等性、并发性、缺乏全局时钟、故障必然会发生

典型问题：

通信异常、网络分区、三态(成功、失败、超时)、节点故障

 

zookeeper是一个开源的分面式协调服务，由知名互联网公司yahoo创建，它是chubby的开源实现；换句话讲，zk是一个典型的分布式数据一致性解决方案，分布式应用程序可以基于它实现数据的发布/订阅、负载均衡、名称服务、分布式协调/通知、集群管理、master选举、分布式锁和分布式队列；

基本概念：

集群角色：leader, follower, observer

leader：选举产生，读/写；

follower：参与选举，可被选举，读服务；

observer：参与选举，不可被选举，提供读服务；

会话：zk中，客户端<-->服务端，tcp长连接；

sessiontimeout

数据节点(znode)：即zk数据模型中的数据单元；zk的数据都存储于内存中，数据模型为树状结构(znode tree)；每个znode都会保存自己的数据于内存中；

持久节点：仅显式删除才消失

临时节点：会话中止即自动消失

版本（version）：zk会为每个znode维护一个称之为stat的数据结构，记录了当前znode的三个数据版本

version：当前版本

cversion：当前znode的子节点的版本

aversion：当前znode的acl的版本

acl：zk使用acl机制进行权限控制

create， read，write，delete，admin

事件监听器(watcher)：

zk上，由用户指定的触发机制，在某些事件产生时，zk能够将通知给相关的客户端；

zab协议：zookeeper atomic broadcast，zk原子广播协议；

zab协议中存在三种状态：

(1) looking,

(2) following，

(3) leading

四个阶段：

选举:election

发现：discovery

同步：sync

广播：broadcast

 

2、完成zookeeper分布式集群的搭建

安装：

wget 

部署方式：单机模式、伪分布式模式、分布式模式

http://zookeeper.apache.org

zoo.cfg配置参数：

ticktime=2000 #心跳检测时间2秒

datadir=/data/zookeeper #数据目录

clientport=2181#监听端口

initlimit=5#初始同步阶段经过多少个tick时长

synclimit=2#请求信息经过多少个tick时长

指定主机的语法格式：

server.id=ip:port:port

id：各主机的数字标识，一般从1开始

ip:各主机的ip

节点信息：stat

czxid = 0x14 #表示节点由那个事务创建的

ctime = wed sep 14 16:12:44 cst 2016

mzxid = 0x14 #最近更新事务节点的id

mtime = wed sep 14 16:12:44 cst 2016

pzxid = 0x14

cversion = 0

dataversion = 0

aclversion = 0

ephemeralowner = 0x0

datalength = 8

numchildren = 0

client：

watcher, 一次性地触发通知机制；

 

 

mv zoo_sample.cfg zoo.cfg #修改配置文件名

./zkserver.sh start #启动zk

zkcli.sh 连接zk

zkcli命令：

create, ls, ls2, stat, delete, rmr, get, set, ...

监控zk的四字命令：

ruok, stat, srvr, conf, cons, wchs, envi ...

 

zoo.cfg配置文件的参数：

基本配置参数：

clientport=2181

datadir=/data/zookeeper

datalogdir：事务日志文件路径；

ticktime：

存储配置：

preallocsize：为事务日志预先分配的磁盘空间量；默认65535kb；

snapcount：每多少次事务后执行一次快照操作；每事务的平均大小在100字节；

autopurget.snapretaincount：

autopurge.purgeinterval：purge操作的时间间隔，0表示不启动；

fsync.warningthresholdms：zk进行事务日志fsync操作时消耗的时长报警阈值；

weight.x=n：判断quorum时投票权限，默认1；

网络配置：

maxclientcnxns：每客户端ip的最大并发连接数；

clientportaddress：zk监听ip地址；

minsessiontimeout：

maxsessiontimeout：

集群配置：

initlimit：follower连入leader并完成数据同步的时长；

synclimit：心跳检测的最大延迟；

leaderserves：默认zk的leader接收读写请求，额外还要负责协调各follower发来的事务等；因此，为使得leader集中处理zk集群内部信息，建议不让leader直接提供服务；

cnxtimeout：leader选举期间，各服务器创建tcp连接的超时时长；

ellectionalg：选举算法，目前仅支持fastleaderelection算法一种；

server.id=[hostname]:port:port[:observer]

集群内各服务器的属性参数

第一个port：follower与leader进行通信和数据同步时所使用端口；

第二个port：leader选举时使用的端口；

observer：定义指定的服务器为observer；

注意：运行为集群模式时，每个节点在其数据目录中应该有一个myid文件，其内容仅为当前server的id；

典型应用场景：

数据发布/订阅

负载均衡

命名服务

分布式协调/通知

集群管理

master选举

 

集群工作模式

在三台主机中安装jdk，解压zk包，创建数据目录。

tar -xf zookeeper-3.4.14.tar.gz -c /usr/local

 cd /usr/local/

 ln -s zookeeper-3.4.14/ ./zookeeper

 mkdir /data/zookeeper

修改配置文件，拷贝至其他节点

 

#因为zk识别不了主节点。需要创建id文件

echo 1 > /data/zookeeper/myid 

echo 2 > /data/zookeeper/myid

echo 3 > /data/zookeeper/myid

/usr/local/zookeeper/bin/zkserver.sh start #启动各节点

3、总结kubernetes几个重要组件以及组件的作用

kubernetes主要组件有：kubectl (客户端)

                                       api server、controller manager、scheduler、etcd (master节点)  

                                       kubelet、kube-proxy (slave node节点)

api server

api server是kubernetes的核心组件，是各个组件通信的渠道，

api server集群控制的入口，提供了 restful api 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。创建一个资源对象如deployment、service、rc、configmap等，都是要通过api server的。

操作api server的方式：1，通过命令行的kubectl命令，

                                       2，通过写代码的方式，如client-go这样的操作kubernetes的第三方包来操作集群。

总之，最终，都是通过api server对集群进行操作的。通过api server，我们就可以往etcd中写入数据。etcd中存储着集群的各种数据。

如下图：存储kubernetes集群信息的etcd

 

 

资源配额控制的入口

kubernetes可以从各个层级对资源进行配额控制。如容器的cpu使用量、pod的cpu使用量、namespace的资源数量等。这也是通过api server进行配置的。将这些资源配额情况写入到etcd中。

controller manager

controller manager作用是通过api server监控etcd中的节点信息，定时通过api server读取etcd中的节点信息，监控到异常就会自动进行某种操作。

node controller通过api server监控etcd中存储的关于节点的各类信息，会定时通过api server读取这些节点的信息，这些节点信息是由kubelet定时推给api server的，由api server写入到etcd中。

这些节点信息包括：节点健康状况、节点资源、节点名称、节点地址信息、操作系统版本、docker版本、kubelet版本等。监控到节点信息若有异常情况，则会对节点进行某种操作，如节点状态变为故障状态，则删除节点与节点相关的pod等资源的信息。 

 

 

namespace controller

用户是可以通过api server创建新的namespace并保存在etcd中的。namespace controller会定时通过api server读取这些namespace信息并做对应的对于namespace的一些操作。

resourcequota controller

将期望的资源配额信息通过api server写入到etcd中。然后resourcequota controller会定时的统计这些信息，在系统请求资源的时候就会读取这些统计信息，如果不合法就不给分配该资源，则创建行为会报错。

 

 

scheduler

kubernetes的调度器，负责 pod 资源调度。scheduler监听api server，当需要创建新的pod时。scheduler负责选择该pod与哪个node进行绑定。将此绑定信息通过api server写入到etcd中。

若此时与node a进行了绑定，那么a上的kubelet就会从api server上监听到此事件，那么该kubelet就会做相应的创建工作。

(kubelet除了监听api server做相应的操作之外，还定时推送它所在节点的信息给api server)

此调度涉及到三个对象，待调度的pod，可用的node，调度算法。简单的说，就是使用某种调度算法为待调度的pod找到合适的运行此pod的node。

 

 

 

kubelet

kubelet负责 pod 对应的容器的创建，启动等任务，同时与master节点密切协作。

每个node节点上都会有一个kubelet负责master下发到该节点的具体任务，管理该节点上的pod和容器。而且会在创建之初向api server注册自身的信息，定时汇报节点的信息。它还通过cadvisor监控容器和节点资源。

节点管理

kubelet在创建之初就会向api server做自注册，然后会定时报告节点的信息给api server写入到etcd中。默认为10秒。

pod管理

kubelet会监听api server，如果发现对pod有什么操作，它就会作出相应的动作。例如发现有pod与本node进行了绑定。那么kubelet就会创建相应的pod且调用docker client下载image并运行container。

容器健康检查

有三种方式对容器做健康检查：

1.在容器内部运行一个命令，如果该命令的退出状态码为0，则表明容器健康。

2.tcp检查。

3.http检查。

cadvisor资源监控

kubelet通过cadvisor对该节点的各类资源进行监控。如果集群需要这些监控到的资源信息，可以安装一个组件heapster。

heapster会进行集群级别的监控，它会通过kubelet获取到所有节点的各种资源信息，然后通过带着关联标签的pod分组这些信息。

如果再配合influxdb与grafana，那么就成为一个完整的集群监控系统了。

kube-proxy

实现 kubernetes service 的通信与负载均衡机制的重要组件。

负责接收并转发请求。kube-proxy的核心功能是将到service的访问请求转发到后台的某个具体的pod。

无论是通过clusterip+port的方式，还是nodeip+nodeport的方式访问service，最终都会被节点的iptables规则重定向到kube-proxy监听服务代理端口，该代理端口实际上就是socketserver在本地随机打开的一个端口，socketserver是kube-proxy为每一个服务都会创建的“服务代理对象”的一部分。

当kube-proxy监听到service的访问请求后，它会找到最适合的endpoints，然后将请求转发过去。具体的路由选择依据round robin算法及service的session会话保持这两个特性。

kubelet是kubernetes中的重要组件之一。如果把apiserver、controller manager、scheduler比做大脑的话，那么kubelet毫无疑问就是双手。它是做具体工作的组件。

etcd

etcd一种k-v存储仓库，可用于服务发现程序。在kubernetes中就是用etcd来存储各种k-v对象的。

所以我也认为etcd是kubernetes的一个重要组件。当我们无论是创建deployment也好，还是创建service也好，各种资源对象信息都是写在etcd中了。

各个组件是通过api server进行交流的，然而数据的来源是etcd。所以维持etcd的高可用是至关重要的。如果etcd坏了，任何程序也无法正常运行了。

 

总结

kubernetes的这些组件各自分别有着重要的功能。它们之间协同工作，共同保证了kubernetes对于容器化应用的自动管理。

其中api server起着桥梁的作用，各个组件都要通过它进行交互。controller manager像是集群的大管家，管理着许多事务。scheduler就像是一个调度亭，负责pod的调度工作。

kubelet则在每个节点上都有，像是一个执行者，真正创建、修改、销毁pod的工作都是由它来具体执行。

kube-proxy像是负载均衡器，在外界需要对pod进行访问时它作为代理进行路由工作，将具体的访问分给某一具体的pod实例。

etcd则是kubernetes的数据中心，用来存储kubernetes创建的各类资源对象信息。

这些组件缺一不可，无论少了哪一个kubernetes都不能进行正常的工作。这里大概讲了下各组件的功能，感兴趣的可以分析kubernetes的源码，github中就有。

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