基础知识

Kubernetes是什么？

Kubernetes是容器集群管理系统，是Google 2014年创建管理的，是Google 10多年大规模容器管理技术Borg的开源版本，可以实现容器集群的自动化部署、自动扩缩容、维护等功能。

通过Kubernetes你可以：

  • 快速部署应用
  • 快速扩展应用
  • 无缝对接新的应用功能
  • 节省资源，优化硬件资源的使用

Kubernetes的目标是促进完善组件和工具的生态系统，以减轻应用程序在公有云或私有云中运行的负担。

Kubernetes 特点

  • 可移植: 支持公有云，私有云，混合云，多重云（multi-cloud）
  • 可扩展: 模块化, 插件化, 可挂载, 可组合
  • 自动化: 自动部署，自动重启，自动复制，自动伸缩/扩展

使用容器的优势

  • **快速创建/部署应用：**与VM虚拟机相比，容器镜像的创建更加容易。
  • **持续开发、集成和部署：**提供可靠且频繁的容器镜像构建/部署，并使用快速和简单的回滚(由于镜像不可变性)。
  • **开发和运行相分离：**在build或者release阶段创建容器镜像，使得应用和基础设施解耦。
  • **开发，测试和生产环境一致性：**在本地或外网（生产环境）运行的一致性。
  • **云平台或其他操作系统：**可以在 Ubuntu、RHEL、 CoreOS、on-prem、Google Container Engine或其它任何环境中运行。
  • **Loosely coupled，分布式，弹性，微服务化：**应用程序分为更小的、独立的部件，可以动态部署和管理。
  • 资源隔离
  • **资源利用：**更高效

Kubernetes架构

Kubernetes借鉴了Borg的设计理念，比如Pod、Service、Labels和单Pod单IP等。Kubernetes的整体架构跟Borg非常像，如下图所示

architecture

Kubernetes主要由以下几个核心组件组成：

  • etcd保存了整个集群的状态；
  • apiserver提供了资源操作的唯一入口，并提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制；
  • controller manager负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等；
  • scheduler负责资源的调度，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的机器上；
  • kubelet负责维护容器的生命周期，同时也负责Volume（CVI）和网络（CNI）的管理；
  • Container runtime负责镜像管理以及Pod和容器的真正运行（CRI）；
  • kube-proxy负责为Service提供cluster内部的服务发现和负载均衡；

除了核心组件，还有一些推荐的Add-ons：

  • kube-dns负责为整个集群提供DNS服务
  • Ingress Controller为服务提供外网入口
  • Heapster提供资源监控
  • Dashboard提供GUI
  • Federation提供跨可用区的集群
  • Fluentd-elasticsearch提供集群日志采集、存储与查询

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分层架构

Kubernetes设计理念和功能其实就是一个类似Linux的分层架构，如下图所示

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  • 核心层：Kubernetes最核心的功能，对外提供API构建高层的应用，对内提供插件式应用执行环境
  • 应用层：部署（无状态应用、有状态应用、批处理任务、集群应用等）和路由（服务发现、DNS解析等）
  • 管理层：系统度量（如基础设施、容器和网络的度量），自动化（如自动扩展、动态Provision等）以及策略管理（RBAC、Quota、PSP、NetworkPolicy等）
  • 接口层：kubectl命令行工具、客户端SDK以及集群联邦
  • 生态系统：在接口层之上的庞大容器集群管理调度的生态系统，可以划分为两个范畴
    • Kubernetes外部：日志、监控、配置管理、CI、CD、Workflow、FaaS、OTS应用、ChatOps等
    • Kubernetes内部：CRI、CNI、CVI、镜像仓库、Cloud Provider、集群自身的配置和管理等

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