K8S教程(1)K8S集群与核心组件介绍

tanglu 10544 2020-04-21

一、什么是K8S

在容器技术诞生初期使用的编排工具主要有Docker Compose和Docker Swarm,容器编排工具主要作用是为了让容器可以在分布式环境中工作,适用于微服务架构,让各个应用以服务的形式运行在各自的容器中。Docker Compose主要面向于单机编排,而Docker Swarm是Docker官方开发的一款多机编排工具,多可以将多个Docker节点放入一个资源池中,再让compose对这个资源池进行编排形成集群管理,但是整体功能依然相对简单。而K8S的出现对容器编排进行了一个革命,K8S全称Kubernetes,它是由谷歌基于borg开发的一款容器编排工具,它同时拥有自动部署、自动调度、容器自我修复、水平自动扩展、服务发现、负载均衡、回滚等特色功能,短短几年时间就占据了80%的使用份额。在落地K8S前需要考虑和解决的问题:

· 交付到K8S中的程序或者服务如何对外提供服务

· 容器跨宿主机的通信问题

· K8S监控和日志收集问题

· CI/CD的实现

· 如何平滑迁移服务到K8S集群


二、K8S的工作模式与常用组件

K8S集群系统采用了Master / Node架构,由一个或多个中心节点(Masters)来对多个工作节点(Node)进行择优调度,实现资源整合并提供服务。K8S并不会直接调度容器的运行,而是通过调度POD的方式来管理容器。POD是K8S的最小调度单位,可以把它理解为容器的外壳,POD把容器封装在了里面。而用户通过Service去访问这些资源,Service是K8S中一组提供相同服务的Pod的对外访问接口,有点像负载均衡的VIP。简单来说就是多个容器组成Pod,多个Pod组成Service,用户通过Service访问服务。完整的请求过程是客户端向MASTER端的API SERVER发起请求,API SERVER通过scheduler进行调度,而调度需要的数据是从ETCD数据库中获取,然后再由Node端最终响应。


1、K8S Master节点核心组件

· API Server:整个系统的对外接口,是所有服务访问统一入口

· Controller-Manager:集群大管家,管理所有Pod的运行状态,保证它们按照预定的配置去运行,比如Pod占用的资源、运行多长时间等

· ETCD:K8S集群的所有状态信息都存储在ETCD系统中,可以把ETCD理解为K8S的数据库或者注册中心,通常ETCD需要配置高可用并支持https

· Scheduler:负责对集群内部的资源进行调度,根据一个优选策略对Pod的分部进行调度


2、K8S Node节点核心组件

· kubelet:它会与API Server保持通信,获取到Pod对象的配置信息并确保它们处于期望的状态,负责容器生命周期管理。还会定期向Master上报资源情况,并通过cAdvisor监控容器和节点的资源占用情况

· kube-proxy:按需为Service生成ipvs或iptables转发规则,实现服务映射与负载均衡

· Container Runtime:K8S底层调用的是容器,所以需要一个容器运行环境,目前主流使用的是Docker,但是也可以用其他容器来代替


3、K8S名词介绍

· Pod:K8S中的最小部署单元,可以把它当做一个独立虚拟机来理解。一个Pod由一个或多个容器组成,在一个Pod中的容器通常需要紧密配合,并且应该调度在一个Node上。一个Pod管理一组相关的服务,比如可以把Nginx、MySQL、PHP放在一个Pod中形成LNMP架构。如果需要扩容缩容,只需要增加或减少Pod。在每个Pod内部还会有一个pause容器用于对Pod中的每个容器的网络和存储资源进行共享。由于单独部署Pod会缺少一些高级特性,所以通常都是使用控制器来管理Pod。

· Service:Service是给提供相同服务的一个多或个Pod的访问入口,Service会有一个集群VIP。

· Lable:标签,用于区分Pod、Service等对象,每个Pod可以有多个标签,不同的标签也可以在不同的Pod上。通过标签选择器可以快速选择一个标签下的资源,即使它们没有在同一个Node

· Controller:K8S中的控制器,主要用于控制Pod数量与预期设置能达成一致。ReplicationControllerReplicaSet和Deployment是为了解决无状态服务,当有容器异常退出或者性能不足时能自动创建新的Pod来替代。目前来说ReplicationController已经被ReplicaSet副本集所替代,而Deployment在ReplicaSet的基础上又多了新的特性,比如滚动升级,所以除非明确Pods完全不需要更新,官方也建议使用Deployment。对于有状态服务需要使用StatefulSet控制器,它支持有序部署、有序删除,能提供持久化存储等;还有一种DaemonSet可以确保全部Node上都运行某一个Pod,适用于运行日志程序或者监控程序

· namespace:由于默认情况下K8S中的Pod是可以互相访问的,这样不安全。名称空间就是为不同的Pod提供了隔离环境


4、其他组件

· flannel:网络组件,让集群中的不同宿主所创建的容器都有一个全集群唯一的IP地址,实现Pod跨主机通信

· CoreDNS:为集群中的不同Pod提供一个名称并完成解析的服务

· Ingress:通过它可以实现7层代理,而不仅仅只能在4层代理。如果需要某些Pod能提供给外部用户访问,可以通过Ingress把K8S中的服务暴露。Ingress是一组路由规则的集合,这些规则通过Ingress发挥作用,目前可用的项目有Nginx、Haproxy、Traefik等。


5、Pod在生产环境中的访问流程

Pod相当于一个有着独立IP、独立hostname、利用namespace进行资源隔离的独立沙箱环境。Pod内部封装的是一个或多个相关的容器。Pod内部容器之间可以使用localhost访问,而对外提供服务的话由于没有对应的实体(物理机、物理网卡),所以客户端的请求都是先到物理机的某个端口,然后将其请求发送给service,再由service通过iptables规则转发到对应的Pod中,具体需要转发到哪些Pod可以通过标签选择器来完成。

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