「学」 Kubernetes

Kubernetes 是一个用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序的容器编排平台。它的目标是处理大规模、高可用性的分布式系统。保证应用业务高峰并发时的高可用性；业务低峰时回收资源，以最小成本运行服务。为多个容器提供服务发现和负载均衡，使得用户无需考虑容器 IP 问题。

1 k8s 简介

主要特性：

• 高可用，不宕机，自动灾难恢复
• 灰度更新，不影响业务正常运转
• 一键回滚到历史版本
• 方便的伸缩扩展（应用伸缩，机器加减）、提供负载均衡
• 完善的生态

不同的应用部署方案：

• 传统部署方式：应用直接在物理机上部署，机器资源分配不好控制，出现 Bug 时，可能机器的大部分资源被某个应用占用，导致其他应用无法正常运行，无法做到应用隔离。

• 虚拟机部署：在单个物理机上运行多个虚拟机，每个虚拟机都是完整独立的系统，性能损耗大。

• 容器部署：所有容器共享主机的系统，轻量级的虚拟机，性能损耗小，资源隔离，CPU 和内存可按需分配

当你的应用只是跑在一台机器，直接一个 docker + docker-compose 就够了，方便轻松；

当你的应用需要跑在 3，4 台机器上，你依旧可以每台机器单独配置运行环境 + 负载均衡器；

但是当你应用访问数不断增加，机器逐渐增加到十几台、上百台、上千台时，每次加机器、软件更新、版本回滚，都会变得非常麻烦，这时候 Kubernetes 就可以一展身手了，可以为你提供集中式的管理集群机器和应用，加机器、版本升级、版本回滚、不停机的灰度更新，确保高可用、高性能、高扩展。

2 k8s 集群

• master：主节点，控制平台，不需要很高性能，不跑任务，通常一个就行了，也可以开多个主节点来提高集群可用度。

• worker：工作节点，可以是虚拟机或物理计算机，任务都在这里跑，机器性能需要好点；通常都有很多个，可以不断加机器扩大集群；每个工作节点由主节点管理。

• pod：k8s 调度、管理的最小单位，一个 pod 可以包含一个或多个容器，每个 pod 有自己的虚拟 IP。一个工作节点可以有多个 pod，主节点会考量负载自动调度 pod 到某个节点运行。

• deployment：包含由模板和副本数（要运行的模板数量）定义的 pod 集合。如果我们有一个 deployment，其副本数为 10，其中 3 个 pod 由于机器故障而崩溃，这 3 个 pod 将会在集群中的其他机器上被调度运行起来。

• service：提供一个稳定的端点，它可以用来将流量定向到所需的 pod 上，即使底层 pod 由于更新、扩展和故障而发生变化。service 基于在 pod 清单文件元数据中定义的标签（键值对）知道应该向哪些 pod 发送流量。

pod 的生命周期：

Phase	描述
Pending	Kubernetes 已经创建并确认该 pod。此时可能有两种情况：1. pod 还未完成调度（例如没有合适的节点）；2. 正在从 docker registry 下载镜像
Running	该 pod 已经被绑定到一个节点，并且该 pod 所有的容器都已经成功创建。其中至少有一个容器正在运行，或者正在启动/重启
Succeeded	pod 中的所有容器都已经成功终止，并且不会再被重启
Failed	pod 中的所有容器都已经终止，至少一个容器终止于失败状态：退出码不是 0，或者被系统 kill
Unknown	因为某些未知原因，不能确定 pod 的状态，通常的原因是 master 与 pod 所在节点之间的通信故障

为什么要使用 pod，不直接使用容器呢？

pod 的存在主要是让几个紧密连接的容器之间共享资源，例如 IP 地址，共享存储等信息。如果直接调度容器的话，那么几个容器可能运行在不同的主机上，这样就增加了系统的复杂性。

为什么不直接在一个容器上运行所有的应用？

容器运行时（docker 等）无法监控到容器内所有应用的运行状态。每个容器中只运行一个应用程序，可以提高水平伸缩能力、复用性、便于管理其生命周期。

3 k8s 组件

• apiserver 负责接收 k8s 所有请求，所有增删改查和监听操作都交给 apiserver 处理后再提交给 etcd 存储。

• etcd 是一个分布式的键值存储系统。存储了 k8s 的关键配置和用户配置，仅 apiserver 才具备读写权限，其他组件必须通过 apiserver 的接口才能读写数据。其内部使用 Raft 协议。

• scheduler 是负责资源调度的进程，根据调度算法为新创建的 pod 选择一个合适的 worker 节点。

• controller-manager 是 k8s 集群里所有资源对象的自动化控制中心，通过 apiserver 监视集群的状态，确保集群的当前状态是否符合期望。

• kubelet 是从节点的监视器，与 master 节点的通讯器。与 apiserver 通信查看分配给该节点的应用程序容器，负责启动 pod 运行分配到节点的应用程序。

• kube-proxy 能够让容器跨集群的各个节点相互通信。kube-proxy 处理所有网络问题，例如如何将流量转发到适当的 pod 上，实现负载均衡。

所有的组件都通过 apiserver 交互，将集群的状态存储在 etcd 中。多种组件（通过 apiserver）写入 etcd，以对集群进行更改，集群上的节点（通过 apiserver）监听 etcd，以查看其应该运行的 pod。

k8s 工作流程：

1. 用户通过客户端发送创建 pod 的请求到 master 节点上的 apiserver
2. apiserver 会先把相关的请求信息写入到 etcd 中，再找 controller-manager 根据预设的资源模板创建 pod 清单
3. 然后 controller-manager 会通过 apiserver 去找 scheduler 为新创建的 pod 选择最适合的 worker 节点
4. scheduler 会通过调度算法的预选策略和优选策略筛选出最适合的 worker 节点
5. 然后再通过 apiserver 找到对应的 worker 节点上的 kubelet 去创建和管理 pod
6. kubelet 会直接跟容器引擎交互来管理容器的生命周期
7. 用户通过创建承载在 kube-proxy 上的 service 资源，写入相关的网络规则，实现对 pod 的服务发现和负载均衡