kubernetes基础概念

简介

kubernetes是一个大规模容器编排系统。

kubernetes具有以下特性：

• 服务发现和负载均衡：kubernetes可以使用DNS名称或自己的IP地址公开容器，如果进入容器的流量很大，kubernetes可以负载均衡并分配网络流量，从而使部署稳定。
• 存储编排：kubernetes允许你自动挂载你选择的存储系统，例如本地存储、公共云提供商。
• 自动部署和回滚：你可以使用kubernetes描述已部署容器的所需状态，它可以以受控的速率将实际状态更改为期望状态。例如，你可以自动化kubernetes来为你的部署创建新容器，删除现有容器并将它们的所有资源用于新容器。
• 自动完成装箱计算：kubernetes允许你指定每个容器所需CPU和内存（RAM）。当容器指定了资源请求时，kubernetes可以做出更好的决策来管理容器的资源。
• 自我修复：kubernetes重新启动失败的容器、替换容器、杀死不响应用户定义的运行状况检查的容器，并且在准备好服务之前不将其通告给客户端。
• 密钥和配置管理：kubernetes允许你存储和管理敏感信息，例如密码、OAuth令牌和ssh密钥。你可以在不重建容器镜像的情况下部署和更新密钥和应用程序配置，也无需在堆栈配置中暴露密钥。

kubernetes为你提供了一个可弹性运行分布式系统的框架。kubernetes会满足你的扩展要求、故障转移、部署模式等。

架构

工作方式

kubernetes Cluster = N master node + N worker node（N >= 1）

组件架构

控制平面组件（Control Plane Components）

控制平面组件会为集群做出全局决策，比如资源的调度。 以及检测和响应集群事件，例如当不满足部署的 replicas 字段时， 要启动新的 pod）。

控制平面组件可以在集群中的任何节点上运行。 然而，为了简单起见，设置脚本通常会在同一个计算机上启动所有控制平面组件， 并且不会在此计算机上运行用户容器。 请参阅使用 kubeadm 构建高可用性集群 中关于跨多机器控制平面设置的示例。

• kube-apiserver
  API 服务器是 Kubernetes 控制平面的组件， 该组件负责公开了 Kubernetes API，负责处理接受请求的工作。 API 服务器是 Kubernetes 控制平面的前端。
  Kubernetes API 服务器的主要实现是 kube-apiserver。 kube-apiserver 设计上考虑了水平扩缩，也就是说，它可通过部署多个实例来进行扩缩。 你可以运行 kube-apiserver 的多个实例，并在这些实例之间平衡流量。

• etcd
  etcd 是兼顾一致性与高可用性的键值数据库，可以作为保存 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库。
  你的 Kubernetes 集群的 etcd 数据库通常需要有个备份计划。

• kube-scheduler
  kube-scheduler 是控制平面的组件， 负责监视新创建的、未指定运行节点（node）的 Pods， 并选择节点来让 Pod 在上面运行。
  调度决策考虑的因素包括单个 Pod 及 Pods 集合的资源需求、软硬件及策略约束、 亲和性及反亲和性规范、数据位置、工作负载间的干扰及最后时限。

• kube-controller-manager
  kube-controller-manager 是控制平面的组件， 负责运行控制器进程。
  从逻辑上讲， 每个控制器都是一个单独的进程， 但是为了降低复杂性，它们都被编译到同一个可执行文件，并在同一个进程中运行。
  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
  • 任务控制器（Job Controller）：监测代表一次性任务的 Job 对象，然后创建 Pods 来运行这些任务直至完成
  • 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）：为新的命名空间创建默认帐户和 API 访问令牌

cloud-controller-manager

cloud-controller-manager 是指嵌入特定云的控制逻辑之 控制平面组件。 cloud-controller-manager 允许你将你的集群连接到云提供商的 API 之上， 并将与该云平台交互的组件同与你的集群交互的组件分离开来。
cloud-controller-manager 仅运行特定于云平台的控制器。 因此如果你在自己的环境中运行 Kubernetes，或者在本地计算机中运行学习环境， 所部署的集群不需要有云控制器管理器。

与 kube-controller-manager 类似，cloud-controller-manager 将若干逻辑上独立的控制回路组合到同一个可执行文件中， 供你以同一进程的方式运行。 你可以对其执行水平扩容（运行不止一个副本）以提升性能或者增强容错能力。

下面的控制器都包含对云平台驱动的依赖：

• 节点控制器（Node Controller）：用于在节点终止响应后检查云提供商以确定节点是否已被删除
• 路由控制器（Route Controller）：用于在底层云基础架构中设置路由
• 服务控制器（Service Controller）：用于创建、更新和删除云提供商负载均衡器

Node 组件

节点组件会在每个节点上运行，负责维护运行的 Pod 并提供 Kubernetes 运行环境。

• kubelet
  kubelet 会在集群中每个节点（node）上运行。 它保证容器（containers）都运行在 Pod 中。
  kubelet 接收一组通过各类机制提供给它的 PodSpecs， 确保这些 PodSpecs 中描述的容器处于运行状态且健康。 kubelet 不会管理不是由 Kubernetes 创建的容器。

• kube-proxy
  kube-proxy 是集群中每个节点（node）所上运行的网络代理， 实现 Kubernetes 服务（Service） 概念的一部分。
  kube-proxy 维护节点上的一些网络规则， 这些网络规则会允许从集群内部或外部的网络会话与 Pod 进行网络通信。
  如果操作系统提供了可用的数据包过滤层，则 kube-proxy 会通过它来实现网络规则。 否则，kube-proxy 仅做流量转发。

• 容器运行时（Container Runtime）
  容器运行环境是负责运行容器的软件。
  Kubernetes 支持许多容器运行环境，例如 Docker、 containerd、 CRI-O 以及 Kubernetes CRI (容器运行环境接口) 的其他任何实现。