一、Kubernetes 是什么？
1.Kubernetes 定義：
Kubernetes 是一個(gè)全新的基于容器技術(shù)的分布式建構(gòu)領(lǐng)先方案，他是基于容器技術(shù)，目的是實(shí)現(xiàn)資源管理的自動(dòng)化，以及跨多個(gè)數(shù)據(jù)中心的資源利用率的最大化~
2.Kubernetes 特點(diǎn)：
? 遵循Kubernetes的設(shè)計(jì)思想，我們只需要關(guān)注我們的業(yè)務(wù)模塊，那些和業(yè)務(wù)不相干的底層代碼和功能模塊，都可以不用關(guān)注，比如我們可以不用費(fèi)心去部署負(fù)載均衡器，不用考慮自己搭建一個(gè)復(fù)雜的服務(wù)之力框架，不用再去操心服務(wù)的監(jiān)控和故障處理模塊~Kubernetes提供的一整套解決方案，可以讓開發(fā)者將精力集中于業(yè)務(wù)本身，Kubernetes本身也提供了強(qiáng)大的自動(dòng)化機(jī)制，大大減少了運(yùn)維成本。
? Kubernetes是一個(gè)開放的平臺(tái)，不局限于任何一種語言，所以你可以把Java ,Go 又或者是C++映射成Kubernetes的Service，并通過標(biāo)準(zhǔn)的TCP協(xié)議進(jìn)行交互。而且，對(duì)于現(xiàn)有的系統(tǒng)我們也可以很容易改造并升級(jí)到Kubernetes平臺(tái)上。
? Kubernetes是一個(gè)完備的分布式系統(tǒng)支撐平臺(tái)，Kubernetes 具有完備的集群管理能力，包括多層次的安全防護(hù)和準(zhǔn)入機(jī)制，多租戶應(yīng)用支撐能力，透明的服務(wù)注冊(cè)和服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制，內(nèi)建智能負(fù)載均衡器，強(qiáng)大的故障發(fā)現(xiàn)和自我修復(fù)能力，服務(wù)滾動(dòng)升級(jí)和在線擴(kuò)容能力等等。
3.為什么用Kubernetes ：
我們知道，Docker的出現(xiàn)，很好的解決了環(huán)境不一致的問題，但是對(duì)于日益普及的微服務(wù)架構(gòu)，我們可能需要部署的服務(wù)器成百上千，我們無法做到手動(dòng)啟用和維護(hù)這些服務(wù)器，因此，容器編排就顯得尤為重要，簡單的說，容器編排的目的就是告訴服務(wù)器集群要使用哪些機(jī)器來運(yùn)行當(dāng)前的服務(wù)。
? 加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，采用Kubernetes解決方案之后，我們只需要一名架構(gòu)師專注于系統(tǒng)中“服務(wù)組件”的提煉，幾名開發(fā)工程師專注于業(yè)務(wù)開發(fā)，一名系統(tǒng)兼運(yùn)維工程師負(fù)責(zé)Kubernetes的部署和運(yùn)維。
? Kubernetes 全面擁抱微服務(wù)，微服務(wù)的核心就是將一個(gè)巨大的單體應(yīng)用分解為很多小的互相關(guān)聯(lián)的微服務(wù)，一個(gè)微服務(wù)背后可能有多個(gè)實(shí)例副本支撐，副本的數(shù)量可能隨著系統(tǒng)的負(fù)荷變化而調(diào)整，我們有內(nèi)嵌的負(fù)載均衡器來實(shí)現(xiàn)這樣的功能。
? Kubernetes 可隨時(shí)遷移到公有云上，以及基于OpenStack的私有云上。
? Kubernetes系統(tǒng)架構(gòu)具備了超強(qiáng)的橫向擴(kuò)容能力，不用修改代碼，一個(gè)Kubernetes集群即可從只包含幾個(gè)Node的小集群平滑擴(kuò)展到擁有上百個(gè)Node的大規(guī)模集群。
二、Kubernetes 基本概念和術(shù)語
Kubernetes有三種主要訪問入口：API 、UI 、CLI。
Kubernetes中的大部分概念如Node、Pod、Replication Controller、Service等都可以看做一種“資源對(duì)象”，幾乎所有的資源對(duì)象都可以通過kubetcl工具執(zhí)行crud的操作并使用etcd做持久化存儲(chǔ)。我們首先來了解下兩個(gè)重要的管理角色：Master & Node
1.Master：
? ? Kubernetes 里面的Master指的是集群控制節(jié)點(diǎn)，每個(gè)Kubernetes的集群里面需要有一個(gè)Master節(jié)點(diǎn)來負(fù)責(zé)整個(gè)集群的管理和控制，基本所有的Kubernetes所有控制指令都發(fā)給他，他來負(fù)責(zé)具體的執(zhí)行過程。Master節(jié)點(diǎn)通常會(huì)占領(lǐng)一個(gè)獨(dú)立的服務(wù)器，甚至我們需要3臺(tái)左右來做高可用，畢竟他是整個(gè)集群的首腦，一旦宕機(jī)，整個(gè)集群就會(huì)處于癱瘓狀態(tài)。
Master節(jié)點(diǎn)有如下幾個(gè)關(guān)鍵模塊：
? Kubernetes API Server （K8S自有模塊）: 提供了Http Rest接口的關(guān)鍵服務(wù)進(jìn)程，是Kubernetes集群里面所有資源的crud（接收客戶端請(qǐng)求）的唯一操作入口，并驗(yàn)證客戶請(qǐng)求是都符合規(guī)范，也是集群控制的入口進(jìn)程。
? Kubernetes Controller Manager（K8S自有模塊）： Kubernetes 所有資源對(duì)象自動(dòng)化控制中心。申明式的（用戶不關(guān)心是怎么創(chuàng)建出來的）資源創(chuàng)建，并確保創(chuàng)建出來的資源完全滿足要求，并且處于健康的運(yùn)行狀態(tài)（Controller Loop管理）。一旦用戶有請(qǐng)求過來，Controller模塊會(huì)watch到需要的變更，
? Kubernetes Scheduler（K8S自有模塊） ： 負(fù)責(zé)資源調(diào)度（Pod調(diào)度）的進(jìn)程，當(dāng)我們通過API 、UI 、CLI向Master申請(qǐng)創(chuàng)建一個(gè)容器，這個(gè)容器到底要運(yùn)行在哪個(gè)Node上，那么Schedule就是主要用來評(píng)估哪個(gè)Node節(jié)點(diǎn)是最佳的，然后將我們要起的Pod在哪個(gè)Node上運(yùn)行
? Kubernetes etcd： Kubernetes 持久化存儲(chǔ)，etcd本不屬于Master，是由CoreOS公司開發(fā)的一款持久化存儲(chǔ)
2.Node:
除了Master節(jié)點(diǎn)，Kubernetes 集群中的其他節(jié)點(diǎn)被稱為Node節(jié)點(diǎn)，他可以是物理機(jī)也可以是虛擬機(jī)，Node節(jié)點(diǎn)是整個(gè)集群中的工作負(fù)載，每個(gè)Node都會(huì)被Master分配一些工作負(fù)載（Docker Container），當(dāng)某個(gè)Node宕機(jī)時(shí)，他的工作負(fù)載會(huì)被轉(zhuǎn)移到其他的節(jié)點(diǎn)上去。
每個(gè)Node節(jié)點(diǎn)上都會(huì)運(yùn)行下一組關(guān)鍵進(jìn)程：
? kubelet：負(fù)責(zé)Pod對(duì)應(yīng)的容器的創(chuàng)建、啟停等任務(wù)，同時(shí)與Master節(jié)點(diǎn)密切合作，實(shí)現(xiàn)集群管理的基本功能
? kube-proxy：實(shí)現(xiàn)Kubernetes Service的通信與負(fù)載均衡機(jī)制的重要組件
? Docker Engine：Docker引擎，負(fù)責(zé)本機(jī)的容器的創(chuàng)建和管理
Node節(jié)點(diǎn)可以在運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)增加到Kubernetes集群中去，前提是這個(gè)節(jié)點(diǎn)上已經(jīng)正確安裝、配置和啟動(dòng)了上述的所有關(guān)鍵進(jìn)程，默認(rèn)情況下kubelet會(huì)向Master注冊(cè)自己。一旦Node被納入集群管理范圍，kubelet會(huì)定時(shí)向Master節(jié)點(diǎn)匯報(bào)自身的情況，如操作系統(tǒng)、Docker版本、機(jī)器的CPU和memory使用情況。當(dāng)某個(gè)Node超過指定的時(shí)間不上報(bào)信息的時(shí)候，會(huì)被Master判定為失聯(lián)，Node狀態(tài)會(huì)被標(biāo)記為不可用，隨后會(huì)將該Node的工作負(fù)載轉(zhuǎn)移到其他Node。
3.Pod：
Pod是一組容器的組合，每個(gè)Pod都包含一個(gè)Pause容器以及若干個(gè)業(yè)務(wù)相關(guān)的容器
為什么Kubernetes會(huì)設(shè)計(jì)出Pod這樣一個(gè)概念，并且有這樣的組成結(jié)構(gòu)呢？
? 原因1：在一組容器作為一個(gè)單元的情況下，我們很難根據(jù)一臺(tái)機(jī)器的狀態(tài)來判斷整體的狀態(tài)，因此我們引入與業(yè)務(wù)無關(guān)并且不容易死亡的Pause容器作為Pod的根容器，他來代表整個(gè)容器組的狀態(tài)
? 原因2：Pod里多個(gè)業(yè)務(wù)容器共享Pause容器的IP，共享Pause容器的Volume，這樣既簡化了密切關(guān)聯(lián)的業(yè)務(wù)容器之間的通信問題，也解決了他們之間的文件共享問題
我們用一張圖來表示Node Pod和Container之間的關(guān)系：
普通的Pod一旦被創(chuàng)建，會(huì)被放到etcd中存儲(chǔ)，隨后會(huì)被Master調(diào)度到某個(gè)具體的Node上并進(jìn)行綁定，隨后該P(yáng)od被對(duì)應(yīng)Node上的kubelet進(jìn)程實(shí)例化程一組相關(guān)的Docker容器并啟動(dòng)起來。
4.Label：
Lable是Kubernetes系統(tǒng)中另外一個(gè)核心概念，一個(gè)Label是一個(gè)key=value的鍵值對(duì)，key和value由用戶自己定義，Label可以附加到各種資源對(duì)象上，例如Node，Pod，Service，RC等等，一個(gè)資源對(duì)象可以定義任意數(shù)量的Label，同一個(gè)Label也能被添加到任意數(shù)量的資源對(duì)像上去。例如：
? 版本標(biāo)簽："release" : "stable"
? 環(huán)境標(biāo)簽："Environment" : "DEV"
? 分區(qū)標(biāo)簽 :＂partition＂ : "customerA"
我們可以用Label Selector查詢和篩選擁有某些Label的資源對(duì)象。我們查詢方式有兩種：
? name = redis-slave : 匹配所有具有標(biāo)簽name = redis-slave 的資源對(duì)象
? name in (redis-master , redis-slave):匹配素有具有標(biāo)簽name = redis-master和name = redis-slave的資源對(duì)象
我們的label標(biāo)簽主要有以下幾種使用場景：
? kube-controller : 通過資源對(duì)象RC上定義的Label Selector來篩選要監(jiān)控的Pod副本的數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)Pod副本數(shù)量實(shí)在符合預(yù)期設(shè)定的全自動(dòng)控制流程。
? kube-proxy :? 通過Service的Label Selector來選擇對(duì)應(yīng)的Pod，自動(dòng)建立起每個(gè)Service到對(duì)應(yīng)Pod的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)路由表，從而實(shí)現(xiàn)Service的智能負(fù)載均衡機(jī)制。
總之，使用Label可以給對(duì)象創(chuàng)建多組標(biāo)簽，Label和Label Selector共同構(gòu)成了Kubernetes 系統(tǒng)中最核心的應(yīng)用模型，使得被管理對(duì)象能夠被精細(xì)的分組管理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)整個(gè)集群的高可用性。
5.Replication Controller：
RC是Kubernetes 核心概念之一，他定義了一個(gè)期望的場景，即聲明某種Pod的副本數(shù)量在任意時(shí)刻符合某個(gè)預(yù)期值，了解云平臺(tái)的小伙伴都知道，類似于AutoScaling所定義的虛機(jī)數(shù)目，可以設(shè)置在任意時(shí)刻必須要有N臺(tái)機(jī)器處于運(yùn)行狀態(tài)。RC定義包括：
? Pod期待的副本數(shù)（replicas）
? 用于篩選目標(biāo)Pod的Label Selector
? 當(dāng)副本數(shù)小于預(yù)期數(shù)時(shí)，用于創(chuàng)建新的Pod的Pod模板（template）
當(dāng)我們定義好一個(gè)RC并提交到Kubernetes 集群后，Master節(jié)點(diǎn)上的Controller Manager組件就得到通知，定期巡檢系統(tǒng)中當(dāng)前存活的目標(biāo)Pod，并且確保目標(biāo)Pod實(shí)例的數(shù)量剛好等于此RC的期望值，如果有過多的Pod在運(yùn)行，系統(tǒng)就會(huì)停掉一些Pod，否則系統(tǒng)會(huì)在創(chuàng)建一些Pod。
假如我們?cè)赗C里定義redis-slave這個(gè)Pod需要2個(gè)副本，那么系統(tǒng)會(huì)在其中兩個(gè)Node上保持兩個(gè)Pod。如下圖：
此外，在運(yùn)行時(shí)，我們可以通過修改RC的副本數(shù)量，來實(shí)現(xiàn)Pod的動(dòng)態(tài)縮放：
? ? ? ? ? ? ? ? kubectl scale rc redis-slave --replicas=3
我們需要注意的是，刪除RC不會(huì)刪除已經(jīng)創(chuàng)建好的Pod，如果需要?jiǎng)h除所有符合條件的Pod，可以設(shè)置replicas的值為0，然后更新RC即可。
在Kubernetes 1.2中我們升級(jí)成另一個(gè)概念：Replica Set。功能方面，Repica Set支持Set-based selector.
最后我們來看下RC（Replica Set）的特性：
? 我們通過定義一個(gè)RC來實(shí)現(xiàn)Pod的創(chuàng)建過程以及副本數(shù)量的控制
? RC中包括完整的Pod定義模板
? RC通過Label Selector機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)Pod副本的自動(dòng)控制
? 通過改變RC里的Pod數(shù)量，可以實(shí)現(xiàn)Pod的擴(kuò)容
? 通過改變RC中的Pod模板的鏡像版本，可以實(shí)現(xiàn)Pod的滾動(dòng)升級(jí)功能
6.Deployment：
Deployment是Kubernetes 1.2引入的新概念，引入的目的是為了更好的解決Pod的編排問題。Deployment在內(nèi)部使用的是Replica Set來實(shí)現(xiàn)目的，因此他可以看做是R
3.C的一次升級(jí)。
Deployment相對(duì)于RC最大的一個(gè)升級(jí)是可以隨時(shí)知道當(dāng)前Pod的部署進(jìn)度，實(shí)際上由于一個(gè)Pod的創(chuàng)建、調(diào)度、綁定節(jié)點(diǎn)以及在目標(biāo)Node上啟動(dòng)對(duì)應(yīng)容器這一完整過程需要一定時(shí)間，所以我們期待系統(tǒng)啟動(dòng)N個(gè)Pod副本的目標(biāo)狀態(tài)，其實(shí)是一個(gè)連續(xù)的過程。
Deployment使用場景有如下幾個(gè)：
? 創(chuàng)建一個(gè)Deployment對(duì)象來生成對(duì)應(yīng)的Replica Set 并完成Pod副本的創(chuàng)建過程
? 檢查Deployment的狀態(tài)來看部署動(dòng)作是否完成
? 更新Deployment以創(chuàng)建新的Pod
? 如果當(dāng)前的Deployment不穩(wěn)定，則回滾到早先的Deployment版本
? 查看Deployment狀態(tài)，一次作為發(fā)布是否成功的目標(biāo)
7.Service:
Kubernetes中的每個(gè)服務(wù)其實(shí)就是微服務(wù)，之前的Pod RC等等，都是為Service服務(wù)的：
? Service定義了一個(gè)服務(wù)的訪問入口地址
? 前端應(yīng)用（Pod）通過這個(gè)入口地址訪問其背后的一組由Pod副本組成的集群實(shí)例。
? Service與其后端Pod副本集群之間是通過Label Selector來實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接的
? RC保證Service的服務(wù)能力和服務(wù)質(zhì)量始終處于預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)
運(yùn)行在每個(gè)Node上的Kube-proxy進(jìn)程其實(shí)就是一個(gè)只能的負(fù)載均衡器，他負(fù)責(zé)把對(duì)Service的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到后端的某個(gè)Pod上，并在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)服務(wù)的負(fù)載均衡與會(huì)話保持機(jī)制。Service不是共用一個(gè)負(fù)載均衡器的IP地址，而是每個(gè)Service分配了一個(gè)全局的IP地址，這個(gè)虛擬IP稱為Cluster IP。
外部系統(tǒng)訪問Service的問題：
在Kubernetes中我們有三種IP：
? Node IP： Node節(jié)點(diǎn)的IP地址，是集群中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的物理網(wǎng)卡的IP地址，是一個(gè)真實(shí)存在的物理網(wǎng)絡(luò)
? Pod IP： Pod的IP地址，是Docker Enginne根據(jù)docker()網(wǎng)橋的IP地址段進(jìn)行分配的，通常是一個(gè)虛擬的二層網(wǎng)絡(luò)
? Cluster IP ：Service的IP地址，是一種虛擬IP，僅僅作用于Kubernetes Service這個(gè)對(duì)象，并且由Kubernetes管理和分配IP地址，他是無法被ping到的，因?yàn)樗且粋€(gè)虛擬的對(duì)象
小結(jié)：Service的Cluster IP屬于Kubernetes集群內(nèi)部的地址，無法在集群外部直接使用這個(gè)地址，如果需要提供給外部用戶使用，可以采用NodePort解決
8.Volume
Volume是Pod中能夠被多個(gè)容器訪問的共享目錄
如何使用：在Pod上聲明一個(gè)Volume，然后在容器里引用該Volume并Mount到容器的某個(gè)目錄上
我們來看下Kubernetes提供的Volume類型：
? emptyDir：在Pod分配到Node時(shí)創(chuàng)建的臨時(shí)空間，初始內(nèi)容為空，并且無需指定宿主機(jī)上對(duì)應(yīng)的目錄文件，因?yàn)檫@個(gè)是Kubernetes自動(dòng)分配的一個(gè)目錄，當(dāng)Pod從Node上移除時(shí)，emptyDir中的數(shù)據(jù)也會(huì)被永久刪除。
? hostPath：在Pod上掛在宿主機(jī)上的文件或目錄，可以用于以下幾個(gè)方面：
? ? 1.容器應(yīng)用程序生成的日志文件需要永久保存時(shí)，可以使用宿主機(jī)的高度文件系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)
? ? 2.需要訪問宿主機(jī)上的Docker引擎內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的容器應(yīng)用時(shí)，可以通過定義hostPath為宿主機(jī)/var/lib/docker目錄，使得容器內(nèi)部應(yīng)用可以直接訪問Docker的文件系統(tǒng)。
? Persistent Volume：前面兩種是定義在Pod上的計(jì)算資源，而網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)是相對(duì)獨(dú)立于計(jì)算資源的一種實(shí)體資源，例如AWSElasticBlockStore,AzureFile等~
9.NameSpace
在Kubernetes中，NameSpace在很多情況下用于資源隔離，NameSpace通過將集群內(nèi)部的資源對(duì)象分配到不同的NameSpace中，形成邏輯上的不同分組，便于不同分組在共享使用整個(gè)集群的資源的同時(shí)還能被分別管理。
Kubernetes集群子啟動(dòng)后，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)default的NameSpace。一旦創(chuàng)建了NameSpace我們?cè)诙x資源的時(shí)候就可以指定這個(gè)資源屬于哪個(gè)NameSpace。
當(dāng)我們?cè)诮o每個(gè)用戶創(chuàng)建NameSpace來實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶資源隔離時(shí)，還可以結(jié)合Kubernetes的資源配額管理，限定不同用戶能占用的資源，比如CPU、內(nèi)存等等~
10.Anotation
Annotation與Label類似，也是使用Key/Value的形式定義，但是Label有嚴(yán)格的命名規(guī)則，當(dāng)天定義的是Kubernetes對(duì)象元素（Metadata）,并且勇于Label Selector；Annotation則是用戶定義的附加信息，以便于外部工具進(jìn)行查找，比如，Annotation可以定義如下信息：
build信息，release信息，Docker鏡像信息等。
小結(jié)
上述這些組件是Kubernetes系統(tǒng)的核心組件，他們共同構(gòu)成了Kubernetes系統(tǒng)的框架和計(jì)算模型。通過對(duì)他們進(jìn)行靈活組合，用戶可以快速、方便的對(duì)容器和集群進(jìn)行配置、創(chuàng)建和管理。
下面我們會(huì)對(duì)各個(gè)模塊最詳細(xì)的闡述。
