# Kubernetes簡介 ## 來源 中文官網：https://kubernetes.io/zh 中文社區：https://www.kubernetes.org.cn/ ## 介紹 K8S主要講的就是Kubernetes，首先Kubernetes首字母為K，末尾為s，中間一共有8個字母，所以簡稱K8s ## 前置知識 - Linux操作系統 - Docker ## 課程簡介 - K8s概念和架構 - 從零搭建K8s集群 - 基于客戶端工具kubeadm搭建（簡單，最多半小時） - 基于二進制包方式（能看到內部的架構） - K8s核心概念 - Pod：K8s管理的最小單位級，是所有業務類型的基礎 - Controller：控制器，有狀態，無狀態，一次任務，定時任務，守護進程 - Service Ingress：對外暴露端口 - RBAC：安全機制，權限模型 - Helm：下載機制 - 持久化存儲 - 搭建集群監控平臺系統 - 從零搭建高可用K8s集群 - 在集群環境部署項目 ## K8S概念和特性 ### 部署發展歷程 我們的項目部署也在經歷下面的這樣一個歷程 > 傳統部署 -> 虛擬化部署時代 -> 容器部署時代  - **傳統部署時代**：早期，組織在物理服務器上運行應用程序。無法為物理服務器中的應用程序定義資源邊界，這會導致資源分配問題。例如，如果在物理服務器上運行多個應用程序，則可能會出現-一個應用程序占用大部分資源的情況，結果可能導致其他應用程序的性能下降。--種解決方案是在不同的物理服務器上運行每個應用程序，但是由于資源利用不足而無法擴展，并且組織維護許多物理服務器的成本很高。 - **虛擬化部署時代**：作為解決方案，引入了虛擬化功能，它允許您在單個物理服務器的CPU.上運行多個虛擬機（VM）。虛擬化功能允許應用程序在VM之間隔離，并提供安全級別，因為一一個應用程序的信息不能被另一應用程序自由地訪問。因為虛擬化可以輕松地添加或更新應用程序、降低硬件成本等等，所以虛擬化可以更好地利用物理服務器中的資源，并可以實現更好的可伸縮性。每個VM是一臺完整的計算機，在虛擬化硬件之上運行所有組件，包括其自己的操作系統。 - **容器部署時代**：容器類似于VM，但是它們具有輕量級的隔離屬性，可以在應用程序之間共享操作系統 （OS），因此，容器被認為是輕量級的。容器與VM類似，具有自己的文件系統、CPU、內存、進程空間等。由于它們與基礎架構分離，因此可以跨云和OS分發進行移植。 容器因具有許多優勢而變得流行起來。下面列出了容器的一些好處： - 敏捷應用程序的創建和部署：與使用VM鏡像相比，提高了容器鏡像創建的簡便性和效率。 - 持續開發、集成和部署：通過簡單的回滾（由于鏡像不可變性），提供可靠且頻繁的容器鏡像構建和部署。 - 關注開發與運維的分離：在構建/時而不是在部署時創建應用程序容器鏡像，將應用程序與基礎架構分離。 - 可觀察性：不僅可以顯示操作系統級別的信息和指標，還可以顯示應用程序的運行狀況和其他指標信號。 - 跨開發、測試和生產的環境一致性：在便攜式計算機上與在云中相同地運行。 - 云和操作系統分發的可移植性：可在Ubuntu、RHEL、RHEL、CoreOS、本地、Google Kubernetes Engine和其它任何其它地方運行。 - 以應用程序為中心的管理：提高抽象級別，從在虛擬硬件上運行OS到使用邏輯資源在OS上運行應用程序。 - 松散耦合、分布式、彈性、解放的微服務：應用程序被分解成較小的獨立部分，并且可以動態部署和管理-而不是在一臺大型單機上器體運行。 - 資源隔離：可預測的應用程序性能。 ### K8S概述 kubernetes，簡稱K8s，是用8 代替8 個字符“ubernete”而成的縮寫。是一個開源的，用于管理云平臺中多個主機上的容器化的應用，Kubernetes 的目標是讓部署容器化的應用簡單并且高效（powerful）,Kubernetes 提供了應用部署，規劃，更新，維護的一種機制。 傳統的應用部署方式是通過插件或腳本來安裝應用。這樣做的缺點是應用的運行、配置、管理、所有生存周期將與當前操作系統綁定，這樣做并不利于應用的升級更新/回滾等操作，當然也可以通過創建虛擬機的方式來實現某些功能，但是虛擬機非常重，并不利于可移植性。 新的方式是通過部署容器方式實現，每個容器之間互相隔離，每個容器有自己的文件系統，容器之間進程不會相互影響，能區分計算資源。相對于虛擬機，容器能快速部署，由于容器與底層設施、機器文件系統解耦的。 > 總結： > > - K8s是谷歌在2014年發布的容器化集群管理系統 > - 使用k8s進行容器化應用部署 > - 使用k8s利于應用擴展 > - k8s目標實施讓部署容器化應用更加簡潔和高效 ### K8S概述 Kubernetes 是一個輕便的和可擴展的開源平臺，用于管理容器化應用和服務。通過Kubernetes 能夠進行應用的自動化部署和擴縮容。在Kubernetes 中，會將組成應用的容器組合成一個邏輯單元以更易管理和發現。 Kubernetes 積累了作為Google 生產環境運行工作負載15 年的經驗，并吸收了來自于社區的最佳想法和實踐。 ### K8S功能 #### 自動裝箱 基于容器對應用運行環境的資源配置要求自動部署應用容器 #### 自我修復(自愈能力) 當容器失敗時，會對容器進行重啟 當所部署的Node節點有問題時，會對容器進行重新部署和重新調度 當容器未通過監控檢查時，會關閉此容器直到容器正常運行時，才會對外提供服務  如果某個服務器上的應用不響應了，Kubernetes會自動在其它的地方創建一個  #### 水平擴展 通過簡單的命令、用戶UI 界面或基于CPU 等資源使用情況，對應用容器進行規模擴大或規模剪裁 > 當我們有大量的請求來臨時，我們可以增加副本數量，從而達到水平擴展的效果 當黃色應用過度忙碌，會來擴展一個應用  #### 服務發現 用戶不需使用額外的服務發現機制，就能夠基于Kubernetes 自身能力實現服務發現和負載均衡 > 對外提供統一的入口，讓它來做節點的調度和負載均衡， 相當于微服務里面的網關？  #### 滾動更新 可以根據應用的變化，對應用容器運行的應用，進行一次性或批量式更新 > 添加應用的時候，不是加進去就馬上可以進行使用，而是需要判斷這個添加進去的應用是否能夠正常使用 #### 版本回退 可以根據應用部署情況，對應用容器運行的應用，進行歷史版本即時回退 > 類似于Git中的回滾 #### 密鑰和配置管理 在不需要重新構建鏡像的情況下，可以部署和更新密鑰和應用配置，類似熱部署。 #### 存儲編排 自動實現存儲系統掛載及應用，特別對有狀態應用實現數據持久化非常重要 存儲系統可以來自于本地目錄、網絡存儲(NFS、Gluster、Ceph 等)、公共云存儲服務 #### 批處理 提供一次性任務，定時任務；滿足批量數據處理和分析的場景 ## K8S架構組件 ### 完整架構圖   ### 架構細節 K8S架構主要包含兩部分：Master（主控節點）和 node（工作節點） master節點架構圖  Node節點架構圖  k8s 集群控制節點，對集群進行調度管理，接受集群外用戶去集群操作請求； - **master**：主控節點 - API Server：集群統一入口，以restful風格進行操作，同時交給etcd存儲 - 提供認證、授權、訪問控制、API注冊和發現等機制 - scheduler：節點的調度，選擇node節點應用部署 - controller-manager：處理集群中常規后臺任務，一個資源對應一個控制器 - etcd：存儲系統，用于保存集群中的相關數據 - **Work node**：工作節點 - Kubelet：master派到node節點代表，管理本機容器 - 一個集群中每個節點上運行的代理，它保證容器都運行在Pod中 - 負責維護容器的生命周期，同時也負責Volume(CSI) 和 網絡(CNI)的管理 - kube-proxy：提供網絡代理，負載均衡等操作 - 容器運行環境【**Container Runtime**】 - 容器運行環境是負責運行容器的軟件 - Kubernetes支持多個容器運行環境：Docker、containerd、cri-o、rktlet以及任何實現Kubernetes CRI (容器運行環境接口) 的軟件。 - fluentd：是一個守護進程，它有助于提升 集群層面日志 ## K8S核心概念 ### Pod - Pod是K8s中最小的單元 - 一組容器的集合 - 共享網絡【一個Pod中的所有容器共享同一網絡】 - 生命周期是短暫的（服務器重啟后，就找不到了） ### Volume - 聲明在Pod容器中可訪問的文件目錄 - 可以被掛載到Pod中一個或多個容器指定路徑下 - 支持多種后端存儲抽象【本地存儲、分布式存儲、云存儲】 ### Controller - 確保預期的pod副本數量【ReplicaSet】 - 無狀態應用部署【Deployment】 - 無狀態就是指，不需要依賴于網絡或者ip - 有狀態應用部署【StatefulSet】 - 有狀態需要特定的條件 - 確保所有的node運行同一個pod 【DaemonSet】 - 一次性任務和定時任務【Job和CronJob】 ### Deployment - 定義一組Pod副本數目，版本等 - 通過控制器【Controller】維持Pod數目【自動回復失敗的Pod】 - 通過控制器以指定的策略控制版本【滾動升級、回滾等】  ### Service - 定義一組pod的訪問規則 - Pod的負載均衡，提供一個或多個Pod的穩定訪問地址 - 支持多種方式【ClusterIP、NodePort、LoadBalancer】  可以用來組合pod，同時對外提供服務 ### Label label：標簽，用于對象資源查詢，篩選  ### Namespace 命名空間，邏輯隔離 - 一個集群內部的邏輯隔離機制【鑒權、資源】 - 每個資源都屬于一個namespace - 同一個namespace所有資源不能重復 - 不同namespace可以資源名重復 ### API 我們通過Kubernetes的API來操作整個集群 同時我們可以通過 kubectl 、ui、curl 最終發送 http + json/yaml 方式的請求給API Server，然后控制整個K8S集群，K8S中所有的資源對象都可以采用 yaml 或 json 格式的文件定義或描述 如下：使用yaml部署一個nginx的pod  ## 完整流程  - 通過Kubectl提交一個創建RC（Replication Controller）的請求，該請求通過APlserver寫入etcd - 此時Controller Manager通過API Server的監聽資源變化的接口監聽到此RC事件 - 分析之后，發現當前集群中還沒有它所對應的Pod實例 - 于是根據RC里的Pod模板定義一個生成Pod對象，通過APIServer寫入etcd - 此事件被Scheduler發現，它立即執行執行一個復雜的調度流程，為這個新的Pod選定一個落戶的Node，然后通過API Server講這一結果寫入etcd中 - 目標Node上運行的Kubelet進程通過APiserver監測到這個"新生的Pod.并按照它的定義，啟動該Pod并任勞任怨地負責它的下半生，直到Pod的生命結束 - 隨后，我們通過Kubectl提交一個新的映射到該Pod的Service的創建請求 - ControllerManager通過Label標簽查詢到關聯的Pod實例，然后生成Service的Endpoints信息，并通過APIServer寫入到etod中， - 接下來，所有Node上運行的Proxy進程通過APIServer查詢并監聽Service對象與其對應的Endponts信息，建立一個軟件方式的負載均衡器來實現Service訪問到后端Pod的流量轉發功能