图解 Kubernetes（k8s）

秒速五厘米 2023-02-17 05:22 9阅读 0赞

### 1. 前言 ###

`Kubernetes`是Google开源的容器集群管理系统，提供应用部署、维护、扩展机制等功能，利用`Kubernetes`能方便地管理跨机器运行容器化得应用。真实的生产环境应用会包含多个容器，而这些容器还很可能会跨越多个服务器主机部署。`Kubernetes` 提供了为那些工作负载大规模部署容器的编排与管理能力。`Kubernetes` 编排让你能够构建多容器的应用服务，在集群上调度或伸缩这些容器，以及管理它们随时间变化的健康状态。

### 2. 容器 ###

在了解 `Kubernetes` 之前，让我们先了解一个容器。因为如果不了解容器就没法聊`容器编排`。  
![在这里插入图片描述][format_png]

容器就是…一个你塞入所有材料的容器。“材料”是指你的应用代码、依赖库，以及直到内核的依赖关系。关键概念是隔离，把你的这些材料隔离出来，以便更好的控制他们。

容器提供了3种类型的隔离：

*  工作空间隔离（进程、网络）
 *  资源隔离（CPU、内存）
 *  文件系统隔离

容器可以理解为节食的`VM`，具有隔离性，但容器非常精简、体积小、启动快。`VM`是在操作系统之上又安装了多个操作系统，`VM`之间自然是隔离的。而容器是通过 Linux 的 `cgroup` 实现了VM那样的隔离性，并不需要安装操作系统。

### 3. 什么时候使用`Kubernetes`？ ###

容器挺好的，为什么需要 `Kubernetes` 这样的容器协调器呢？  
![在这里插入图片描述][format_png 1]  
如果你达到图中这个状态时，你就需要他了，有太多的容器需要管理了。

`Q：`我前端容器在哪儿呢？有多少个在运行？

`A：`很难说啊，快使用容器编排吧。

`Q：`如何让我的前端容器与新创建的后端容器沟通？

`A：`可以硬编码 IP，或者，使用容器编排。

`Q：`如何滚动升级？

`A：`你可以手动控制每一步，或者，使用容器编排。

### 4. `Kubernetes` 体系结构 ###

![在这里插入图片描述][format_png 2]  
每个`Kubernetes`集群都有两种类型的节点：`master` 和 `worker`。`master` 是控制和监控 `worker` 工作的这个集群的。

#### 4.1 `master` 的构成 ####

![在这里插入图片描述][format_png 3]

*  `etcd`: 作为数据库，所有 `kubernetes` 对象、当前状态、访问信息、集群配置信息 …，都存在这。
 *  `API Server` : 暴露集群操作的端点，`master` 和 `worker` 上的组件都需要访问 `api servrer`，以便完成自己的工作。
 *  `Scheduler` : 调度程序，负责决定哪个工作由哪个机器干。
 *  `Control Manager` : 控制管理器，监视集群的状态（通过调用API服务器来获取此数据）并采取措施将其置于预期状态。

#### 4.2 `worker` 的构成 ####

![在这里插入图片描述][format_png 4]

*  `kubelet` : worker 节点的核心，与 master 的 api server 沟通，运行调度到本节点的容器。
 *  `kube Proxy` : 使用 IP表/ IPVS 处理Pod的网络需求。
 *  `Pod` : kubernetes 运行容器的主力，提供了容器间联网的能力。

![在这里插入图片描述][format_png 5]  
一个 `pod` 中可以有多个容器，这些容器中的应用互相间都视为本地。`pod` 的网络接口提供了一个机制，使其可以与本节点或其他节点上的 `pod` 进行网络连接。  
![在这里插入图片描述][format_png 6]  
每个 `pod` 都会被指定一个 `IP`，`kube-proxy`将使用该`IP`地址来路由流量，而且此`IP`地址仅在群集中可见。

一个 `pod` 中挂载的数据卷可以被所有容器看到，例如，你的 APP 是一个图片上传应用，把图片保存在一个数据卷中，同一个 `pod` 中的其他容器可以监控这个数据卷，发现有新图片时，就开始处理，例如缩放多个尺寸的图片、上传到云存储。

### 5. `Controller` 控制器 ###

`kubernetes` 中有很多控制器，例如 `ReplicaSet`, `Replication Controllers`, `Deployments`, `StatefulSets`, `Service`。他们都是控制 `pod` 的对象，我们来看几个`重点`的控制器。

#### 5.1 `ReplicaSet` ####

![在这里插入图片描述][format_png 7]  
主要职责是根据给定的 `pod` 创建副本。

如果一个 `pod` 挂了，这个控制器就会得到通知，立马创建一个新的。

#### 5.2 `Deployment` ####

![在这里插入图片描述][format_png 8]  
使用 `ReplicaSet` 来管理副本。

提供了滚动升级的能力，扩展新的，缩减旧的。

#### 5.3 `Service` ####

![在这里插入图片描述][format_png 9]

像一个负载均衡器一样，像相应节点分派包。

可以跨 worker 节点构建一个 `pod 组`（通常是根据 pod 的标签）。

例如你的前端应用、后端应用，各自都有很多个实例在运行，前后端怎么沟通？

前端需要知道后端各个实例的访问地址，硬编码后端 `IP` 的方式显然不能用，那么就需要把后端实例组成一个 `service`，前端只需要访问这个 `service`，由 `service` 对其中的后端实例进行流量负载均衡转发。

#### 5.4 `Ingress` ####

![在这里插入图片描述][format_png 10]  
`Ingress（入口）控制器`是和外部世界沟通的唯一入口。

外部世界通过 `Ingress` 与集群中的所有服务沟通。

就像是一个网关，方便我们在一个地方统一设置安全策略、监控、记录日志。

### 6. 小结 ###

![在这里插入图片描述][format_png 11]

[format_png]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X2pwZy93djNLNmo0aWJsOTFBdnpubldlQjlzeldIaWFETUJZVERxdDdTMmFXdUNGalZXc2QxQ3RpY2JyYUNJWE5rQjRsQk5pYTZ0ank4cTBKbll0Q0ZEc2x6MlIzb3cvNjQw?x-oss-process=image/format,png
[format_png 1]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X2pwZy93djNLNmo0aWJsOTFBdnpubldlQjlzeldIaWFETUJZVERxbnVCY0Zuam1XU2ljVllya3FvN2p1dEdPQ215MUpQc3FCaWJ4NFBUWFo4U0xHZEVqSTUwcFIwN2cvNjQw?x-oss-process=image/format,png
[format_png 2]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X2pwZy93djNLNmo0aWJsOTFBdnpubldlQjlzeldIaWFETUJZVERxajZxdW93RnlmemNTV2ZKZmlhY1Y3eFBIMzd4R0tMUGFzdnpGMGlhZVdYWkI2Y0FWaWJUVW9rcmdnLzY0MA?x-oss-process=image/format,png
[format_png 3]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X2pwZy93djNLNmo0aWJsOTFBdnpubldlQjlzeldIaWFETUJZVERxVW9PUVI2N3lmQVBraWFKUWd0U29pYkJHazhNdXRrbXp6SVZpYnlnb2lhb3NSQ0xJQXdhV1dyWnNNQS82NDA?x-oss-process=image/format,png
[format_png 4]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X2pwZy93djNLNmo0aWJsOTFBdnpubldlQjlzeldIaWFETUJZVERxbU94aWFJT2ljZ1VQWmljaWFGemRSNmZ3ZGppY0JtN2ljOW9EeW9udHE2cXpmWXhnMjJlZWZsd1VwaWNsdy82NDA?x-oss-process=image/format,png
[format_png 5]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X2pwZy93djNLNmo0aWJsOTFBdnpubldlQjlzeldIaWFETUJZVERxUXA2T2d4QXF0NHoyVGZwWUo0TnJibHczU0V5TEhNUEFLaWJwSjUxR2ZDNDZ1VHlHNEpOUlZ5US82NDA?x-oss-process=image/format,png
[format_png 6]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X2pwZy93djNLNmo0aWJsOTFBdnpubldlQjlzeldIaWFETUJZVERxTlhXRFlUUE5VeFcyaWFmUnFSSlNkN3ZjS2QwaWNDZTNBUFBpY3c4SmNrMG5VZjdnUWlhM0hVZ2tpYncvNjQw?x-oss-process=image/format,png
[format_png 7]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X2pwZy93djNLNmo0aWJsOTFBdnpubldlQjlzeldIaWFETUJZVERxQUNpYnRMVFNSbHA3M3VEWUJDSFcwRkg2WHZoU1RuWlNIdHlQYWw5V3dRNGZWVVNmVVU3VGVwUS82NDA?x-oss-process=image/format,png
[format_png 8]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X2pwZy93djNLNmo0aWJsOTFBdnpubldlQjlzeldIaWFETUJZVERxRUZpYkNzOTZWcjQ2TFJoS01mYnMxeGliSTd1U3VkRDJaUENOTUJwNHFhNTJBa09WY3k5cHZFUVEvNjQw?x-oss-process=image/format,png
[format_png 9]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X2pwZy93djNLNmo0aWJsOTFBdnpubldlQjlzeldIaWFETUJZVERxZXV6bnNKVnlQeDNSMGtuNU5iWmljc2lhSlozTkd0SFdWQ2FjS0M2bkk2QXo1dDh1bWd4dkx2VncvNjQw?x-oss-process=image/format,png
[format_png 10]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X2pwZy93djNLNmo0aWJsOTFBdnpubldlQjlzeldIaWFETUJZVERxVnVJeE8wNDExT1QzR0xaa3NaWlduMGlhWms4SDkya2RlVkFIbnhLR2o3d1VmWXRaNDVxUHZkdy82NDA?x-oss-process=image/format,png
[format_png 11]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X2pwZy93djNLNmo0aWJsOTFBdnpubldlQjlzeldIaWFETUJZVERxVUluakZpY09XRGY4OEV1UU5MZFk1N2lhMGI5bUI5MHk1QTRiR0xPNHI2WklORVF1WDZGazRsblEvNjQw?x-oss-process=image/format,png