文章目录

• • 一、什么是 Kubernetes ？
  • 二、Kubernetes 的特性
  • 三、Kubernetes 特点
  • 四、kubernetes应用场景
  • 五、Kubernetes集群架构与组件
  • • 5.1、架构图
    • 5.2、Master节点的组件
    • 5.3、Node节点组件
  • 六、Kubernetes 集群部署
  • • 6.1、官方提供的三种部署方式
    • 6.2、单Master集群架构图
    • 6.3、多Master集群架构图

一、什么是 Kubernetes ？

• Kubernetes是Google在2014年开源的一个容器集群管理系统，Kubernetes简称K8S。
• K8S用于容器化应用程序的部署，扩展和管理。
• K8S提供了容器编排，资源调度，弹性伸缩，部署管理，服务发现等一系列功能。
• Kubernetes目标是让部署容器化应用简单高效。
  

二、Kubernetes 的特性

• 弹性伸缩

使用命令、UI界面或者基于CPU使用情况自动快速扩容和缩容应用程序实例。保证应用业务高峰并发时的高可用性；业务低峰时回收资源。以最小成本运行服务。

• 自我修复

在节点故障时重新启动失败的容器，替换和重新部署。保证预期的副本数量； 杀死健康检查失败的容器。并目在未准备好之前不会处理客户端请求，确保线上服务不中断。

• 自动部署和回滚

K8S采用滚动更新策略更新应用，一次更新一个Pod, 而不是同时删除所有Pod，如果更新过程中出现问题，将回滚更改，确保升级不影响业务。

• 服务发现和负载均衡

K8S为多个容器提供一个统一访问入口(内部IP地址和一个DNS名称)，并且负载均衡关联的所有容器，使得用户无需考虑容器IP问题。

• 机密和配置管理

管理机密数据和应用程序配置，而不需要把敏感数据暴露在镜像里，提高敏感数据安全性。并可以将一些常用的配置存储在K8S中，方便应用程序使用。

• 存储编排

挂载外部存储系统，无论是来自本地存储、公有云( 如AWS、阿里云的OSS)，还是网络存储( 如NFS、GlusterFS、 Ceph) 都作为集群资源的一部分使用，极大提高存储使用灵活性。

• 批处理

提供一次性任务，定时任务；满足批量数据处理和分析的场景。

三、Kubernetes 特点

• 可移植：支持公有云，私有云，混合云，多重云（multi-cloud）
• 可扩展：模块化，插件化，可挂载，可组合
• 自动化：自动部署，自动重启，自动复制，自动伸缩/扩展

四、kubernetes应用场景

1、DevOps开发运维一体化
2、微服务

五、Kubernetes集群架构与组件

5.1、架构图

5.2、Master节点的组件

• master节点负责为用户和客户端暴露API、追踪集群节点的健康状态、调度工作负载、以及编排其他组件之间的通信等。
  （单个 master 节点即可完成其所有的功能，但是出于冗余及负载均衡的目的，生产环境中通常需要多个 master！）

• 组件介绍：

1、API Server

提供了资源操作的唯一入口，负责接收、校验并响应所有的 REST请求，结果被持久的存储于 etcd 中，并提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制。

kubectl 是最常用的交互式命令行工具。

2、ETCD

etcd是Kubernetes提供默认的存储系统，用于保存集群的状态数据，比如Pod、Service 等对象信息。

是基于Raft一致性算法开发的分布式key-value存储，可用于服务发现、监控机制、共享配置以及一致性保障（如数据库leader选举、分布式锁等）

3、controller-manager

通过kube-apiserver监控整个集群的状态，负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等。

是由一系列的控制器组成，这些控制器主要包括三组：

• （1）必须启动的控制器：

RelicaSet：确保预期的Pod副本数量
Deployment：无状态应用部署（常见的web服务）
StatefulSet：有状态应用部署（mysql、oracle）
DaemonSet：确保所有Node运行同一个Pod
Job：一次性任务
Cronjob：定时任务

• （2）默认启动的控制器：

NodeController
ServiceController
PVBinderController

• （3）默认禁止的可选控制器：

BootstrapSignerController
TokenCleanerController

4、scheduler

负责分配调度Pod到集群内的节点上，它监听kube-apiserver，查询还未分配Node节点的Pod，然后根据调度策略为这些Pod分配node节点。

还支持用户自定义调度器，可通过以下三种方式可以指定Pod只运行在特定的Node节点上。
1、nodeSelector：只调度到匹配指定label的Node上
2、nodeAffinity：功能更丰富的Node选择器，比如支持集合操作
3、podAffinity：调度到满足条件的Pod所在的Node上

5.3、Node节点组件

• node 是 k8s 集群中的工作节点，以 pod 的形式运行容器，Node 负责接收来自 master 节点 的工作指令并根据指令来创建或销毁 pod（容器） 对象，以及调整网络规划以便合理的路由和转发流量。
• 组件介绍：

1、kubelet

每个Node节点上都运行一个kubelet守护进程，默认监听10250端口，接收并执行master发来的指令，管理Pod及Pod中的容器。每个kubelet进程会在API Server上注册节点自身信息，定期向master节点汇报节点的资源使用情况进行信息更新

管理已分配给节点的Pod，比如：安装Pod所需的volume，下载Pod的Secrets，Pod中运行的 docker（或experimentally，rkt）容器，还会定期执行容器健康检查。

2、container runtime 是容器运行时的环境，负责镜像管理以及容器的真正执行。

目前，k8s 所支持的容器运行环境：Docker（最常见）、RKT （可作为docker工具的替代方案）等等…

3、kube-proxy

在Node节点上实现Pod网络代理，维护网络规则。

通过userspace、iptables、ipvs这三种代理模式来为服务配置四层负载均衡。

六、Kubernetes 集群部署

6.1、官方提供的三种部署方式

• minikube（初学者体验）
  minikube是一个工具，可以在本地快速运行一个单点的kubernetes，仅用于尝试kubernetes或日常开发的用户使用。
• kubeadm
  kubeadm也是一个工具，提供kubeadm init和kuneadm join，用于快速部署kubernetes。
• 二进制包（工作使用）
  从官方下载发行版的二进制包，手动部署每个组件，组成kubernetes集群。

6.2、单Master集群架构图

6.3、多Master集群架构图

多个master节点通过 LB 负载均衡实现 Kubernetes 集群高可用性。