介绍kubernetes的功能与架构及其组件

一、功能简介

1、服务发现和负载均衡

Kubernetes 可以使用 DNS 名称或自己的 IP 地址公开容器, 如果进入容器的流量很大, Kubernetes 可以负载均衡并分配网络流量, 从而使部署稳定. 常用的DNS插件为coreDNS, 用作服务发现和集群中容器通讯; 负载均衡器常使用集群内的service资源进行对外暴露服务, 同时也提供ingress插件接口对外暴露服务

2、存储编排

Kubernetes 允许你自动挂载你选择的存储系统, 例如本地存储、公共云提供商等. 对于集群内部的应用有时会需要持久化数据, 这时容器如果被删除数据也会随之消失, 所以一个稳定的外部存储集群就显得很重要了; 常见的对k8s提供存储能力的集群有: heketi + gluesterfs 、Rook + Ceph、阿里云OSS等, 配合集群内的storageclass可直接向存储集群申请存储空间

3、自动部署与回滚

你可以使用 Kubernetes 描述已部署容器的所需状态, 它可以以受控的速率将实际状态更改为期望状态. 例如, 你可以自动化 Kubernetes 来为你的部署创建新容器, 删除现有容器并将它们的所有资源用于新容器. 控制k8s集群中容器的状态大多数时候都会采用 yaml 资源配置清单的形式, 方便记忆也易于识别

4、资源隔离

Kubernetes 允许你指定每个容器所需 CPU 和内存（RAM）. 当容器指定了资源请求时, Kubernetes 可以做出更好的决策来管理容器的资源. 这就与Linux操作系统中的资源限额有关系了, 有些容器在接收高并发访问的时候, 往往会无限制的占用宿主机资源, 从而导致其他服务容器争抢不到应有的资源进行运行和服务, 从而导致大面积瘫痪

5、自我修复

Kubernetes 重新启动失败的容器、替换容器、杀死不响应用户定义的运行状况检查的容器, 并且在准备好服务之前不将其通告给客户端. 在创建pod的时候, 只有当设置在pod中的探针全部探测正常后才会将pod连接到集群内网络中对外进行服务, 否则将通过监控告警给运维人员; 同样的对于k8s中的容器会受到kubelet和kube-apiserver的双重管理, kubelet上报容器运行状态, api-server向etcd中请求期望状态, 比较后让其达到期望的状态, 从而保证其功能/服务容器永久保持在线

6、密钥与配置管理

Kubernetes 允许你存储和管理敏感信息, 例如密码、OAuth 令牌和 ssh 密钥. 你可以在不重建容器镜像的情况下部署和更新密钥和应用程序配置, 也无需在堆栈配置中暴露密钥. 对于无状态应用(exam: nginx)的配置文件, 可以使用k8s中的configmap资源进行存储, 但对于密码和某些私密信息而言就可以使用secret资源进行存储, 从而避免频繁更改和私密信息泄漏的风险

二、kubernetes的架构及其组件

一个 Kubernetes 集群由一组被称作节点的机器组成。这些节点上运行 Kubernetes 所管理的容器化应用。集群具有至少一个工作节点。工作节点托管作为应用负载的组件的 Pod 。控制平面管理集群中的工作节点和 Pod 。为集群提供故障转移和高可用性，这些控制平面一般跨多主机运行，集群跨多个节点运行。

1、kube-apiserver

API 服务器是 Kubernetes 控制面的组件，该组件公开了 Kubernetes API。 API 服务器是 Kubernetes 控制面的前端。Kubernetes API 服务器的主要实现是 kube-apiserver。 kube-apiserver 设计上考虑了水平伸缩，也就是说，它可通过部署多个实例进行伸缩。你可以运行 kube-apiserver 的多个实例，并在这些实例之间平衡流量。

2、etcd

etcd 是兼具一致性和高可用性的键值数据库，可以作为保存 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库。你的 Kubernetes 集群的 etcd 数据库通常需要有个备份计划。要了解 etcd 更深层次的信息，请参考 etcd 文档。

3、kube-scheduler

控制平面组件，负责监视新创建的、未指定运行节点（node）的 Pods，选择节点让 Pod 在上面运行。调度决策考虑的因素包括单个 Pod 和 Pod 集合的资源需求、硬件/软件/策略约束、亲和性和反亲和性规范、数据位置、工作负载间的干扰和最后时限。

4、kube-controller-manager

运行控制器进程的控制平面组件。从逻辑上讲，每个控制器都是一个单独的进程，但是为了降低复杂性，它们都被编译到同一个可执行文件，并在一个进程中运行。这些控制器包括：

节点控制器（Node Controller）：负责在节点出现故障时进行通知和响应

任务控制器（Job controller）：监测代表一次性任务的 Job 对象，然后创建 Pods 来运行这些任务直至完成

端点控制器（Endpoints Controller）：填充端点（Endpoints）对象（即加入 Service 与 Pod）

服务帐户和令牌控制器（Service Account & Token Controllers）：为新的命名空间创建默认帐户和 API 访问令牌

5、cloud-controller-manager

云控制器管理器是指嵌入特定云的控制逻辑的控制平面组件。云控制器管理器使得你可以将你的集群连接到云提供商的 API 之上，并将与该云平台交互的组件同与你的集群交互的组件分离开来。cloud-controller-manager 仅运行特定于云平台的控制回路。如果你在自己的环境中运行 Kubernetes，或者在本地计算机中运行学习环境，所部署的环境中不需要云控制器管理器。与 kube-controller-manager 类似，cloud-controller-manager 将若干逻辑上独立的控制回路组合到同一个可执行文件中，供你以同一进程的方式运行。你可以对其执行水平扩容（运行不止一个副本）以提升性能或者增强容错能力。下面的控制器都包含对云平台驱动的依赖：

节点控制器（Node Controller）：用于在节点终止响应后检查云提供商以确定节点是否已被删除

路由控制器（Route Controller）：用于在底层云基础架构中设置路由

服务控制器（Service Controller）：用于创建、更新和删除云提供商负载均衡器

6、Node组件

节点组件在每个节点上运行，维护运行的 Pod 并提供 Kubernetes 运行环境。

7.kubelet

一个在集群中每个节点（node）上运行的代理。它保证容器（containers）都运行在 Pod 中。kubelet 接收一组通过各类机制提供给它的 PodSpecs，确保这些 PodSpecs 中描述的容器处于运行状态且健康。 kubelet 不会管理不是由 Kubernetes 创建的容器

8、kube-proxy

kube-proxy 是集群中每个节点上运行的网络代理，实现 Kubernetes 服务（Service）概念的一部分。kube-proxy 维护节点上的网络规则。这些网络规则允许从集群内部或外部的网络会话与 Pod 进行网络通信。如果操作系统提供了数据包过滤层并可用的话，kube-proxy 会通过它来实现网络规则。否则， kube-proxy 仅转发流量本身。

9、容器运行时（Container Runtime）

容器运行环境是负责运行容器的软件。Kubernetes 支持容器运行时，例如 Docker、 containerd、CRI-O 以及 Kubernetes CRI (容器运行环境接口) 的其他任何实现。

10、插件（Addons）

插件使用 Kubernetes 资源实现集群功能。因为这些插件提供集群级别的功能，插件中命名空间域的资源属于 kube-system 命名空间。下面描述众多插件中的几种。有关可用插件的完整列表，请参见插件（Addons）。

11、DNS

尽管其他插件都并非严格意义上的必需组件，但几乎所有 Kubernetes 集群都应该有集群 DNS，因为很多示例都需要 DNS 服务。集群 DNS 是一个 DNS 服务器，和环境中的其他 DNS 服务器一起工作，它为 Kubernetes 服务提供 DNS 记录。Kubernetes 启动的容器自动将此 DNS 服务器包含在其 DNS 搜索列表中。

12、Web 界面（仪表盘）