kubernetes(k8s)基本概念

上一篇介绍了用kubeadm安装k8s集群,能把k8s安装起来是开始学习和实践的第一步。

集群安装好了,今天我们来简单介绍下k8s的基础实践,并在实践中介绍基本概念。

Kubernetes 对象包含哪些?

在 Kubernetes 系统中,Kubernetes 对象是持久化的实体。Kubernetes 使用这些实体去表示整个集群的状态。也许你觉得这句话很抽象,说人话,对象用来描述以下的一些信息:

  • 哪些容器化应用在运行(以及在哪个 Node 上)
  • 可以被应用使用的资源
  • 关于应用运行时表现的策略,比如重启策略、升级策略,以及容错策略

操作 Kubernetes 对象 —— 无论是创建、修改,或者删除 —— 需要使用 Kubernetes API。比如,当使用 kubectl 命令行接口时,CLI 会执行必要的 Kubernetes API 调用,也可以在程序中直接调用 Kubernetes API。
例如用kubectl查看集群所有的节点(节点就是一个k8s对象),执行以下命令:

kubectl get node

Kubernetes对象包含:

  • Node
    Node 是 Kubernetes 的工作节点,以前叫做 minion。取决于你的集群,Node 可以是一个虚拟机或者物理机器。每个 node 都有用于运行 pods 的必要服务,并由 master 组件管理。Node 上的服务包括 Docker、kubelet 和 kube-proxy

  • Pod
    Pod 是 Kubernetes 的基本构建块,它是 Kubernetes 对象模型中创建或部署的最小和最简单的单元。 Pod 表示集群上正在运行的进程。

  • Replication Controller
    ReplicationController 确保在任何时候都有特定数量的 pod 副本处于运行状态。 换句话说,ReplicationController 确保一个 pod 或一组同类的 pod 总是可用的。现在推荐使用配置 ReplicaSet 的 Deployment 来建立副本管理机制。

  • ReplicaSet
    ReplicaSet 是下一代的 Replication Controller。 ReplicaSet 和 Replication Controller 的唯一区别是选择器的支持。ReplicaSet 支持新的基于集合的选择器需求,这在标签用户指南中有描述。而 Replication Controller 仅支持基于相等选择器的需求。

  • Deployments
    Deployment为Pod和Replica Set(下一代Replication Controller)提供声明式更新。 Deployment 中描述您想要的目标状态是什么,Deployment controller 就会帮您将 Pod 和ReplicaSet 的实际状态改变到您的目标状态。

  • StatefulSet
    StatefulSet 刚开始接触有点不好理解,她用来管理 Deployment 和扩展一组 Pod,并且能为这些 Pod 提供序号和唯一性保证
    StatefulSet是为了解决有状态服务的问题(对应Deployments和ReplicaSets是为无状态服务而设计),其应用场景包括:

    • 稳定的持久化存储,即Pod重新调度后还是能访问到相同的持久化数据
    • 稳定的网络标志,即Pod重新调度后其PodName和HostName不变,基于Headless Service(即没有Cluster IP的Service)来实现
    • 有序部署(比如服务启动需要依赖其他服务已经启动),有序扩展,即Pod是有顺序的,在部署或者扩展的时候要依据定义的顺序依次依次进行(即从0到N-1,在下一个Pod运行之前所有之前的Pod必须都是Running和Ready状态),基于init containers来实现
    • 有序收缩,有序删除(即从N-1到0)
  • DaemonSet
    DaemonSet 确保全部(或者某些)节点上运行一个 Pod 的副本。当有节点加入集群时,该控制器会自动部署对应Pod或服务。比如在每个节点上运行监控 daemon: Prometheus Node Exporter

  • Job
    Job负责批处理任务,即仅执行一次的任务,它保证批处理任务的一个或多个Pod成功结束

  • CronJob
    Cron Job 管理基于时间的 Job,如:在给定时间点只运行一次或周期性地在给定时间点运行。

  • Volumes
    存储和网络是k8s中比较难的部分。
    我们知道docker容器中的文件在磁盘上是临时存放的,这给容器中运行的特殊应用程序带来一些问题。 首先,当容器崩溃时,kubelet 将重新启动容器,容器中的文件将会丢失——因为容器会以干净的状态重建。 其次,当在一个 Pod 中同时运行多个容器时,常常需要在这些容器之间共享文件,所以Kubernetes 抽象出 Volume 对象来解决这两个问题。k8s的存储和docker的volumes不是同一个概念,docker的volume仅仅是挂载docker容器所在的主机的磁盘路径。而k8s是一组抽象的定义,volumes由不同的存储class插件来实现。下面是详细介绍
    Kubernetes 支持下列类型的卷:

  • awsElasticBlockStore

  • azureDisk

  • azureFile

  • cephfs

  • configMap

  • csi

  • downwardAPI

  • emptyDir

  • fc (fibre channel)

  • flocker

  • gcePersistentDisk

  • gitRepo (deprecated)

  • glusterfs

  • hostPath

  • iscsi

  • local

  • nfs

  • persistentVolumeClaim

  • projected

  • portworxVolume

  • quobyte

  • rbd

  • scaleIO

  • secret

  • storageos

  • vsphereVolume

PV & PVC

PersistentVolume 子系统为用户和管理员提供了一个 API,该 API 将如何提供存储的细节抽象了出来。为此,我们引入两个新的 API 资源:PersistentVolume 和 PersistentVolumeClaim。
PersistentVolume(PV)是由管理员设置的存储,它是群集的一部分。就像节点是集群中的资源一样,PV 也是集群中的资源。 PV 是 Volume 之类的卷插件,但具有独立于使用 PV 的 Pod 的生命周期。此 API 对象包含存储实现的细节,即 NFS、iSCSI 或特定于云供应商的存储系统。

PersistentVolume 子系统为用户和管理员提供了一个 API,该 API 将如何提供存储的细节抽象了出来。为此,我们引入两个新的 API 资源:PersistentVolume 和 PersistentVolumeClaim。
PersistentVolume(PV)是由管理员设置的存储,它是群集的一部分。就像节点是集群中的资源一样,PV 也是集群中的资源。 PV 是 Volume 之类的卷插件,但具有独立于使用 PV 的 Pod 的生命周期。此 API 对象包含存储实现的细节,即 NFS、iSCSI 或特定于云供应商的存储系统。

PersistentVolumeClaim(PVC)是用户存储的请求。它与 Pod 相似。Pod 消耗节点资源,PVC 消耗 PV 资源。Pod 可以请求特定级别的资源(CPU 和内存)。声明可以请求特定的大小和访问模式(例如,可以以读/写一次或 只读多次模式挂载)。PersistentVolumeClaim(PVC)是用户存储的请求。它与 Pod 相似。Pod 消耗节点资源,PVC 消耗 PV 资源。Pod 可以请求特定级别的资源(CPU 和内存)。声明可以请求特定的大小和访问模式(例如,可以以读/写一次或 只读多次模式挂载)。

Secret
Secret解决了密码、token、密钥等敏感数据的配置问题,而不需要把这些敏感数据暴露到镜像或者Pod Spec中。Secret可以以Volume或者环境变量的方式使用。

Secret有三种类型:

  • Service Account :用来访问Kubernetes API,由Kubernetes自动创建,并且会自动挂载到Pod的/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount目录中;
  • Opaque :base64编码格式的Secret,用来存储密码、密钥等;
  • kubernetes.io/dockerconfigjson :用来存储私有docker registry的认证信息。

ConfigMap

ConfigMap API资源用来保存key-value pair配置数据,这个数据可以在pods里使用,或者被用来为像controller一样的系统组件存储配置数据。虽然ConfigMap跟Secrets类似,但是ConfigMap更方便的处理不含敏感信息的字符串。 注意:ConfigMaps不是属性配置文件的替代品。

网络、服务和负载均衡

前面已经讲过,网络是比较难的部分。网络部分包含服务、负载均衡等。理解K8S集群服务的概念,是比较不容易的一件事情。这部分我们下篇文章再聊。

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