Kubernetes核心概念

艾裡_Simple發表於2021-04-09

本文將會簡單介紹Kubernetes的核心概念。因為這些定義可以在Kubernetes的文件中找到，所以文章也會避免用大段的枯燥的文字介紹。相反，我們會使用一些圖表（其中一些是動畫）和示例來解釋這些概念。我們發現一些概念（比如Service）如果沒有圖表的輔助就很難全面地理解。在合適的地方我們也會提供Kubernetes文件的連結以便讀者深入學習。

什麼是Kubernetes？

Kubernetes（k8s）是自動化容器操作的開源平臺，這些操作包括部署，排程和節點叢集間擴充套件。如果你曾經用過Docker容器技術部署容器，那麼可以將Docker看成Kubernetes內部使用的低階別元件。Kubernetes不僅僅支援Docker，還支援Rocket，這是另一種容器技術。
使用Kubernetes可以：

  • 自動化容器的部署和複製
  • 隨時擴充套件或收縮容器規模
  • 將容器組織成組，並且提供容器間的負載均衡
  • 很容易地升級應用程式容器的新版本
  • 提供容器彈性，如果容器失效就替換它，等等…

實際上，使用Kubernetes只需一個部署檔案，使用一條命令就可以部署多層容器（前端，後臺等）的完整叢集：

 kubectl create -f single-config-file.yaml

kubectl是和Kubernetes API互動的命令列程式。現在介紹一些核心概念。

叢集

叢集是一組節點，這些節點可以是物理伺服器或者虛擬機器，之上安裝了Kubernetes平臺。下圖展示這樣的叢集。注意該圖為了強調核心概念有所簡化。這裡可以看到一個典型的Kubernetes架構圖。

1.png

上圖可以看到如下元件，使用特別的圖示表示Service和Label：

  • Pod
  • Container（容器）
  • Label( label )（標籤）
  • Replication Controller（複製控制器）
  • Service（enter image description here * Node（節點）
  • Kubernetes Master（Kubernetes主節點）

Pod

Pod（上圖綠色方框）安排在節點上，包含一組容器和卷。同一個Pod裡的容器共享同一個網路名稱空間，可以使用localhost互相通訊。Pod是短暫的，不是持續性實體。你可能會有這些問題：

  • 如果Pod是短暫的，那麼我怎麼才能持久化容器資料使其能夠跨重啟而存在呢？ 是的，Kubernetes支援卷的概念，因此可以使用持久化的卷型別。
  • 是否手動建立Pod，如果想要建立同一個容器的多份拷貝，需要一個個分別建立出來麼？可以手動建立單個Pod，但是也可以使用Replication Controller使用Pod模板建立出多份拷貝，下文會詳細介紹。
  • 如果Pod是短暫的，那麼重啟時IP地址可能會改變，那麼怎麼才能從前端容器正確可靠地指向後臺容器呢？這時可以使用Service，下文會詳細介紹。

Lable

正如圖所示，一些Pod有Label（enter image description here

）。一個Label是attach到Pod的一對鍵/值對，用來傳遞使用者定義的屬性。比如，你可能建立了一個”tier”和“app”標籤，通過Label（tier=frontend, app=myapp）來標記前端Pod容器，使用Label（tier=backend, app=myapp）標記後臺Pod。然後可以使用Selectors選擇帶有特定Label的Pod，並且將Service或者Replication Controller應用到上面。

Replication Controller

是否手動建立Pod，如果想要建立同一個容器的多份拷貝，需要一個個分別建立出來麼，能否將Pods劃到邏輯組裡？

Replication Controller確保任意時間都有指定數量的Pod“副本”在執行。如果為某個Pod建立了Replication Controller並且指定3個副本，它會建立3個Pod，並且持續監控它們。如果某個Pod不響應，那麼Replication Controller會替換它，保持總數為3.如下面的動畫所示：

2.gif

如果之前不響應的Pod恢復了，現在就有4個Pod了，那麼Replication Controller會將其中一個終止保持總數為3。如果在執行中將副本總數改為5，Replication Controller會立刻啟動2個新Pod，保證總數為5。還可以按照這樣的方式縮小Pod，這個特性在執行滾動升級時很有用。

當建立Replication Controller時，需要指定兩個東西：

  1. Pod模板：用來建立Pod副本的模板
  2. Label：Replication Controller需要監控的Pod的標籤。

現在已經建立了Pod的一些副本，那麼在這些副本上如何均衡負載呢？我們需要的是Service。

Service

如果Pods是短暫的，那麼重啟時IP地址可能會改變，怎麼才能從前端容器正確可靠地指向後臺容器呢？

Service是定義一系列Pod以及訪問這些Pod的策略的一層抽象。Service通過Label找到Pod組。因為Service是抽象的，所以在圖表裡通常看不到它們的存在，這也就讓這一概念更難以理解。

現在，假定有2個後臺Pod，並且定義後臺Service的名稱為‘backend-service’，lable選擇器為（tier=backend, app=myapp）。backend-service 的Service會完成如下兩件重要的事情：

  • 會為Service建立一個本地叢集的DNS入口，因此前端Pod只需要DNS查詢主機名為 ‘backend-service’，就能夠解析出前端應用程式可用的IP地址。
  • 現在前端已經得到了後臺服務的IP地址，但是它應該訪問2個後臺Pod的哪一個呢？Service在這2個後臺Pod之間提供透明的負載均衡，會將請求分發給其中的任意一個（如下面的動畫所示）。通過每個Node上執行的代理（kube-proxy）完成。這裡有更多技術細節。

下述動畫展示了Service的功能。注意該圖作了很多簡化。如果不進入網路配置，那麼達到透明的負載均衡目標所涉及的底層網路和路由相對先進。如果有興趣，這裡有更深入的介紹。

3.gif

有一個特別型別的Kubernetes Service，稱為`LoadBalancer`，作為外部負載均衡器使用，在一定數量的Pod之間均衡流量。比如，對於負載均衡Web流量很有用。

Node

節點（上圖橘色方框）是物理或者虛擬機器器，作為Kubernetes worker，通常稱為Minion。每個節點都執行如下Kubernetes關鍵元件：

  • Kubelet：是主節點代理。
  • Kube-proxy：Service使用其將連結路由到Pod，如上文所述。
  • Docker或Rocket：Kubernetes使用的容器技術來建立容器。

Kubernetes Master

叢集擁有一個Kubernetes Master（紫色方框）。Kubernetes Master提供叢集的獨特視角，並且擁有一系列元件，比如Kubernetes API Server。API Server提供可以用來和叢集互動的REST端點。master節點包括用來建立和複製Pod的Replication Controller。

下一步

現在我們已經瞭解了Kubernetes核心概念的基本知識，你可以進一步閱讀Kubernetes 使用者手冊。使用者手冊提供了快速並且完備的學習文件。
如果迫不及待想要試試Kubernetes，可以使用Google Container Engine。Google Container Engine是託管的Kubernetes容器環境。簡單註冊/登入之後就可以在上面嘗試示例了。


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