k8s学习总结(一) 一些重要概念

k8s的一些重要概念

- Cluster

Cluster 是计算、存储和网络资源的集合，Kubernetes 利用这些资源运行各种基于容器的应用。

- Master

Master 是 Cluster 的大脑，它的主要职责是调度，即决定将应用放在哪里运行。Master 运行 Linux 操作系统，可以是物理机或者虚拟机。为了实现高可用，可以运行多个 Master。

- Node

Node 的职责是运行容器应用。Node 由 Master 管理，Node 负责监控并汇报容器的状态，并根据 Master 的要求管理容器的生命周期。Node 运行在 Linux 操作系统，可以是物理机或者是虚拟机。

- Pod

Pod 是 Kubernetes 的最小工作单元。每个 Pod 包含一个或多个容器。Pod 中的容器会作为一个整体被 Master 调度到一个 Node 上运行。

Kubernetes 引入 Pod 主要基于下面两个目的：

1. 可管理性。

有些容器天生就是需要紧密联系，一起工作。Pod 提供了比容器更高层次的抽象，将它们封装到一个部署单元中。Kubernetes 以 Pod 为最小单位进行调度、扩展、共享资源、管理生命周期。

2. 通信和资源共享。

Pod 中的所有容器使用同一个网络 namespace，即相同的 IP 地址和 Port 空间。它们可以直接用 localhost 通信。同样的，这些容器可以共享存储，当 Kubernetes 挂载 volume 到 Pod，本质上是将 volume 挂载到 Pod 中的每一个容器。

Pods 有两种使用方式

1. 运行单一容器。

one-container-per-Pod 是 Kubernetes 最常见的模型，这种情况下，只是将单个容器简单封装成 Pod。即便是只有一个容器，Kubernetes 管理的也是 Pod 而不是直接管理容器。

2. 运行多个容器。

但问题在于：哪些容器应该放到一个 Pod 中？
答案是：这些容器联系必须非常紧密，而且需要直接共享资源。

Controller

Kubernetes 通常不会直接创建 Pod，而是通过 Controller 来管理 Pod 的。Controller 中定义了 Pod 的部署特性，比如有几个副本，在什么样的 Node 上运行等。为了满足不同的业务场景，Kubernetes 提供了多种 Controller，包括 Deployment、ReplicaSet、DaemonSet、StatefuleSet、Job 等，我们逐一讨论。

Deployment 是最常用的 Controller，比如前面在线教程中就是通过创建 Deployment 来部署应用的。Deployment 可以管理 Pod 的多个副本，并确保 Pod 按照期望的状态运行。
ReplicaSet 实现了 Pod 的多副本管理。使用 Deployment 时会自动创建 ReplicaSet，也就是说 Deployment 是通过 ReplicaSet 来管理 Pod 的多个副本，我们通常不需要直接使用 ReplicaSet。
DaemonSet 用于每个 Node 最多只运行一个 Pod 副本的场景。正如其名称所揭示的，DaemonSet 通常用于运行 daemon。
StatefuleSet 能够保证 Pod 的每个副本在整个生命周期中名称是不变的。而其他 Controller 不提供这个功能，当某个 Pod 发生故障需要删除并重新启动时，Pod 的名称会发生变化。同时 StatefuleSet 会保证副本按照固定的顺序启动、更新或者删除。
Job 用于运行结束就删除的应用。而其他 Controller 中的 Pod 通常是长期持续运行。

Service

问题：Deployment 可以部署多个副本，每个 Pod 都有自己的 IP，外界如何访问这些副本呢？

通过 Pod 的 IP 吗？
要知道 Pod 很可能会被频繁地销毁和重启，它们的 IP 会发生变化，用 IP 来访问不太现实。
答案当然是 Service。

Kubernetes Service 定义了外界访问一组特定 Pod 的方式。Service 有自己的 IP 和端口，Service 为 Pod 提供了负载均衡。
Kubernetes 运行容器（Pod）与访问容器（Pod）这两项任务分别由 Controller 和 Service 执行。

Namespace

如果有多个用户或项目组使用同一个 Kubernetes Cluster，如何将他们创建的 Controller、Pod 等资源分开呢？
答案就是 Namespace。

Namespace 可以将一个物理的 Cluster 逻辑上划分成多个虚拟 Cluster，每个 Cluster 就是一个 Namespace。不同 Namespace 里的资源是完全隔离的。
Kubernetes 默认创建了两个 Namespace。
[root@node1 ~]# kubectl get namespace
NAME STATUS AGE
default Active 1d
kube-system Active 1d

default -- 创建资源时如果不指定，将被放到这个 Namespace 中。
kube-system -- Kubernetes 自己创建的系统资源将放到这个 Namespace 中。
Kubernetes架构图(经典经典！！)

k8s架构

Kubernetes拆解图(经典经典！！)

k8s架构拆解

K8S Master节点

从上图可以看到，Master是K8S集群的核心部分，主要运行着以下的服务：kube-apiserver、kube-scheduler、kube-controller-manager、etcd和Pod网络（如：flanne）

API Server：K8S对外的唯一接口，提供HTTP/HTTPS RESTful API，即kubernetes API。所有的请求都需要经过这个接口进行通信。主要处理REST操作以及更新ETCD中的对象。是所有资源增删改查的唯一入口。
Scheduler：资源调度，负责决定将Pod放到哪个Node上运行。Scheduler在调度时会对集群的结构进行分析，当前各个节点的负载，以及应用对高可用、性能等方面的需求。
Controller Manager：负责管理集群各种资源，保证资源处于预期的状态。Controller Manager由多种controller组成，包括replication controller、endpoints controller、namespace controller、serviceaccounts controller等
ETCD：负责保存k8s 集群的配置信息和各种资源的状态信息，当数据发生变化时，etcd会快速地通知k8s相关组件。
Pod网络：Pod要能够相互间通信，K8S集群必须部署Pod网络，flannel是其中一种的可选方案。

K8S Node节点

Node是Pod运行的地方，Kubernetes支持Docker、rkt等容器Runtime。Node上运行的K8S组件包括kubelet、kube-proxy和Pod网络。

Kubelet：kubelet是node的agent，当Scheduler确定在某个Node上运行Pod后，会将Pod的具体配置信息（image、volume等）发送给该节点的kubelet，kubelet会根据这些信息创建和运行容器，并向master报告运行状态。
Kube-proxy：service在逻辑上代表了后端的多个Pod，外借通过service访问Pod。service接收到请求就需要kube-proxy完成转发到Pod的。
每个Node都会运行kube-proxy服务，负责将访问的service的TCP/UDP数据流转发到后端的容器，如果有多个副本，kube-proxy会实现负载均衡，有2种方式：LVS或者Iptables Docker Engine：负责节点的容器的管理工作

Kubernetes中pod创建流程

Pod是Kubernetes中最基本的部署调度单元，可以包含container，逻辑上表示某种应用的一个实例。例如一个web站点应用由前端、后端及数据库构建而成，这三个组件将运行在各自的容器中，那么我们可以创建包含三个container的pod。

pod创建的所有流程

具体的创建步骤包括:

客户端提交创建请求，可以通过API Server的Restful API，也可以使用kubectl命令行工具。支持的数据类型包括JSON和YAML。
API Server处理用户请求，存储Pod数据到etcd。
调度器通过API Server查看未绑定的Pod。尝试为Pod分配主机。
过滤主机 (调度预选)：调度器用一组规则过滤掉不符合要求的主机。比如Pod指定了所需要的资源量，那么可用资源比Pod需要的资源量少的主机会被过滤掉。
主机打分(调度优选)：对第一步筛选出的符合要求的主机进行打分，在主机打分阶段，调度器会考虑一些整体优化策略，比如把容一个Replication Controller的副本分布到不同的主机上，使用最低负载的主机等。
选择主机：选择打分最高的主机，进行binding操作，结果存储到etcd中。
kubelet根据调度结果执行Pod创建操作：绑定成功后，scheduler会调用APIServer的API在etcd中创建一个boundpod对象，描述在一个工作节点上绑定运行的所有pod信息。运行在每个工作节点上的kubelet也会定期与etcd同步boundpod信息，一旦发现应该在该工作节点上运行的boundpod对象没有更新，则调用Docker API创建并启动pod内的容器。

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