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Learn the Kubernetes Key Concepts in 10 Minutes

程序员文章站 2022-05-09 17:21:47
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什么是Kubernetes?

Kubernetes(k8s)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,这是另一种容器技术。

使用Kubernetes可以:

  • 自动化容器的部署和复制
  • 随时扩展或收缩容器规模
  • 将容器组织成组,并且提供容器间的负载均衡
  • 很容易地升级应用程序容器的新版本
  • 提供容器弹性,如果容器失效就替换它,等等...


实际上,使用Kubernetes只需一个部署文件,使用一条命令就可以部署多层容器(前端,后台等)的完整集群:

$ kubectl apply -f single-config-file.yaml


kubectl是和Kubernetes API交互的命令行程序。现在介绍一些核心概念。

 

 

集群

集群是一组节点,这些节点可以是物理服务器或者虚拟机,之上安装了Kubernetes平台。下图展示这样的集群。注意该图为了强调核心概念有所简化。这里可以看到一个典型的Kubernetes架构图。

 

Learn the Kubernetes Key Concepts in 10 Minutes

上图可以看到如下组件,使用特别的图标表示Service和Label:

  • Pod
  • Container(容器)
  • Label(Learn the Kubernetes Key Concepts in 10 Minutes)(标签)
  • Replication Controller(复制控制器)
  • Service(Learn the Kubernetes Key Concepts in 10 Minutes)(服务)
  • Node(节点)
  • Kubernetes Master(Kubernetes主节点)

 


 

笔记

Kubernetes Master 运行的组件有:

  • API Server

    API Server的核心功能是提供了Kubernetes各类资源对象的增、删、改、查及Watch等HTTP Rest接口,成为集群内各个功能模块之间数据交互和通信的中心枢纽,是整个系统的数据总线和数据中心。除此之外,它还有以下一些功能特性:

  1. 是集群管理的API入口。
  2. 是资源配额控制的入口。
  3. 提供了完备的集群安全机制。
  • Controller Manager

    Controller Manager作为集群内部的管理控制中心,负责集群内的Node、Pod副本、服务端点(Endpoint)、命名空间(Namespace)、服务账号(ServiceAccount)、资源定额(ResourceQuota)的管理,当某个Node意外宕机时,Controller Manager会及时发现此故障并执行自动化修复流程,确保集群始终处于预期的工作状态。Controller Manager内部包含多种Controller,每种Controller都负责一种具体的控制流程,而Controller Manager正是这些Controller的核心,每个Controller通过API Server提供的接口实时监控整个集群的每个资源对象的当前状态,当发生各种故障导致系统状态发生变化时,会尝试着将系统状态从 "现有状态" 修正到 "期望状态",常见的Controller有:

  1. Replication Controller
  2. Node Controller
  3. ResourceQuota Controller
  4. Namespace Controller
  5. ServiceAccount Controller
  6. Token Controller
  7. Service Controller
  8. Endpoint Controller
  • Scheduler

    Scheduler在整个系统中承担了 "承上启下" 的重要功能。承上,是指它负责接收Controller Manager创建的新Pod,为其安排目标Node。启下,是指安置工作完成后,目标Node上的kubelet服务进程接管后继工作,负责Pod生命周期中的 "下半生" 。具体来说,k8s Scheduler的作用是将待调度的Pod(API新创建的Pod、Controller Manager为补足副本而创建的Pod等)按照特定的调度算法和调度策略绑定到集群中的某个合适的Node上,并将绑定信息写入etcd中。

  • etcd

    etcd是一个分布式key-value存储库,k8s集群中所有数据的存储以及操作记录都在etcd中进行存储。

而 Node 节点运行的组件有:

  • Kube-proxy

    Kube-proxy作用主要是负责service的实现,实现了内部从pod到service和外部node port向service的访问。

  • Kubelet

    Kubelet运行在每个Node节点上,负责接收并执行Kubernetes Master发来的指令,管理pod及pod中的容器,每个Kubele进程会在API Server上注册节点自身信息,并定期向Kubernetes Master 汇报节点资源使用情况。

  • Docker

 

Pod

Pod(上图绿色方框)安排在节点上,包含一组容器和卷。同一个Pod里的容器共享同一个网络命名空间,可以使用localhost互相通信。Pod是短暂的,不是持续性实体。你可能会有这些问题:

  • 如果Pod是短暂的,那么我怎么才能持久化容器数据使其能够跨重启而存在呢? 是的,Kubernetes支持的概念,因此可以使用持久化的卷类型。
  • 是否手动创建Pod,如果想要创建同一个容器的多份拷贝,需要一个个分别创建出来么?可以手动创建单个Pod,但是也可以使用Replication Controller使用Pod模板创建出多份拷贝,下文会详细介绍。
  • 如果Pod是短暂的,那么重启时IP地址可能会改变,那么怎么才能从前端容器正确可靠地指向后台容器呢?这时可以使用Service,下文会详细介绍。

 

 

Lable

正如图所示,一些Pod有Label(Learn the Kubernetes Key Concepts in 10 Minutes)。一个Label是attach到Pod的一对键/值对,用来传递用户定义的属性。比如,你可能创建了一个"tier"和“app”标签,通过Label(tier=frontend, app=myapp)来标记前端Pod容器,使用Label(tier=backend, app=myapp)标记后台Pod。然后可以使用Selectors选择带有特定Label的Pod,并且将Service或者Replication Controller应用到上面。

 

 

Replication Controller

是否手动创建Pod,如果想要创建同一个容器的多份拷贝,需要一个个分别创建出来么,能否将Pods划到逻辑组里?

Replication Controller确保任意时间都有指定数量的Pod“副本”在运行。如果为某个Pod创建了Replication Controller并且指定3个副本,它会创建3个Pod,并且持续监控它们。如果某个Pod不响应,那么Replication Controller会替换它,保持总数为3。如下面的动画所示:

 

Learn the Kubernetes Key Concepts in 10 Minutes

 

如果之前不响应的Pod恢复了,现在就有4个Pod了,那么Replication Controller会将其中一个终止保持总数为3。如果在运行中将副本总数改为5,Replication Controller会立刻启动2个新Pod,保证总数为5。还可以按照这样的方式缩小Pod,这个特性在执行滚动升级时很有用。

当创建Replication Controller时,需要指定两个东西:

  1. Pod模板:用来创建Pod副本的模板
  2. Label:Replication Controller需要监控的Pod的标签。


现在已经创建了Pod的一些副本,那么在这些副本上如何均衡负载呢?我们需要的是Service。

 

 

Service

如果Pods是短暂的,那么重启时IP地址可能会改变,怎么才能从前端容器正确可靠地指向后台容器呢?

Service是定义一系列Pod以及访问这些Pod的策略的一层抽象。Service通过Label找到Pod组。因为Service是抽象的,所以在图表里通常看不到它们的存在,这也就让这一概念更难以理解。

现在,假定有2个后台Pod,并且定义后台Service的名称为‘backend-service’,lable选择器为(tier=backend, app=myapp)。backend-service 的Service会完成如下两件重要的事情:

  • 会为Service创建一个本地集群的DNS入口,因此前端Pod只需要DNS查找主机名为 ‘backend-service’,就能够解析出前端应用程序可用的IP地址。
  • 现在前端已经得到了后台服务的IP地址,但是它应该访问2个后台Pod的哪一个呢?Service在这2个后台Pod之间提供透明的负载均衡,会将请求分发给其中的任意一个(如下面的动画所示)。通过每个Node上运行的代理(kube-proxy)完成。


下述动画展示了Service的功能。注意该图作了很多简化。如果不进入网络配置,那么达到透明的负载均衡目标所涉及的底层网络和路由相对先进。

 

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有一个特别类型的Kubernetes Service,称为'LoadBalancer',作为外部负载均衡器使用,在一定数量的Pod之间均衡流量。比如,对于负载均衡Web流量很有用。

 

Node

节点(上图橘色方框)是物理或者虚拟机器,作为Kubernetes worker,通常称为Minion。每个节点都运行如下Kubernetes关键组件:

  • Kubelet:是主节点代理。
  • Kube-proxy:Service使用其将链接路由到Pod,如上文所述。
  • Docker或Rocket:Kubernetes使用的容器技术来创建容器。

 

Kubernetes Master

集群拥有一个Kubernetes Master(紫色方框)。Kubernetes Master提供集群的独特视角,并且拥有一系列组件,比如Kubernetes API Server。API Server提供可以用来和集群交互的REST端点。master节点包括用来创建和复制Pod的Replication Controller。

 


原文链接:Learn the Kubernetes Key Concepts in 10 Minutes(翻译:崔婧雯) 
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译者介绍
崔婧雯,现就职于IBM,高级软件工程师,负责IBM WebSphere业务流程管理软件的系统测试工作。曾就职于VMware从事桌面虚拟化产品的质量保证工作。对虚拟化,中间件技术,业务流程管理有浓厚的兴趣。