云原生 • Kubernetes—认识 k8s、k8s 架构、核心概念点介绍

一、K8s 是什么及不是什么

K8s 是什么：K8s（Kubernetes）是谷歌开源的容器集群管理系统，是一个大规模容器编排系统，源于 Google 多年大规模容器管理技术 Borg 的开源版本。它主要用于完成基于容器的应用部署、维护和滚动升级，提供负载均衡和服务发现，支持跨机器和跨地区的集群调度，自动伸缩，广泛的 Volume 支持，并通过插件机制保证扩展性。

K8s 不是什么：

• K8s 不是一个传统意义上的 PaaS 平台即服务的工具，它给使用者提供了很多选择的空间，不限制支持的应用程序类型、应用程序框架、支持的语言等。
• K8s 不提供内置的中间件、数据处理框架、数据库或集群存储系统等。
• K8s 不直接部署代码，也不会构建应用程序，但可以在其上构建所需的持续集成（CI）工作流。
• K8s 不提供机器配置、维护、管理或自愈系统，也不提供应用程序配置语言或系统，以及点击即部署的服务市场。
• K8s 不仅仅是一个“编排系统”，它消除了编排的需要，通过声明式的 API 和一系列独立、可组合的控制器保证应用总是在期望的状态。

二、K8s 核心基础概念

1. Container（容器）：

   容器是一种便携式、轻量级的操作系统级虚拟化技术。

   使用 namespace 隔离不同的软件运行环境，通过镜像自包含软件的运行环境，使得容器可以在任何地方运行。

   容器体积小且启动快，每个容器镜像中打包一个应用程序，解决了开发到生产环境的一致性问题。

2. Pod：

   Kubernetes 使用 Pod 来管理容器，每个 Pod 可以包含一个或多个紧密关联的容器。

   Pod 是一组紧密关联的容器集合，共享 PID、IPC、Network 和 UTS namespace，是 K8s 调度的基本单位。

   Pod 内的多个容器共享网络和文件系统，可以通过进程间通信和文件共享组合完成服务。

3. Node：

   Node 是 Pod 真正运行的主机，可以是物理机或虚拟机。

   每个 Node 节点上至少要运行 container runtime（如 docker 或 rkt）、kubelet 和 kube-proxy 服务。

4. Label：

   Label 是识别 Kubernetes 对象的标签，以 key/value 的方式附加到对象上。

   Label 不提供唯一性，经常用于多个对象（如 Pods）来标志具体的应用。

   其他对象可以使用 Label Selector 来选择一组相同 label 的对象。

5. Annotations：

   Annotations 是 key/value 形式附加于对象的注解，用于记录一些附加信息。

   不同于 Labels 用于标志和选择对象，Annotations 用来辅助应用部署、安全策略以及调度策略等。

6. Service：

   Service 是应用服务的抽象，通过 labels 为应用提供负载均衡和服务发现。

   匹配 labels 的 Pod IP 和端口列表组成 endpoints，由 kube-proxy 负责将服务 IP 负载均衡到这些 endpoints 上。

   每个 Service 都会自动分配一个 cluster IP 和 DNS 名，其他容器可以通过该地址或 DNS 来访问服务。

三、K8s 架构

1. K8s 的工作方式：

   Kubernetes Cluster = N Master Node + N Worker Node（N>=1）。

2. K8s 的组件架构：

   控制平面组件（Control Plane Components）：

   kube-apiserver：API 服务器，公开 Kubernetes API，是 Kubernetes 控制面的前端。

   etcd：兼具一致性和高可用性的键值数据库，作为保存 K8s 所有集群数据的后台数据库。

   kube-scheduler：监视新创建的、未指定运行节点的 Pods，选择节点让 Pod 在上面运行。

   kube-controller-manager：在主节点上运行控制器的组件，包括节点控制器、任务控制器、端点控制器等。

   cloud-controller-manager：嵌入特定云的控制逻辑的控制平面组件，允许链接集群到云提供商的应用编程接口中。

   Node 组件：

   kubelet：在每个节点上运行的代理，保证容器都运行在 Pod 中，接收 PodSpecs 并确保描述的容器处于运行状态且健康。

   kube-proxy：在每个节点上运行的网络代理，实现 Kubernetes 服务概念的一部分，维护节点上的网络规则。

四、K8s 创建集群准备工作及注意事项

• 集群中的所有机器的网络彼此均能相互连接，公网和内网都可以。
• 节点之中不可以有重复的主机名、MAC 地址或 product_uuid。
• 禁用交换分区，以保证 kubelet 正常工作。
• 基础环境准备包括设置域名、将 SELinux 设置为 permissive 模式、关闭 swap、允许 iptables 检查桥接流量等。