云原生之kubernetes基础概念

野性酷女 2024-04-01 12:10 104阅读 0赞

**目录**

一、目前市场上的云

二、云计算的主要服务模式

三、Kubernetes

1、使用Kubernetes的好处

2、资源管理器

1、k8s

2、k8s的基础概念

四、 Kubernetes 基本概念和术语

1、 Kubernetes 集群的两种管理角色：Master 和 Node

1.1、master

1.1.1、master概念

1.1.2、master节点上运行的进程

1.2、node

1.2.1、node概念

1.2.2、node节点上运行的进程

2、kubernetes是怎样实现高效均衡的资源调度策略的

3、Pod

3.1、pod中容器有几种

3.2、pod结构

4、pod和容器的关系

①、Pod的自我修复能力

②、弹性伸缩促发条件：（弹性伸缩，是定义一次，自动控制的）

5、kubernetes服务发现与负载均衡

5.1、pod网络

5.2、pod如何对外部提供访问

5.3、pod 的负载均衡

6、创建pod的流程

## 一、目前市场上的云 ##

国内：阿里云、华为云、百度云（私有云）、微软云、其他云

国外：AWS谷歌

## 二、云计算的主要服务模式 ##

SaaS：Software as a Service，软件即服务，这层的作用是将应用作为服务提供给客户。

PaaS：Platform as a Service，平台即服务，这层的作用是将开发平台作为服务提供给用户。

IaaS：Infrastructure as a Service，基础设施即服务，这层的作用是提供虚拟机或者其他资源作为服务提供给用户。

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## 三、Kubernetes ##

### 1、使用Kubernetes的好处 ###

①、可以“轻装上阵”地开发复杂系统

②、使用 Kubernetes 就是在全面拥抱微服务架构

③、我们的系统可以随时随地整体“搬迁”到公有云上

④、Kubernetes 系统架构具备了超强的横向扩容能力

### 2、资源管理器 ###

### **1、k8s** ###

k8s首先是对集群化的容器进行批管理（增、删、改、查）

### 2、k8s的基础概念 ###

K8s视一切可以管理的对象为"资源”，哪怕该服务不是K8s内部的，如果想做为K8的常规组件来使用，K8也提供了API给与我们来自行定义"控制器”(汇聚插件)；K8S 也是一个大的生态圈

## 四、 Kubernetes 基本概念和术语 ##

Kubernetes  中的大部分概念如  Node 、 Pod 、 Replication Controller 、 Service  等都可以看作一

种“资源对象”，几乎所有的资源对象都可以通过  Kubernetes  提供的  kubectl  工具（或者  API  编

程调用）执行增、删、改、查等操作并将其保存在  etcd  中持久化存储。从这个角度来看，Kubernetes 其实是一个高度自动化的资源控制系统，它通过跟踪对比  etcd 库里保存的“资源期望状态”与 当前环境中的“实际资源状态”的差异来实现自动控制和自动纠错的高级功能。

### 1、 Kubernetes 集群的两种管理角色：Master 和 Node ###

#### 1.1、master ####

#### 1.1.1、master概念 ####

Kubernetes  里的  Master  指的是集群控制节点，每个  Kubernetes  集群里需要有一个  Master

节点来负责整个集群的管理和控制，基本上  Kubernetes  的所有控制命令都发给它，它来负责具

体的执行过程，我们后面执行的所有命令基本都是在  Master  节点上运行的。 Master  节点通常会

占据一个独立的服务器（高可用部署建议用  3  台服务器），其主要原因是它太重要了，是整个集

群的“首脑”，如果宕机或者不可用，那么对集群内容器应用的管理都将失效。

#### 1.1.2、master节点上运行的进程 ####

①、Kubernetes API Server（kube-apiserver）

作用：提供了 HTTP Rest 接口的关键服务进程，是 Kubernetes 里所有资源的增、删、改、查等操作的唯一入口，也是集群控制的入口进程。

②、Kubernetes Controller Manager（kube-controller-manager）

作用：Kubernetes 里所有资源对象的自动化控制中心，可以理解为资源对象的“大总管”。

③、Kubernetes Scheduler（kube-scheduler）

作用：负责资源调度（Pod 调度）的进程，相当于公 交公司的“调度室”。

④、etcd服务

作用：Kubernetes 里的所有资源对象的数据存储位置。

#### 1.2、node ####

#### 1.2.1、node概念 ####

除了  Master ， Kubernetes  集群中的其他机器被称为  Node 节点，Node 节点才是 Kubernetes 集群中的工作负载节点。 每个  Node  都会被  Master  分配一些工作负载（ Docker 容器），当某个  Node  宕机时，其上的工作负载会被  Master  自动转移到其他节点上去。

#### 1.2.2、node节点上运行的进程 ####

①、kubelet

作用：负责 Pod 对应的容器的创建、启停等任务，同时与 Master 节点密切协作，实现集群管理的基本功能。

②、kube-proxy

作用：实现 Kubernetes Service 的通信与负载均衡机制（L4层的负载均衡）的重要组件

③、Docker Engine（docker）

作用：Docker 引擎，负责本机的容器创建和管理工作

### 2、kubernetes是怎样实现高效均衡的资源调度策略的 ###

node节点可以在运行期间动态的增加到k8s的集群中，前提是这个节点已经完成正确的安装、配置和启动关键进程。在默认情况下，kublet会向master注册自己，这也是k8s推荐的管理方式。node被纳入集群管理范围后，kubelet进程就会定时向master节点汇报自生的状态，例如操作系统、Docker 版本、机器的 CPU 和内存情况，以及当前有哪些 Pod 在运行等。这样Master 可以获知每个 Node 的资源使用情况，并实现高效均衡的资源调度策略。 而某个 Node 超过指定时间不上报信息时，会被 Master 判定为“失联”，Node 的状态被标记为 不可用（Not Ready），随后 Master 会触发“工作负载大转移”的自动流程。

### 3、Pod ###

pod是可以在kubernetes中创建和管理的，最小的可部署的计算单元（pod是K8s的最小的资源单位）

#### 3.1、pod中容器有几种 ####

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>名称</td> 
   <td>作用</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>init容器</td> 
   <td>初始化容器环境</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p>pause容器（根容器）</p> </td> 
   <td>在pod内提供network namespace和存储卷支持</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>业务/应用容器</td> 
   <td>提供业务运行</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 3.2、pod结构 ####

pod 相当于一个容器，pod 有独立的 ip 地址，也有自己的 hostname，利用 namespace 进行资源隔离，相当于一个独立沙箱环境。

pod 内部封装的是容器，可以封装一个，或者多个容器（通常是一组相关的容器）

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每一个pod中都可以多个容器，这些容器可分为以下：

①、用户程序所在的容器即业务容器，数量可多可少，他们是并行启动的。

②、pause容器，这是每个pod都会有的一个根容器，他的作用有两个：

1、可以以他为根据，评估整个pod的健康状态

2、可以在跟容器上设置IP地址，其他的容器都以此IP(pod ip)，以实现pod内部的网络通信

③、init初始化容器

init容器必须在应用程序（业务）容器启动之前运行完成，而应用程序容器是并行运行的，所

以Init容器能够提供了一种简单的阻塞或延迟应用容器的启动的方法。

init容器特点：

①、Init容器总是运行到成功完成为止

②、每个Init容器都必须在下一个Init容器启动之前成功完成，他们之间是串行启动的

③、pause容器个业务容器们运行行前，都会先跑一个init初始化容器。如果 Pod 的Init容器失败，k8s 会不断地重启该Pod（为了让init容器可以启动完成），直到 Init容器成功为止。然而，如果 Pod对应的重启策略（restartPolicy）为Never，它不会重新启动。

因此可以得出：pod的最小的部署单元为：基础容器（pause）、初始化容器（init初始化容器）、业务容器。

### 4、pod和容器的关系 ###

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**容器封装在Pod中**

#### **①、Pod的自我修复能力** ####

当副本集为3时，即pod的个数为3，主控制器管理着副本控制器，副本控制器管理着各自的pod。

假如此时pod\_1容器宕机了。副本集控制器会上报主控制A，主控器A收到后会重新创建副本控制器C，新的副本控制器C也会生成一个新的pod,然后主控制器会删除副本控制器A（副本集控制器和各自的pod是对应的。pod挂了，则副本集控制器也就挂了，也会被移除）。最后副本控制器C替代了副本控制器A；新的pod替代了pod\_1。（在此过程中，用户感觉设备“重启了”，然这个并不是重启，而是一个删除pod和副本集控制器和新建的一个过程）

**Pod的弹性伸缩能力**

前置条件：

条件一：

cpu 的使用率： 为20%~70%

20%为最低的可容忍的负载率

70%为最高的可容忍的负载率

条件二：  
docker cgroup资源限制：cpu为300M,mem为300M

#### **②、弹性伸缩促发条件：（弹性伸缩，是定义一次，自动控制的）** ####

**例如:**

当pod\_3的cpu使用率低于300x20%=60M的使用率，就会触发条件，删除Pod\_3。把它的任务分配个剩下的pod。

当pod\_1、pod\_2、pod\_3的内存使用率为300x70%=210M以上，就会触发条件，在生成一个主控制器D，和副本集控制器pod\_4

### 5、kubernetes服务发现与负载均衡 ###

#### 5.1、pod网络 ####

①、pod 有自己独立的 IP 地址

②、pod 内部的容器之间是通过 localhost 进行访问

#### 5.2、pod如何对外部提供访问 ####

pod 想对外提供服务，必须绑定物理机端口 (即在物理机上开启端口，让这个端口和 pod 的端口进行映射)，这样就可以通过物理机进行数据包的转发。

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#### 5.3、**pod 的负载均衡** ####

**pod的负载均衡几种方式**

**1、iptables**

**2、ipvs（默认下，一般使用该方式。使用kube-proxy（软件形式）在四层的负载均衡**

**3、uperspace**

pod 是一个进程，是有生命周期的，一旦宕机、版本更新都会创建新的 pod（ IP 地址会变化，hostname 会变化），此时再使用 Nginx 做负载均衡就不太合适了，因为它不知道 pod 发生了改变，那么请求就不能被接受。所以服务发生了变化它根本不知道，Nginx 无法发现服务，不能用 Nginx 做负载均衡。

### 6、创建pod的流程 ###

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①、首先kubectl转化为json后向api-server提交创建pod的请求

②、api-server收到pod的创建请求后，会将信息记录在etcd中

③、scheduler监听到api-server的处理请求后，然后向api-server申请后端节点信息

④、api-server 收到scheduler的请求后，提交申请到etcd，获取后端节点信息。并把结果返回scheduler

⑤、scheduler 进行预选优选、打分，然后提交结果给api-server

⑥、controller-manager 监听api-server处理的请求信息，并将所需的控制器资源给与api-server

⑦、api-server 和node节点的kubelet进行对接交互

⑧、kubelet调用资源创建pod，并将统计信息返回给api-server

⑨、api-server将信息记录在etcd中

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