Kubernetes是一个可移植的。可扩展的开源平台,用于管理容器化的工作负载和服务。名称源于希腊语,意为"舵手"或"飞行员",是Google在2014年开源的项目,Kubernetes是建立在Google在大规模运行生产工作负载方面拥有10几年的经验的基础上,结合了社区中最好的想法和实践。

部署方式的演变

传统部署时代

早期,组织在物理服务器上运行应用程序。无法为物理服务器中的应用程序定义资源边界,这会导致资源分配问题。例如,如果在物理服务器上运行多个应用程序,则可能会出现一个应用程序占用大部分资源的情况,结果可能导致其他应用程序的性能下降。一种解决方案是在不同的物理服务器上运行每个应用程序,但是由于资源利用不足而无法扩展,并且组织维护许多物理服务器的成本很高。

虚拟化部署时代

作为解决方案,引入了虚拟化功能,它允许您在单个物理服务器的 CPU 上运行多个虚拟机(VM)。虚拟化功能允许应用程序在 VM 之间隔离,并提供安全级别,因为一个应用程序的信息不能被另一应用程序自由地访问。

每个 VM 是一台完整的计算机,在虚拟化硬件之上运行所有组件,包括其自己的操作系统。

容器化部署时代

容器类似于VM,但是它们具有轻量级的隔离属性,可以在应用程序之间共享操作系统。也具有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等。并且它们与基础架构分离,可以跨云和OS分发进行移植。

  • 敏捷应用程序的创建和部署,与VM相比,启动时间从分钟级降为秒级
  • 持续开发、集成和部署(CICD):可以快速的回滚(由于镜像不可变性),可靠且频繁的容器镜像构建和部署,关注开发和运维的分离,在构建/发布时创建应用程序容器镜像
  • 可观察性不仅显示操作系统级别的信息和指标,还可以显示应用程序的运行状况和其他指标
  • 跨开发、测试和生产环境一致性:在本地环境、。测试环境和生产环境相同的运行
  • 可移植性:在各种操作系统Ubuntu、Centos等任何地方运行
  • 以应用程序为中心的管理
  • 松散耦合、分布式、弹性、解放的微服务:应用程序被分解成较小的独立部分,并且可以动态的部署管理,而不是在一台大型单机上整体运行
  • 资源隔离:可预测的应用程序性能
  • 资源利用:高效率和高利用

Kubernetes能做到什么?为什么需要它?

容器是打包和运行应用程序目前最好的方式。在生产环境,需要确保程序不会停止服务。例如,如果一个容器停止服务,则需要启动另一个容器。

这就是Kubernetes的救援方法!

  • 服务发现和负载均衡
    Kubernetes可以使用DNS名称或者自己的IP地址公开容器,如果容器的流量很大,Kubernetes可以提供负载均衡分配网络流量,从而使部署稳定
  • 存储编排
    Kubernetes允许您自动挂载选择的存储系统,例如本地存储、公共云存储等
  • 自动部署和回滚
  • 自动二进制打包
    Kubernetes允许指定每个容器所需CPU和内存(RAM)。当容器指定了资源请求时,Kubernetes可以做出更好的决策来管理容器的资源
  • 自我修复
    Kubernetes会重新启动失败的容器、替换容器、杀死不响应用户定义的运行状况检查的容器,并且在准备好服务之前不将其通告给客户端
  • 密钥与配置管理
    Kubernetes运行存储和管理敏感信息,例如密码、OAuth令牌和ssh密钥。可以在不重新构建容器镜像的情况下部署和更新密钥和应用程序配置,也无需在堆栈配置中暴露密钥

概述

要使用Kubernetes,需要使用Kubernetes API对象来描述集群的预期状态(desired status):运行的应用、负载、使用的镜像、副本数、所需的网络和磁盘资源等。可以使用命令行工具 kubectl 来调用Kubernetes API创建镜像、和集群进行交互、设置和修改等。

Kubernetes控制面由一组运行在集群上的进程组成:

  • Kubernetes主控组件(Master)包含三个进程,都运行在集群中的某个节点上,主控组件这个节点被称为master节点。这些进程包括:kube-apiserverkube-controller-manager 和 kube-scheduler
  • 集群中的每个非master节点都运行两个进程
    * kubelet:和master节点进行通信
    * kube-proxy:一种网络代理,将Kubernetes的网络服务代理到每个节点上。

Kubernetes主要由以下几个核心组件组成:

  • etcd(高可用的分布式key-value数据库)保存了整个集群的状态
  • apiserver提供了资源操作的唯一入口,并提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制
  • controller manager 负责维护集群的状态,比如故障检测、自动扩展、滚动更新等
  • scheduler负责资源的调度,按照预定的调度策略将Pod调度到相应的机器上
  • kubelet负责维护容器的生命周期,同时也负责Volumn(CVI)和网络(CNI)的管理
  • Container runtime负责镜像管理以及Pod和容器的真正运行(CRI)
  • kube-proxy负责为Service提供cluster内部的服务发现和负载均衡

除了核心组件,还有一些推荐的Add-ons:

  • kebe-dns 负责为整个集群提供DNS服务
  • Ingress Controller 为服务提供外网入口
  • Heapster 提供资源监控
  • Dashboard 提供GUI
  • Federation 提供跨可用区的集群
  • Fluentd-elasticsearch 提供集群日志的采集、存储和查询

Kubernetes 对象

Kubernetes包含若干用来表示系统状态的抽象层,包括:已部署的容器化应用和负载、与它们相关的网络和磁盘资源以及有关集群正在运行的其他操作的信息。

基本的Kubernetes对象包括:

  • Pod
  • Service
  • Volume
  • Namespace

Kubernetes还包含大量的被称作Conroller的高级抽象--控制器。控制器基于基本对象构建并提供额外的功能和方便使用的特性,包括:

  • Deployment
  • DaemonSet
  • StatefulSet
  • ReplicaSet
  • Job