首页 » 云自动化 » k8s » 正文

Kubernetes理论基础

Kubernetes理论基础

Kubernetes定义

​ kubernetes是Google开源的容器集群管理系统,2014年6月开源。在Docker技术之上,为容器应用提供资源调度、部署运行、服务发现、扩容缩容、等功能,可以看做是基于容器的micro-pass平台,pass的代表性项目。

Kubernetes特性

  • 强大的容器编排能力
  • 轻量级
  • 开放开源

Kubernetes核心概念

1. Pod
Pod是若干容器的组合,一个Pod内的容器都必须运行在同一台宿主机上,这些容器使用相同的命名空间,IP地址和端口,可以通过localhost互相发现和通信。可以共享一块存储卷空间。是Kubernetes中最小的管理单位。通过Pod更高层次的抽象,提供了更加灵活的管理方式。
2. Service
Service是应用服务的抽象,定义了Pod的逻辑上的集合和访问Pod集合的策略。Service将代理Pod对外表现为一个单一的访问接口,外部不需要了解Pod如何运行,这给扩展和维护带来很多好处,提供了一套简化的服务代理和发现机制

例如:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
	name: tomcat-service
spec:
 	ports:
    - port: 8080
    selector:
      tier: fronted

​ 上面定义一个名为 “tomcat-service” 的Service,服务端口为8080,所有拥有”fronted”的这个Label的所有Pod实例都属于这个Service。即所有 tomcat-service的流量都会被转发到这些Pod

3. Replication Controller(RC)

​ 顾名思义”RC”用来控制做复制控制,确保用户定义的Pod副本数保持不变。RC是弹性伸缩、滚动升级的核心。

例如:

apiVersion: v1
kind: ReplicationContorller
metadata:
	name: nginx
spec:
	replicas: 3
	selector:
	  app: nginx
	template:
	  metadata:
	 	name: nginx
		labels:
		  app: ningx
	  spec:
		containers:
		  - name: nginx
		  - images: nginx
		  ports:
		   - containerPort: 80

​ 上面展示了创建三个nginx的Pod,Kubernetes中Controller Manger会尽量将拥有”app: nginx”标签的三个Pod会分布不同的Node上,保证集群中总是会有符合RC定义的数量的Pod。当任意一个Pod、或者所属的Node出现问题,Controller Manager会自动创建新的Pod。

​ 可以通过控制RC来控制Pod的副本数量,来达到动态缩放的目的:

kebectl scale rc nginx --replicas=1

​ RS 和 RC 什么关系 ?

4. Replica Sets (RS)

​ ReplicaSet(RS)是 RC 的升级版,它们的区别是对选择器的支持。RS支持 labels user guide中描述的set-based选择器要求,而 RC 仅仅支持qeuality-based的选择器要求。(看一眼超链接内容、或者下文Label的内容)

​ RS 虽然可以单独使用,但是还是被Deployments用作Pod的创建、删除、更新。使用Deployment时,不必关心RS。可以通过Deployment管理RS。

​ RS 和 RC都是确保运行指定数量的Pod。Deployment 是一个更高层次的概念,可以管理RS,并且提供对Pod更新等功能,建议使用Deployment来管理RS。

​ RS 对我是隐藏的? 直接使用Deployment来管理?

5. Deployment

​ Deployment是为了更好的解决Pod的编排问题,在内部使用RS(RC升级版)来实现目的。在Deployment中描述目标状态,Deployment Controller就会自动实现Deploymen中描述的目标状态,并指导当前Pod的进度状态。(部署是否完成)

​ Deployment创建的对象不能手动进行管理!

例如:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  labels:
    app: nginx
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80

​ 可以看到上面并没有RS/RC的配置。但是Deployment会自动使用RS的方式创建Pod和Pod副本。

6. Label

​ Label就是一对 key/value,可以被关联到对象(Node、Pod、Service、RS),一个对象可以关联任意数量的Label,同一个Label也可以被关联到任务数量的对象上。通常在定义对象时确定,也可以创建对象后动态添加删除。

​ 可以通过对象的Label来实现多维度的资源分组管理,可以方便的进行资源分配、调度、配置、部署等管理工作。常用的Label如下:

* 版本标签release: stablecanary
* 环境标签env: devproduction
* 架构标签tier: frontendbackendmiddleware
* 分区标签partition: customerAcustomerB
* 质量管控标签track: dailyweekly	Master

Selector可以理解为SQL查询语句中的where条件,在定义定义Service、RC/RS、Deployment时,指定相应的Label就会和自动对应的Pod对象。
7. Horizontal Pod Autoscaler(HPA)

​ 上面说到可以通过命令(kebectl scale)手动调节Pod的数量上限扩容缩容,显然这不够自动化。从Kubernetes1.1版本开始,HPA功能被当做重量级特性推出。与RC、Deployment一样,都属于Kubernetes的一种资源对象,通过追踪分析RC控制的所有目标Pod的负载情况针对性的调整目标Pod的副本数量(实现原理?)。

​ Pod负载度量指标:

* CPUutilizationPercentage
	这是一个算数平均值,即所有Pod的自身CPU利用率的平均值。
* 应用自定义指标(TPS/QPS)
8. Master

​ Master是Kubernetes集群中的控制节点,一般会独自占据一个服务器,Master节点上有以下关键组件:

Kubernetes API server (kube-apiserver), http rest接口的关键进程,是所有操作指令的唯一入口。
Kubernetes Controller Manager(kube-controller-manager), 所有资源对象的自动化控制中心。
Kubernetes Scheduler (kkube-scheduler,负责资源(Pod)的调度。Pod"调度室"
9. Node

​ Node可以理解为Kubernetes集群中的计算节点/工作节点,当某个Node宕机时,这个Node节点上的负载会自动转移到其他节点上去。Node节点上有一下关键组件:

kubelet: Pod 对应的容器创建、启停、等
kube-proxy: 实现 Service的通信与负载均衡机制的重要组件
docker: e,就是docker 
10. Namespace

​ 当团队或者项目中有多个用户时,可以使用Namepace来区分,namespace是一种将集群资源划分多个用途的方法。主要用于实现多租户的资源隔离,通过Namespace将集群内部资源对象分配到不同的Namespace中。形成逻辑上的分组,Kubernetes集群启动后会自动创建一个”default”的namespace。

11. Volume

​ Volume(存储卷)可以被理解为Pod中的共享目录,volume被定义在Pod上,Pod内的容器可以访问挂载。volume与Pod的生命周期相同,与具体的docker 容器生命周期不相关,某个docker容器删除或停止时,Volume中的数据不回丢失,volume支持很多种类型文件系统,GFS/Ceph/NFS。

​ 在Kubernetes中volume有几种类型:

1. emptyDir: 无需指定对应宿主机上的目录文件、无需永久保留的临时目录,跟随Pod的移除而被移除。
2. hostPath: Pod挂载宿主机上的文件或目录,使用宿主机的文件系统存储,这样的方式Kubernetes无法对宿主机上的资源纳入管理(比如资源配额),各个Node节点上的目录文件不同而导致Valume的访问结果不一致。
3. gcePersistentDisk: Google共有云提供的永久磁盘。
4. awsElasticBloukStore: AWS提供的 EBS Volume存储。
5. NFS: 网络文件存储系统
6. iscsi: iscsi 存储设备
7. flocker: Flocker ?? 
8. glusterfs: 开源的ClusterFS网络文件存储系统
9. rbd: Linux 块设备共存存储
10. gitRepo: GIT cone一个git repository Pod
11. secret: Kubernetes中一种保存机密信息的volumePod通过挂载的方式获取账号密码信息

Kubernetes的服务发现机制

​ Kubernetes中的每个Service都有一个唯一的Cluster IP 和唯一的名字,名字是开发者自己定义,部署的时候也不会改变,可以固定在配置中,所以这个问题就是:用Service 名字找到对应Cluster IP。

​ 老的解决方案中需要设置一大堆环境变量,每个Service创建时就会生成对应的环境变量,然后Service中的每个Pod启动时就会加载这些变量。在后来的版本中引入了DNS系统,把服务名作为DNS域名,这样程序就可以直接使用服务名来建立通信。

外部系统访问Service的问题

Kubernetes集群中有三种IP:

  • Node IP:Node 计算节点的IP
  • Pod IP:Pod 的IP地址
  • Cluster IP: Service 的IP地址

解释

  • Node IP 是集群中每个物理节点的IP地址,是真实存在于物理网络中的。
  • Pod IP 是每个Pod的IP地址,是docker 根据docker0 网桥的IP地址段进行分配的,是衣蛾虚拟的二层网络。Kubernetes集群中要求位于不同Node上的Pod能够直接通信,所以一个Pod内的容器和另一个Pod内的容器通信就是通过Pod IP 所在的虚拟二层网络完成的。而实际的TCP/IP流量测试通过Node IP所在屋里网卡流出的。
  • Cluster IP 属于Service,也是一个虚拟的IP地址。仅仅作用于Kubernetes Service 这个对象、无法ping、只能和Service Port组成一个具体的通信端口。Kubernetes集群外部无法直接使用个IP,而当服务必须被外部访问时,可以采用NodePort 的方法。

    例如:

    apiVersion: v1
    kind: Service
    metadata:
      name: nginx-service
    spec:
      type: NodePort
      ports:
       - port: 8080
       nodePort: 31002
      selector:
        tier: frontend
    

    我们访问http://Node:31002 即可

  • NodePort 衍生的负载均衡问题

    ​ NodePort的方式在每个Node节点上开放了端口,想让用户的请求转发到这些Node上的端口,就需要一个负载均衡器。负载均衡器可以在Kubernetes集群内部,还是也可以在集群外部?

    ​ 在集群外部,比如GCE公有云,只要把Service的type=NodePort改为type=LoadBalancer,Kubernetes就会自动创建一个对应的Load balancer,并返回他的IP地址供外部客户端使用。其他云看支不支持了。

  • 最后,可以通过 NodePort、LB、Ingress(还没研究)这三个方式?

参考:

http://www.k8smeetup.com/article/E1eohwDEzm

国内开源的K8s相关平台:

赞 (2)

发表评论