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Kubernetes：01-介绍

本章节主要介绍应用程序在服务器上部署方式演变以及 kubernetes 的概念、组件和工作原理。

一、应用部署方式演变

在部署应用程序的方式上，主要经历了三个时代：

  • 传统部署：互联网早期，会直接将应用程序部署在物理机上

    优点：简单，不需要其他技术的参与

    缺点：不能为应用程序定义资源使用边界，很难合理的分配计算资源，而且程序之间容易产生影响。

  • 虚拟化部署：可以在一台物理机上运行多个虚拟机，每个虚拟机都是独立的一个环境

    优点：程序环境不会相互产生影响，提供了一定程度的安全性

    缺点：增加了操作系统，浪费了部分资源

  • 容器化部署：与虚拟化类似，但是共享了操作系统

    优点：

    1. 可以保证每个容器拥有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等
    2. 运行应用程序所需要的资源都被容器包装，并和底层基础架构解耦
    3. 容器化的应用程序可以跨云服务商、跨 Linux 操作系统发行版进行部署

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容器化部署方式给我们带来了很多的便利，但是也会出现一些问题，比如说：

  • 一个容器故障停机了，怎么样让另外一个容器立刻启动去替补停机的容器
  • 当并发访问量变大的时候，怎么样做到横向扩展容器数量

这些容器管理的问题统称为容器编排问题，为了解决这些容器编排问题，就产生了一些容器编排的软件：

  • Swarm：Docker 自己的容器编排工具
  • Mesos：Apache 的一个资源统一管控的工具，需要和 Marathon 结合使用
  • Kubernetes：Google 开源的容器编排工具

二、Kubernetes 简介

Kubernetes，是一个全新的基于容器技术的分布式架构领先方案，是谷歌严格保密十几年的秘密武器——Borg 系统的一个开源版本，于 2014 年 9 月发布第一个版本，2015 年 7 月发布第一个正式版本。

Kubernetes 的本质是

一组服务器集群，它可以在集群的每个节点上运行特定的程序，来对节点中的容器进行管理。它的目的就是实现资源管理的自动化，主要提供了如下的主要功能：

  • 自我修复：一旦某一个容器崩溃，能够在 1 秒钟左右迅速启动新的容器
  • 弹性伸缩：可以根据需要，自动对集群中正在运行的容器数量进行调整
  • 服务发现：服务可以通过自动发现的形式找到它所依赖的服务
  • 负载均衡：如果一个服务启动了多个容器，能够自动实现请求的负载均衡
  • 版本回退：如果发现新发布的程序版本有问题，可以立即回退到原来的版本
  • 存储编排：可以根据容器自身的需求自动创建存储卷

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三、Kubernetes 组件

一个 Kubernetes 集群主要是由控制节点(master)、**工作节点(node)**构成，每个节点上都会安装不同的组件。

master：集群的控制平面，负责集群的决策

ApiServer：资源操作的唯一入口，接受用户输入的命令，提供认证、授权、API 注册和发现等机制

Scheduler：负责集群资源调度，按照预定的调度策略将 Pod 调度到相应的 node 节点上

ControllerManager：负责维护集群的状态，比如程序部署安排、故障检测、自动扩展、滚动更新等

Etcd：负责存储集群中各种资源对象的信息

node：集群的数据平面，负责为容器提供运行环境

Kubelet：负责维护容器的生命周期，即通过控制 docker，来创建、更新、销毁容器

KubeProxy：负责提供集群内部的服务发现和负载均衡

Docker：负责节点上容器的各种操作

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下面，以部署一个 Nginx 服务来说明 Kubernetes 系统各个组件调用关系：

  1. 首先要明确，一旦 Kubernetes 环境启动之后，master 和 node 都会将自身的信息存储到 etcd 数据库中

  2. 一个 Nginx 服务的安装请求会首先被发送到 master 节点的 apiServer 组件

  3. apiServer 组件会调用 scheduler 组件来决定到底应该把这个服务安装到哪个 node 节点上。

    在此时，它会从 etcd 中读取各个 node 节点的信息，然后按照一定的算法进行选择，并将结果告知 apiServer。

  4. apiServer 调用 controller-manager 去调度 Node 节点安装 nginx 服务

  5. kubelet 接收到指令后，会通知 docker，然后由docker 来启动一个 nginx 的 pod

    pod 是 kubernetes 的最小操作单元，容器必须跑在 pod 中

  6. 至此，一个 Nginx 服务就运行了，如果需要访问 Nginx，就需要通过 kube-proxy 来对 pod 产生访问的代理

    这样，外界的用户就可以访问集群中的 nginx 服务了。

四、Kubernetes 概念

Master：集群控制节点，每个集群需要至少一个 master 节点负责集群的管控

Node：工作负载节点，由 master 分配容器到这些 node 工作节点上，然后 node 节点上的 docker 负责容器的运行

Pod：kubernetes 的最小控制单元，容器都是运行在 pod 中的，一个 pod 中可以有 1 个或者多个容器

Controller：控制器，通过它来实现对 pod 的管理，比如启动 pod、停止 pod、伸缩 pod 的数量等等

Service：pod 对外服务的统一入口，下面可以维护同一类的多个 pod

Label：标签，用于对 pod 进行分类，同一类 pod 会拥有相同的标签

NameSpace：命名空间，用来隔离 pod 的运行环境

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