Kubernetes介绍

# Kubernetes介绍

K8S即是一个容器编排工具，能将多个容器资源整合成一个大的资源集群，统一对外提供计算、存储等能力。一般集群分为两种类型：有中心节点的集群 和 无中心节点的集群，而K8S则是有中心集群。

有中心节点的集群：如MySQL主从，一个主节点，其他节点与它进行同步。
无中心节点的集群：每一个节点都能接收请求进行路由，如Nginx集群，每个集群都能进行路由提供服务。

# Kubernetes特性

# 自动化

自动装箱：能够自动完成容器的部署。
自我修复：如果容器崩溃，控制器会自动拉起一个新容器。
自动水平扩展：当前容器资源不够用，会自动扩展集群，拉起一个新容器。
自动服务发现：通过标签进行匹配发现。
自动负载均衡：会自动将流量负载均衡到集群中的不同容器。
自动发布和回滚：可以自动实现滚动发布。

# 密钥和配置管理

可以通过外部组件(配置中心) 来管理容器的配置，通过API进行管理。
容器在启动时会通过网络来加载配置中心的配置。

# 存储编排

使容器可以根据需求创建适合大小的存储卷。

# 批量处理执行

# 编排工具

# 介绍

编排工具，即是批量管理工具。

# 应用编排工具

主要用来对多主机进行管理，因为多机集群的管理非常繁琐，所以我们可以借助应用编排工具，来实现方便的编排管理，如ansible工具。

# 容器化编排工具

主要用来对多容器进行管理，用来解决N多个容器的管理问题。
主流是使用kubernetes进行管理，但docker实际也有自带的编排工具docker compose等。

# DevOps介绍

# 介绍

DevOps在百科上的定义是一组过程、方法与系统的统称，用于促进开发、技术运营和质量保障部门之间的沟通、协作与整合。

我们一般的程序上线流程是：程序开发 -> 构建部署测试环境 -> 测试 -> 交付给目标 -> 部署线上环境，而以自动化的方式实现以上流程，就是DevOps，容器提供了DevOps(自动化) 落地的可能。

# 相关概念(CI/CD)

# CI：持续集成
1. 程序员开发完代码提交到代码仓库。
2. 构建工具自动的去拉取代码进行构建部署。
3. 测试工具自动的在测试环境中对代码进行测试。
4. 测试工具发现Bug则自动打回，通知程序员修复。
5. 以上过程将不断循环，直到测试工具没有发现Bug为止。
6. 以上过程的自动实现，就称之为持续集成。
# CD：持续交付
- 在持续集成的过程后，如果开发好的程序能够自动的打包到仓库、文件系统等，使可以被运维或者客户拿到，这个过程就是持续交付。
- 自动实现将测试通过的程序打包交付到目标手中，就是持续交付。
# CD：持续部署
- 自动实现将交付得到的程序部署到线上环境，这个过程就是持续部署。

# Kubernetes节点的角色

# 介绍

K8S集群中存在两种角色，也就是Master和Node，所以K8S实际是有中心节点的集群。
K8S中各组件间的通信使用HTTP/HTTPS协议。

# Master

用来接收客户端请求、管理工作节点等。
可以有一个或多个主节点，如果为了高可用则一般需要有三个。
Master节点中包含以下几个模块：
- # API Server
  - 集群的入口。
- # Scheduler
  - 用于根据请求进行任务调度，会选择最佳适配的Node来运行容器。
- # Controller Manager
  - 用于确保控制器健康运行。
提示

Master节点默认是无法接受资源调度的，因为Master节点默认是有污点，在资源调度时不会选择有污点的节点进行调度，所以如果有特殊需求要搭建一台单节点的K8S集群，则需要通过命令将Master节点的污点去掉。

# Nodes (Worker)

用来提供资源、运行容器的节点等。
Node节点中包含以下几个模块：
- # Kubelet
  - 用于管理Pod、接收并执行任务、容器健康检查等。
- # 容器引擎
  - 用于运行容器，在K8S 1.24版本之前是使用Docker作为容器引擎，但该版本之后则开始使用Contianerd作为容器引擎。
- # kube-proxy
- 用于管理Service的规则，每一个Service的创建或变动，都需要用kube-proxy来反应到本地规则上。

# Pod介绍

# 概念

Pod是K8S中最小调度的逻辑单元。
他实际相当于容器的外壳，一个Pod虽然可以运行多个容器，但是一般只会放一个主容器，除非是为了扩展主容器中的主程序的功能，才会运行其他辅助容器 (Sidecar模式)。
同一Pod内的容器共享同一个名称空间，也就意味着就是这些容器可以通过lo通信(127.0.0.1)。
同一Pod内的容器共享同一个存储卷。

# 管理方式

在K8S中对Pod有两种管理方式，一种是自主式管理的Pod，还有一种是控制器管理的Pod，我们主要使用控制器对Pod进行管理。

# 自主式管理的Pod
- 由调度器分配任务给Node启动后，如果Pod中的容器崩溃了，Node节点的kubelet服务会自动拉起一个新的Pod。
- 但如果Node故障了，这个Pod也就无法运行了，且它无法全局进行Pod管理。
# 控制器管理的Pod
- # ReplicationController - 副本控制器
  - 如果Pod副本集少了或不够用了，会自动添加Pod副本。如果多了，会自动移除Pod副本。
  - 它还支持滚动更新和回滚，即便设置Pod副本集最多有2个，也允许在更新过程中临时超出。
    - 会新添加一个新版本副本，然后再移除一个旧副本，然后再添加一个新版本副本，然后再移除一个旧副本，以此类推，最终实现全部副本的更新。
    - 在执行回滚时，也是一样滚动回滚的过程。
- # ReplicaSet - 副本集控制器
  - 和ReplicationController功能基本一致，但是管理起来更加方便。
- # Deployment - 用于管理无状态的Pod副本
  - 当我们创建了Deployment之后，实际上也创建了ReplicaSet，所以说Deployment管理着 ReplicaSet。
  - Deployment在ReplicaSet的基础上进行了功能的扩展，所以更加完善，比如它支持二级控制器：HPA - 水平Pod自动伸缩控制器。
    - 比如：以整个集群为单位监控CPU使用率，如果各副本的CPU使用率加起来超过整个集群CPU资源的80%，则自动扩展Pod副本。
  - 一般用来运行无状态服务（Stateless Service）
    - 该服务运行的实例不会在本地存储需要持久化的数据，并且多个实例对于同一个请求响应的结果是完全一致的。这种方式适用于服务间相互没有依赖关系，如Web应用，在Deployment控制器停止掉其中的一个Pod不会对其他Pod造成影响。
- # StatefulSet - 用于管理有状态的Pod副本
  - 用来运行有状态服务（Stateful Service）
    - 服务运行的实例需要在本地存储持久化数据，比如数据库或者多个实例之间有依赖拓扑关系，比如：主从关系、主备关系。如果停止掉依赖中的一个Pod，就会导致数据丢失或者集群崩溃。这种实例之间有不对等关系，以及实例对外部数据有依赖关系的应用，就被称为有状态应用。
- # DaemonSet - 用于管理只有一个的Pod副本
  - 该控制器在调度时，每个节点上最多只会运行一个Pod副本。
- # Job/Cronjob
  - 用于执行临时的任务，成功执行完就会被移除，如果执行过程中Pod副本挂掉，会重新执行。

# Label介绍

# 介绍

在K8S中，我们可以对每个资源定义一个或多个标签，定义标签是为了方便后续的资源管理，它是kv类型的数据。
比如：给Pod定义标签，方便后续筛选出想要的一个或一组Pod。

# 标签选择器

Label Selector 用于根据资源的标签，选择出指定的资源。
比如：选择出想要的Pod等。

# Service介绍

# 介绍

它是存在于K8s中客户端和Pod之间、Pod和容器之间的中间层，用于服务发现、请求调度。Service的IP地址不会变、名称也不会变。
它是一个规则，并非某个实际运行的服务，它会生成一个不属于任何网卡的虚拟地址用于使用，所以它无法直接被外部网络访问，需要做转发才能被外部网络访问。

# 作用

它会代理客户端对Pod的访问请求，代理Pod对容器的访问请求：Service -> Pod -> Service -> 容器。

# 特点

它会通过Pod的标签来进行关联，因为Pod的主机名、IP地址等是会变化的。一旦Pod挂掉，Pod控制器会创建新Pod，创建之后，Service会立刻将其关联，并作为后端可用Pod之一。
它强依赖于K8S的DNS服务。

# K8S DNS介绍

K8s的DNS服务是一个架构级的Pod，该服务一般用于解析Service的地址，使可以通过名称来访问Service。

它支持动态创建、动态删除、动态变动。

比如：如果你手动修改了Service的地址，dns服务会自动触发，将DNS解析记录中的地址也修改。

# K8S共享存储介绍

各Master节点的数据，都需要共享存储到K8s的数据库中(etcd)，因此该数据库也是K8s集群中的核心之一，所以需要做高可用，一般为三个节点。

它是一个键值对存储的数据库，同时也支持各种协调功能，比如Header选举功能等。

etcd节点间使用http协议通信，etcd向客户端提供服务时使用https协议通信。

# K8S网络模型

# 介绍

K8S自身不提供网络管理，需要使用第三方组件来实现，K8S的网络模型要求每个集群要有如下3种网络。
- 节点网络 - 各Node间的网络
- 集群网络 - 各Service间的网络
- Pod网络 - 各Pod间的网络
访问顺序：节点网络 —> 集群网络 —> Pod网络

# K8S的网络通信方式

同一Pod内的多个容器间通信
- 使用lo进行本地通信 (127.0.0.1)
各Pod之间的通信
- 通过NAT转换到Service网络进行通信 (方便管理)
  - Pod消息借助NAT将地址转换到Service网络中，然后发送到目标Pod
- 直接使用对方的地址进行通信 (不方便管理)
  - 通过隧道实现叠加网络 (Overlay Network)，需要集群中，无论Pod运行再哪个节点上，各Pod之间的地址都不应该冲突

# CNI容器网络接口

用于接入第三方网络组件的，如：flannel、calico、canel等，它可以用守护进程来运行，也可以部署在Pod上。

# 名称空间

该空间主要用来管理资源，给资源分组用的。

#Linux #DevOps #Kubernetes #容器编排

← Dockerfile编写 Kubernetes部署→

Kubernetes介绍