参考文章：kubernetes介绍

第一章 kubernetes介绍

本章节主要介绍应用程序在服务器上部署方式演变以及kubernetes的概念、组件和工作原理。

1.1 应用部署方式演变

在部署应用程序的方式上，主要经历了三个时代：

传统部署：互联网早期，会直接将应用程序部署在物理机上

优点：简单，不需要其它技术的参与

缺点：不能为应用程序定义资源使用边界，很难合理地分配计算资源，而且程序之间容易产生影响

虚拟化部署：可以在一台物理机上运行多个虚拟机，每个虚拟机都是独立的一个环境（比如VMware虚拟机）

优点：程序环境不会相互产生影响，提供了一定程度的安全性

缺点：增加了操作系统，浪费了部分资源

容器化部署：与虚拟化类似，但是共享了操作系统（比如docker容器）

优点：

可以保证每个容器拥有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等

运行应用程序所需要的资源都被容器包装，并和底层基础架构解耦

容器化的应用程序可以跨云服务商、跨Linux操作系统发行版进行部署

容器化部署方式给带来很多的便利，但是也会出现一些问题，比如说：

• 一个容器故障停机了，怎么样让另外一个容器立刻启动去替补停机的容器
• 当并发访问量变大的时候，怎么样做到横向扩展容器数量

容器编排问题——引入k8s

这些容器管理的问题统称为容器编排问题，为了解决这些容器编排问题，就产生了一些容器编排的软件：

• Swarm：Docker自己的容器编排工具
• Mesos：Apache的一个资源统一管控的工具，需要和Marathon结合使用
• Kubernetes：Google开源的的容器编排工具

主流容器编排工具市场占有率：

1.2 kubernetes简介

kubernetes，是一个全新的基于容器技术的分布式架构领先方案，是谷歌严格保密十几年的秘密武器----Borg系统的一个开源版本，于2014年9月发布第一个版本，2015年7月发布第一个正式版本。

主要功能

kubernetes的本质是一组服务器集群，它可以在集群的每个节点上运行特定的程序，来对节点中的容器进行管理。目的是实现资源管理的自动化，主要提供了如下的主要功能：

自我修复：一旦某一个容器崩溃，能够在1秒中左右迅速启动新的容器

弹性伸缩：可以根据需要，自动对集群中正在运行的容器数量进行调整

服务发现：服务可以通过自动发现的形式找到它所依赖的服务

负载均衡：如果一个服务起动了多个容器，能够自动实现请求的负载均衡

版本回退：如果发现新发布的程序版本有问题，可以立即回退到原来的版本

存储编排：可以根据容器自身的需求自动创建存储卷

1.3 kubernetes组件

一个kubernetes集群主要是由控制节点(master)、工作节点(node) 构成，每个节点上都会安装不同的组件。

控制节点(master)：集群的控制平面，负责集群的决策 ( 管理 )

ApiServer : 资源操作的唯一入口，接收用户输入的命令，提供认证、授权、API注册和发现等机制

Scheduler : 负责集群资源调度，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的node节点上

ControllerManager : 负责维护集群的状态，比如程序部署安排、故障检测、自动扩展、滚动更新等

Etcd：负责存储集群中各种资源对象的信息

工作节点(node)：集群的数据平面，负责为容器提供运行环境 ( 干活 )

Kubelet: 负责维护容器的生命周期，即通过控制docker，来创建、更新、销毁容器

KubeProxy: 负责提供集群内部的服务发现和负载均衡

Docker: 负责节点上容器的各种操作

实例：nginx服务部署

下面，以部署一个nginx服务来说明kubernetes系统各个组件调用关系：

1. 首先要明确，一旦kubernetes环境启动之后，master和node都会将自身的信息存储到etcd数据库中

2. 一个nginx服务的安装请求会首先被发送到master节点的apiServer组件

3. apiServer组件会调用scheduler组件来决定到底应该把这个服务安装到哪个node节点上

   在此时，它会从etcd中读取各个node节点的信息，然后按照一定的算法进行选择，并将结果告知apiServer

4. apiServer调用controller-manager去调度Node节点安装nginx服务

5. kubelet接收到指令后，会通知docker，然后由docker来启动一个nginx的pod

   pod是kubernetes的最小操作单元，容器必须跑在pod中至此，

6. 一个nginx服务就运行了，如果需要访问nginx，就需要通过kube-proxy来对pod产生访问的代理

这样，外界用户就可以访问集群中的nginx服务了

1.4 kubernetes概念

Master：集群控制节点，每个集群需要至少一个master节点负责集群的管控

Node：工作负载节点，由master分配容器到这些node工作节点上，然后node节点上的docker负责容器的运行

在Kubernetes（k8s）中，一个“节点”（Node）通常是指集群中的一台物理或虚拟机器，也就是宿主机（Host）。每个节点都能够运行由容器化的应用程序组成的工作负载。Kubernetes集群通常由多个节点组成，这些节点被分为两种类型：

1. Master节点（也称为控制平面节点）：Master节点负责管理集群的状态，包括调度工作负载、响应集群事件（如扩展或滚动更新）、以及维护集群内不同组件之间的通信。

2. Worker节点：Worker节点是部署用户容器化应用程序的地方。每个Worker节点上都运行着kubelet，它是一个代理，用于管理该节点并与Kubernetes的Master节点通信。Worker节点还运行其他网络和存储相关的服务，以确保容器化的应用程序正常运行。

在Kubernetes架构中，节点提供了运行容器所需的资源，例如CPU、内存、网络和存储资源。每个节点都由Master节点监控和管理，确保分配给它的Pods（即一组一个或多个容器）正常运行。如果某个节点发生故障，Master节点可以将Pods重新调度到其他健康的节点上。

Pod：kubernetes的最小控制单元，容器都是运行在pod中的，一个pod中可以有1个或者多个容器

Controller：控制器，通过它来实现对pod的管理，比如启动pod、停止pod、伸缩pod的数量等等

Service：pod对外服务的统一入口，下面可以维护同一类的多个pod（kube-proxy与service区别）

在 Kubernetes 中，kube-proxy 和 Service 是两个相关但不同的概念，它们共同协作以提供对集群内部和外部服务的访问。

• kube-proxy

  kube-proxy 是一个运行在每个 Kubernetes 节点上的网络代理组件。它负责维护节点上的网络规则，并实现了部分服务发现和负载均衡功能。kube-proxy 使得来自 Pod 内部或集群外部的网络流量能够通过服务的虚拟IP地址（ClusterIP、NodePort、LoadBalancer IP等）被正确地转发到后端的 Pod。

  kube-proxy 支持几种流量转发模式：

  1. 用户空间模式（User space mode）：这是最早的模式，性能较低，现已不常使用。
  2. iptables 模式：利用 Linux 的 iptables 规则直接进行包转发，性能较好，是默认选项之一。
  3. IPVS 模式：使用 Linux 的 IP Virtual Server 进行更高效的流量转发，适合大规模集群。

• Service

  Service 是 Kubernetes 提供的一个抽象概念，它定义了一种访问一组特定 Pod 的方式，无论这些 Pod 运行在哪个节点上。每个 Service 都有一个虚拟的固定IP地址（ClusterIP），以及一个DNS名称，使得其他组件可以通过它访问后端的 Pod，而不需要关心 Pod 的具体位置。

  Service 对象支持多种类型：

  1. ClusterIP：为服务提供一个内部集群IP，只能从集群内部访问。
  2. NodePort：在 ClusterIP 的基础上，为服务在每个节点上打开一个端口，允许从集群外部通过 <节点IP>:<NodePort> 访问服务。
  3. LoadBalancer：在 NodePort 的基础上，还会请求云提供商的负载均衡器，允许通过外部的负载均衡器IP访问服务。
  4. ExternalName：通过返回一个外部域名而非IP地址来转发服务。

总的来说，kube-proxy 是负责实现服务连接和负载均衡的网络代理，而 Service 是定义如何访问一组 Pod 的高级抽象。当创建一个 Service 时，kube-proxy 将根据 Service 的定义更新节点上的网络规则，确保流量能够被正确转发到后端的 Pod。

Label：标签，用于对pod进行分类，同一类pod会拥有相同的标签

NameSpace：命名空间，用来隔离pod的运行环境