K8S-功能与架构

简介

本文介绍K8S，包括：起源、功能、架构。

起源

K8S全称：kubernetes，因为中间有8个字母，所以简称K8S。

之前Docker有自己的编排软件：Docker Swarm，它可以在多台主机中创建一个docker集群，docker放弃了这个项目。

K8S的创造者是Google，K8S的前身是Google的Borg系统。

2014年6月：K8S是由Google公司正式公布并宣布开源。

2015年7月：Google正式加入OpenStack基金会。与此同时，Kuberentes v1.0正式发布。

目前，K8S的版本已经发展到V1.28。

功能

1. 自我修复
   1. 在节点故障时可以删除失效容器，可以创建新的容器，替换和重新部署，保证预期的副本数量。
   2. kill掉健康检查失败的容器，并且在容器未准备好之前不会处理客户端请求，确保线上服务不会中断。
2. 弹性伸缩
   1. 使用命令、UI或者K8S基于CPU使用情况自动快速扩容和缩容应用程序实例，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，以最小的成本运行。
3. 自动部署和回滚
   1. K8S采用滚动更新策略更新应用，一次更新一个pod，而不是同时删除所有pod。
   2. 如果更新过程中出现问题，将回滚恢复，确保升级不影响业务。
4. 服务发现与负载均衡
   1. K8S为多个容器提供一个统一的访问入口（内部IP地址和一个dns名称）并且负载均衡关联所有的容器，使得用户无需考虑容器IP问题。
5. 机密和配置管理
   1. 管理机密数据和应用程序配置，而不需要把敏感数据暴露在镜像里，提高敏感数据安全性，并可以将一些常用的配置存储在K8S中，方便应用程序调用。
6. 存储编排
   1. 挂在外部存储系统，无论是来自本地存储、公有云（aws）、还是网络存储（nfs、GFS、ceph），都作为集群资源的一部分使用，极大提高存储使用灵活性。
7. 批处理
   1. 提供一次性任务、定时任务：满足批量数据处理和分析的场景。
8. 权限隔离
   1. K8S还具有命名空间等内置隔离机制，使你可以按访问权限等对容器资源进行分组。这些结构使 IT 部门更易于为开发人员提供资源访问权限。

架构

官网网址：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/architecture/

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一个K8S系统，通常称为一个K8S集群（Cluster）。

这个集群主要包括两个部分：

1. 一个Master节点（主节点）
2. 多个Node节点（计算节点）

Master节点

Master节点包括API Server、Scheduler、Controller manager、etcd。

• API Server
  • 是整个系统的对外接口，供客户端和其它组件调用，相当于“营业厅”。
• Scheduler
  • 负责对集群内部的资源进行调度，相当于“调度室”。
• Controller manager
  • 负责管理控制器，相当于“大总管”。
  • 这些控制器包括：
    • 节点控制器（Node Controller）: 负责在节点出现故障时进行通知和响应。
    • 副本控制器（Replication Controller）: 负责为系统中的每个副本控制器对象维护正确数量的 Pod。
    • 端点控制器（Endpoints Controller）: 填充端点(Endpoints)对象(即加入 Service 与 Pod)。
    • 服务帐户和令牌控制器（Service Account & Token Controllers）: 为新的namespace创建默认帐户和 API 访问令牌
• etcd:
  • etcd 是兼具一致性和高可用性的key-value数据库，可以作为保存 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库。

Node节点

Node节点包括Docker、kubelet、kube-proxy、Fluentd、kube-dns（可选），还有就是Pod。

• Pod
  • 是Kubernetes最基本的操作单元。
  • 一个Pod代表着集群中运行的一个进程，它内部封装了一个或多个紧密相关的容器。
• Service
  • 一个Service可以看作一组提供相同服务的Pod的对外访问接口。
• Docker
  • 用于创建容器。
• Kubelet
  • 主要负责监视Node上的Pod，包括创建、修改、监控、删除等。
• Kube-proxy
  • 主要负责为Pod对象提供代理。
• Fluentd
  • 主要负责日志收集、存储与查询。

提供外部访问

方案1：Ingress

官网：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/services-networking/ingress/

Ingress 是对集群中服务的外部访问进行管理的 API 对象，典型的访问方式是 HTTP。

Ingress 可以提供负载均衡、SSL 终结和基于名称的虚拟托管。

说明：

入口（Ingress）目前已停止更新。新的功能正在集成至网关 API 中。

Ingress 提供从集群外部到集群内服务的 HTTP 和 HTTPS 路由。 流量路由由 Ingress 资源所定义的规则来控制。

下面是 Ingress 的一个简单示例，可将所有流量都发送到同一 Service：

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方案2：Gateway API 

此方案官方还未正式发布（还在Beta阶段）。 ​