k8s 核心概念

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k8s 是什么？

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：
$ 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。

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  1. Master：k8s主节点
    • API Server：提供可以用来和集群交互的REST端点。
    • Replication Controller：用来创建和复制Pod。
  2. Node：k8s节点
    • Kubelet：是主节点代理。
    • Kube-proxy：Service使用其将链接路由到Pod。
    • Docker 或 Rocket：k8s 使用的容器技术来创建容器。
  3. Pod：用来托管应用程序实例
    • Container：运行的容器
    • Volume：共享存储 (卷)
    • IP Address：IP 地址
  4. Labels：标签，用于给pod打标签
  5. Service：服务，由一组相同Label的Pod组成，其用来控制访问Pods的策略

Pod

Pod 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

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：

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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：

  1. 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。
  2. 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。

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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

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。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。

保持学习

以上是 Kubernetes核心概念的基本知识，你可以进一步阅读 Kubernetes 用户手册。用户手册提供了快速并且完备的学习文档。

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