目录

k8s 核心概念

Kubernetes Core Concepts

什么是 Kubernetes

Kubernetes(k8s)是自动化容器操作的开源平台,这些操作包括部署,调度和节点集群间扩展。

如果你曾经用过 Docker 容器技术部署容器,那么可以将 Docker 看成 Kubernetes 内部使用的低级别组件。Kubernetes 不仅仅支持 Docker,还支持 Rocket,这是另一种容器技术。 使用 Kubernetes 可以:

  • 自动化容器的部署和复制
  • 随时扩展或收缩容器规模
  • 将容器组织成组,并且提供容器间的负载均衡
  • 很容易地升级应用程序容器的新版本
  • 提供容器弹性,如果容器失效就替换它,等等…

实际上,使用 Kubernetes 只需一个部署文件,使用一条命令就可以部署多层容器(前端,后台等)的完整集群:

1
kubectl create -f single-config-file.yaml

kubectl 是和 Kubernetes API 交互的命令行程序。

集群

集群是一组节点,这些节点可以是物理服务器或者虚拟机,之上安装了 Kubernetes 平台。下图展示这样的集群。注意该图为了强调核心概念有所简化。这里可以看到一个典型的 Kubernetes 架构图。

https://cdn.xiaobinqt.cn/xiaobinqt.io/20220414/0ce2d13e9dd3467782c89d74b3c5d9d2.png
集群架构

上图可以看到如下组件,使用特别的图标表示Service和Label:

  • Pod
  • Container(容器)
  • Label https://cdn.xiaobinqt.cn/xiaobinqt.io/20220414/3edd10f36368462890623a79905b9f45.png(标签)
  • Replication Controller(复制控制器)
  • Service https://cdn.xiaobinqt.cn/xiaobinqt.io/20220414/2de24a183c174deca2bd5163fcd02588.png(服务)
  • Node(节点)
  • Kubernetes Master(Kubernetes主节点)

Pod

Pod(上图绿色方框)安排在节点上,包含一组容器和卷。同一个Pod里的容器共享同一个网络命名空间,可以使用localhost互相通信。Pod是短暂的,不是持续性实体。你可能会有这些问题:

  • 如果Pod是短暂的,那么我怎么才能持久化容器数据使其能够跨重启而存在呢? 是的,Kubernetes支持卷的概念,因此可以使用持久化的卷类型。
  • 是否手动创建Pod,如果想要创建同一个容器的多份拷贝,需要一个个分别创建出来么?可以手动创建单个Pod,但是也可以使用Replication Controller使用Pod模板创建出多份拷贝,下文会详细介绍。
  • 如果Pod是短暂的,那么重启时IP地址可能会改变,那么怎么才能从前端容器正确可靠地指向后台容器呢?这时可以使用Service,下文会详细介绍。

Lable

正如图所示,一些Pod有Label(https://cdn.xiaobinqt.cn/xiaobinqt.io/20220414/3edd10f36368462890623a79905b9f45.png)。一个 Label 是 attach 到 Pod 的一对键/值对,用来传递用户定义的属性。比如,你可能创建了一个“tier”和“app”标签,通过 Label(tier=frontend , app=myapp )来标记前端 Pod 容器,使用 Label(tier=backend, app=myapp)标记后台 Pod 。然后可以使用 Selectors 选择带有特定 Label 的 Pod,并且将 Service 或者 Replication Controller 应用到上面。

Replication Controller

是否手动创建 Pod ,如果想要创建同一个容器的多份拷贝,需要一个个分别创建出来么,能否将 Pods 划到逻辑组里?

Replication Controller 确保任意时间都有指定数量的 Pod “副本”在运行。如果为某个 Pod 创建了 Replication Controller 并且指定3个副本,它会创建 3 个 Pod,并且持续监控它们。如果某个 Pod 不响应,那么 Replication Controller 会替换它,保持总数为3.如下面的动画所示:

https://cdn.xiaobinqt.cn/xiaobinqt.io/20220414/03d07039d9fc80c0f692d6176f65936e.gif
Replication Controller

如果之前不响应的Pod恢复了,现在就有4个Pod了,那么Replication Controller会将其中一个终止保持总数为3。如果在运行中将副本总数改为5,Replication Controller会立刻启动2个新Pod,保证总数为5。还可以按照这样的方式缩小Pod,这个特性在执行滚动升级时很有用。

当创建Replication Controller时,需要指定两个东西:

  1. Pod模板:用来创建Pod副本的模板

  2. Label:Replication Controller需要监控的Pod的标签。

现在已经创建了Pod的一些副本,那么在这些副本上如何均衡负载呢?我们需要的是Service。

Service

如果Pods是短暂的,那么重启时IP地址可能会改变,怎么才能从前端容器正确可靠地指向后台容器呢?

Service 是定义一系列 Pod 以及访问这些 Pod 的策略的一层抽象。Service 通过 Label 找到 Pod 组。因为 Service 是抽象的,所以在图表里通常看不到它们的存在,这也就让这一概念更难以理解。

现在,假定有 2 个后台 Pod,并且定义后台 Service 的名称为 ‘backend-service’ ,lable 选择器为(tier=backend, app=myapp)。backend-service 的 Service 会完成如下两件重要的事情:

  • 会为 Service 创建一个本地集群的DNS入口,因此前端Pod只需要DNS查找主机名为 ‘backend-service’,就能够解析出前端应用程序可用的IP地址。
  • 现在前端已经得到了后台服务的 IP 地址,但是它应该访问 2 个后台Pod的哪一个呢?Service 在这 2 个后台 Pod 之间提供透明的负载均衡,会将请求分发给其中的任意一个(如下面的动画所示)。通过每个 Node 上运行的代理(kube-proxy)完成。

下述动画展示了 Service 的功能。注意该图作了很多简化。如果不进入网络配置,那么达到透明的负载均衡目标所涉及的底层网络和路由相对先进。

https://cdn.xiaobinqt.cn/xiaobinqt.io/20220414/e7a273fcdc03d2417b354b60c253552f.gif
service

有一个特别类型的Kubernetes Service,称为 ‘LoadBalancer’ ,作为外部负载均衡器使用,在一定数量的 Pod 之间均衡流量。比如,对于负载均衡Web流量很有用。

Node

节点(上图橘色方框)是物理或者虚拟机器,作为Kubernetes worker,通常称为 Minion。每个节点都运行如下 Kubernetes 关键组件:

  • Kubelet:是主节点代理。
  • Kube-proxy:Service 使用其将链接路由到 Pod,如上文所述。
  • Docker 或 Rocket:Kubernetes 使用的容器技术来创建容器。

Kubernetes Master

集群拥有一个Kubernetes Master(紫色方框)。Kubernetes Master提供集群的独特视角,并且拥有一系列组件,比如Kubernetes API Server。API Server提供可以用来和集群交互的REST端点。master节点包括用来创建和复制Pod的Replication Controller。

参考