最近幾年，隨著Kubernetes在企業(yè)級部署場景下愈發(fā)流行和成熟，如果你從來沒有在自己的項目上嘗試過，說實話，都不好意思給別人打招呼。Kubernetes的流行和微服務，容器化技術(shù)的發(fā)展說不上誰先誰后，歷史總是這么巧合。從更高的維度看，這可能也是技術(shù)發(fā)展的必然，但是不可否認的是，微服務架構(gòu)被市場廣泛接受加速了Kubernetes的發(fā)展和成熟。微服務架構(gòu)下，由于應用程序被設計成由大量獨立服務組成的高度分布式應用，因此對基礎設施團隊，運維團隊和開發(fā)團隊提出了更高的要求。
工程化能力和運維能力強的團隊，可能會選擇自己編寫運維腳本，而大部分業(yè)務型企業(yè)，把目標轉(zhuǎn)向了Kubernetes。和Linux這樣的開源項目比起來，Kubernetes可以說非常年輕（2015年才發(fā)布第一個版本），因此圍繞Kubernetes還有很多迷霧尚未消散，筆者接觸過很多企業(yè)，大部分都有明確的技術(shù)愿景：容器化部署，但是Kubernetes在企業(yè)內(nèi)部大多都是用來驗證，測試，給老板匯報用的，你要是問負責人為啥不用來跑生產(chǎn)的系統(tǒng)，大多數(shù)人回答，資源不夠，沒有人手運維啊，這個真的能用來生產(chǎn)用？
由于筆者在過去幾年成功主導過幾個巨型數(shù)字化項目的開發(fā)，部署工作，因此親眼見證，親手實踐過基于Kubernetes的容器化部署方案，也對很多企業(yè)對Kubernetes生產(chǎn)化這個事情持懷疑態(tài)度非常理解。Kubernetes非常復雜，的確不是安裝到自己的機器上隨便點點就能工作。幸運的是，但是得益于谷歌多年來容器化部署的實踐經(jīng)驗，Kubernetes已經(jīng)將這么復雜的系統(tǒng)進行了完美的抽象，因此Kubernetes對開發(fā)和運維來說是有章可循的，只要持續(xù)的關(guān)注和投入資源，基于筆者的經(jīng)驗，企業(yè)是能夠逐步建立起勝任Kubernetes平臺運維團隊，讓企業(yè)可以從云原生架構(gòu)下的應用充分享用云計算帶來的紅利，這個紅利能夠促進業(yè)務發(fā)展的核心，就是Kubernetes平臺。
正是由于以上的原因，筆者在逐步建立Kubernetes知識體系的過程中，發(fā)現(xiàn)這個問題很普遍：道理都懂，但是一到具體落地就慫。市面上這樣的書籍也不多，為了拉齊理論和現(xiàn)實之間的GAP，就有了這個系列的文章。筆者希望圍繞Kubernetes生產(chǎn)之路這個系列的文章，讓大家對Kubernetes提供的功能清單有個全面的掌握，特別是從開發(fā)和運維的角度，同時筆者也會介紹不同類型企業(yè)的Kubernetes生產(chǎn)化路線圖，以期通過理論加實踐，讓讀者能夠輕松的逾越Kubernetes這套復雜系統(tǒng)給大家?guī)淼睦Щ蠛涂謶?，從而開始在企業(yè)中“真正”的實踐基于Kuberntes平臺的大規(guī)模分布式應用的部署和運維管理。
有了明確的目標之后，第一篇文章我們從Kubernetes的一些基礎內(nèi)容開始，先來了解一下什么是Kubernetes，應用程序部署平臺，以及我們?yōu)槭裁匆褂肒ubernetes來部署應用程序？
【什么是Kubernetes？】
雖然我們經(jīng)常在不同的場合和上下文中聽到Kubernetes這個詞，不知道讀者是否考慮過Kubernetes具體是什么? 你可能會說，是個平臺，基礎設施，應用程序，容器編排，應用程序管理等等。坦白講隨著Kubernetes版本的演進，我們已經(jīng)很難用一個術(shù)語來定義這個平臺，或許Kubernetes這個詞本身就是最好的選擇。因此咱就不費那么多精力重新發(fā)明Kubernetes的定義了，而把力氣留下來詳細聊聊Kuberntes具體解決了哪些問題上，這也是為了我們能夠順利的將業(yè)務系統(tǒng)切換到Kubeneretes做好鋪墊。其實生產(chǎn)化之路這個詞描述的是過程，而這條路的目標就是我們的核心業(yè)務運行在Kubernetes平臺上，并且能夠穩(wěn)定的服務于靈活多變的真實業(yè)務流量。
Kubernetes這個單詞來自于希臘語，意思是領(lǐng)航，領(lǐng)航員，舵手。而舵手其實就是站在輪船的方向盤（舵）前邊的人，這個人的主要職責就是依靠舵來讓輪船朝著正確的方向前進。穿上除了舵手，一般還有船長，船長的角色就是基于自己的經(jīng)驗以及獲取到的信息，來給舵手下達輪船航行的命令，舵手的核心職責就是執(zhí)行船長的命令，通過舵來讓輪船改變方向和角度，是讓輪船按照預期的方向行駛最基本的一套運行機制。而如果讀者看Kubernetes的源碼的話，會發(fā)現(xiàn)Kubernetes這個項目下大概有70+的repositories，因此Kubernetes更像是一把傘，一組軟件包的統(tǒng)稱。如果你再退后一步，會發(fā)現(xiàn)還有一個叫kubernetes-sigs的項目，下邊大概有107+的項目，最后你應該聽說CNCF（云原生基金會）的大名，下邊有除了Kubernetes之外的很多云原生相關(guān)的項目，由于這些概念嚴格來講會有部分重疊，因此在筆者的生產(chǎn)化之路的系列文章中，我們的討論范圍聚焦在Kuberntes的核心項目上。
你可能會問，核心的具體意思啥？筆者認為的核心是包含在項目Kubernetes/kubernetes代碼庫下的功能，這也是我們在大部分不同類型Kubernetes集群中都能發(fā)現(xiàn)的組件，模塊的源代碼的位置，具體來說我們討論的模塊，功能清單如下：
- 在多個工作節(jié)點上調(diào)度任務（Scheduler）
- 暴露給外部的一套聲明式，可擴展的API服務，用來提供給用戶訪問集群功能（API Server）
- 客戶端命令行工具CLI，也叫kubectl，封裝了便于用戶使用的調(diào)用API Server服務的命令（kubectl）
- 對象的目標狀態(tài)和真實狀態(tài)之間的調(diào)諧（Controller）
- 一套服務代理機制來將部署到集群中的服務暴露給外部系統(tǒng)和用戶訪問（kube-proxy，Service）
- 可擴展的網(wǎng)絡，存儲機制（CNI,CSI）
如果對上邊的這些特性，功能進行稍微的抽象，一個準確描述Kuberntes的此就是：企業(yè)級的容器調(diào)度和編排平臺。這也是Kubernetes最為人所熟知的功能，是Kubertes在markting的時候，用的最多的功能描述術(shù)語。筆者用大白話來翻譯一下（說人話），Kubernetes為我們提供了一種在多臺計算機上運行容器化應用的技術(shù)方案，希望大家能記住這句話，因為我們后續(xù)的文章都是圍繞這句話來展開，來證明Kubernetes是否提供了這樣的能力，讓我們的應用能夠以容器化的方式部署到生產(chǎn)環(huán)境的能力。
我們在Kubernetes架構(gòu)體系介紹的文章中，曾經(jīng)詳細介紹過Kubernetes的架構(gòu)體系，不過為了內(nèi)容完整性，咱這個系列還是要簡單的提一下組成Kubernetes的各個組件以及在整個架構(gòu)中扮演的角色。從源代碼的角度，我們可以從github上下載指定的發(fā)布版本，在本地解壓后，我們可以運行cluste目錄中的get-kube-binaries.sh腳本，來基于目標機器來檢查和下載對應的組件和版本，如下圖所示：
如上圖所示，Kubernetes包含的核心組件有API Server，kubelet，Controller，Scheduler等，詳細介紹如下：
- API Server，API Server是我們和Kubernetes集群進行交互的唯一入口，從原理上講，無論是通過kubectl客戶端命令行工具，還是其他的三方包，本質(zhì)上都是通過API Server提供的Restful風格的接口來進行對象的增刪改查。API Server是無狀態(tài)的，客戶端提交的對象YAML信息會被持久化保存到etcd數(shù)據(jù)庫中。
- Kubelet，部署在工作節(jié)點上的插件，主要負責給API Server報告節(jié)點的狀態(tài)信息，以及從API Server上接收任務。收到任務后，Kubelets進一步驅(qū)動容器運行時（比如Docker，Podman）將任務運行起來，并確保任務的健康運行(當任務運行出錯，Kubelets需要通過容器運行時來重啟應用)
- Controller Manager，控制管理器由一組控制器組成，每個控制負責某類對象的期望狀態(tài)和當前狀態(tài)的調(diào)諧。比如當我們在Deployment中聲明replicas等于3，那么控制器（Controller）會負責創(chuàng)建對應數(shù)量的容器實例
- Scheduler，調(diào)度器組件人如其名啊，主要負責將用戶提交的負載（workload，任務）調(diào)度到最合適的工作節(jié)點，從原理上看，調(diào)度分為過濾和打分兩個環(huán)節(jié)，過濾階段通過一組過濾器篩選出備選的節(jié)點，而打分階段基于規(guī)則確定“最合適”的節(jié)點
- Kube Proxy，Kube代理實現(xiàn)了服務的虛擬機地址功能，訪問流量會被路由到一組POD（應用程序?qū)嵗嵗蟻磉M行處理，從原理上看，proxy使用基于iptables和ipvs的數(shù)據(jù)包過濾機制
雖然如上的清單并不是完整，但是這些是組成Kubernetes的最核心的組件，提供了日常使用Kubernetes進行應用部署的所有功能，如下圖是整個Kubernetes的體系架構(gòu)。
注：Kubernetes的具體部署架構(gòu)有很多不同的變種，比如有些集群將kube-apiserver，kube-scheduler，kube-control-manager運行為容器實例，這也意味著管理節(jié)點上也有容器運行時，kubelet和kube-proxy（大家需要注意的這三個組件一般情況下是工作節(jié)點上標配，用來處理我們作為用戶提交的任務）。
注：Dashboard組件由于不是Kubernetes的核心組件，因此并沒有出現(xiàn)在上圖中。
好了，作為整個Kubernetes生產(chǎn)化之路的第一篇文章，我們的核心任務就是先給大家一個關(guān)于Kubernetes和Kubernetes整體架構(gòu)的介紹，下篇文章我們會繼續(xù)圍繞Kubernetes提供的功能展開，看看除了調(diào)用功能之外，Kubernetes還有哪些屬性，敬請期待！
