K8s系統特點
- 可移植：支援公有云、私有云、混合雲、多重雲。
- 可擴充套件：模組化、外掛化、可掛載、可組合。
- 自動化：自動部署、自動重啟、自動複製、自動伸縮/擴充套件。
1.1 K8s發展歷史
- 2003-2004年：Google釋出Brog系統
- 2013年左右：Google繼Brog系統釋出Omega叢集管理系統
- 2014年左右：Google釋出了K8s（作為Brog的開源版本釋出）
- 2015年左右：Google正式釋出K8s1.0，並與Linux基金會合作組建了CNCF
- 2016年左右：K8s成為主流
- 2017年左右：Google和IBM釋出微服務框架Istio，Amazon宣佈為K8s提供彈性容器服務，年底K8s1.9釋出
- 2018年左右：K8s1.10釋出
1.2 K8s架構圖
K8s系統用於給管理分散式節點叢集中的微服務或容器化應用程式，並且其提供了零停機時間部署、自動回滾、縮放和容器的自愈（其中包括自動配置、自動重啟、自動複製的高彈性基礎設施，以及容器的自動縮放等）等功能。
- K8s系統最重要的設計之一：橫向擴充套件，即調整應用程式的副本數提高可用性
K8s遵循微服務架構模式的程式，具有彈性、可觀察性和管理功能，適應雲平臺需求。
K8s系統架構遵循C/S架構，分為兩部分：
- Master（服務端）
- Node（客戶端）
可具有多個Master實現高可用，預設情況下一個master可完成所有工作
Master服務端
同時被稱為主控節點，在叢集中主要負責如下任務：
- 叢集的“大腦”，負責管理所有節點（Node）。
- 負責排程Pod在哪些節點上執行。
- 負責控制叢集執行過程中的所有狀態。
叢集所執行的所有控制命令都是Master接收並處理。
Node客戶端
同時被稱為工作節點，在叢集中主要負責如下任務：
- 負責管理所有Container。
- 負責監控/上報所有Pod的執行狀態。
Master元件包含如下：
kube-apiserver：叢集的HTTP REST API介面，是叢集控制的入口。kube-controller-manager：叢集中所有資源物件的自動化控制中心。kube-scheduler：叢集中Pod資源物件的排程服務。
Node元件包含如下：
kubelet：負責管理節點上容器的建立、刪除、啟停等任務，與Master進行通訊。kube-proxy：負責K8s服務的通訊及負載均衡服務。container：負責容器的基礎管理服務，接收Kubelet元件的指令。
1.3 K8s各元件功能
kubectl
- 官方提供的CLI
與K8s API Server（kube-apiserver）進行互動，通訊協議使用HTTP/JSON。
client-go
- 程式設計的方式進行通訊互動
K8s系統的其他元件和K8s API Server通訊的方式也基於client-go實現。
熟練使用並掌握
client-go是每個K8s開發者必備的技能。
kube-apiserver
也被稱為 Kubernetes API Server。
負責那個K8s“資源組/資源版本/資源”以RESTful風格的形式對外暴露並提供服務。K8s叢集中的所有元件都通過此元件操作資源物件。也是唯一與Etcd叢集進行互動的核心元件。
Etcd叢集時分散式鍵值儲存叢集，也提供了可靠的強一致性服務發現。儲存了K8s系統叢集的狀態和後設資料。
kube-apiserver具有以下重要特性：
- 將系統中的所有資源物件都封裝成RESTful風格的API介面進行管理。
- 可進行叢集狀態管理和資料管理，是唯一與Etcd叢集互動的元件。
- 擁有豐富的叢集安全訪問機制，以及認證、授權及准入控制器。
- 提供了叢集各元件的通訊和互動功能。
kube-controller-manager
也被稱為Controller Manager（管理控制器），負責管理叢集中的Node、Pod副本、Service、Endpoint、Namespace、ServiceAccount、ResourceQuota等。
負責確保系統的實際狀態收斂到所需狀態，其預設是提供了一些控制器。
具備高可用性，即基於Etcd叢集上的分散式鎖實現領導者選舉機制，多例項同時執行，通過kube-apiserver提供的資源鎖進行選舉競爭。
即Raft協議中的領導者選舉機制，需要了解Leader、Candidate兩個節點角色。
kube-scheduler
也被稱為排程器，目前是K8s叢集的預設排程器。負責在叢集中為一個Pod資源物件找到合適的節點並在該節點上執行
每次只排程一個Pod資源物件，其尋找節點的過程是一個排程週期。
監控整個叢集的Pod資源物件和Node資源物件，當監控到新的Pod資源物件時，通過排程演算法為其選擇最優節點。
排程演算法分為兩種，預選排程演算法和優選排程演算法。除排程策略外，K8s支援優先順序排程、搶佔機制及親和性排程等功能。
支援高可用性，即上面我們所提到的領導者選舉機制。
kubelet
用於管理節點，執行在每個節點上。用來接收、處理、上報Kube-apiserver元件下發的任務。
負責所有Node上的Pod資源物件的管理。
定期監控所在Node的資源使用狀態並上報給kube-apiserver元件，可幫助kube-scheduler排程器為Pod資源物件預選節點。
對所在節點的映象和容器做清理工作。
其實現了三種開放介面：
- Container Runtime Interface：簡稱CRI，提供容器執行時通用外掛介面服務。CRI定義了容器和映象服務的介面。
- Container Nerwork Interface：簡稱CNI，提供網路通用外掛介面服務。CNI定義了K8s網路外掛的基礎。
- Container Storage Interface：簡稱CSI，提供儲存通用外掛介面服務。CRI定義了容器儲存卷標準規範。
kube-proxy
作為節點上的網路代理，監控kube-apiserver的服務和端點資源變化，並通過iptables/ipvs等配置負載均衡器，為以一組Pod提供統一的TCP/UDP流量轉發和負載均衡功能。
- Kube-proxy是參與管理Pod-to-Service和External-to-Service網路的最重要的節點元件之一。
其代理只向K8s服務及其後端Pod發出請求。
1.4 Kubernetes Project Layout設計
Kubernetes專案由Go語言編寫。
而Go語言的Standard Go Project Layout也就成為該專案的參考目錄結構。
詳細資訊可檢視Standard Go Project Layout
K8s系統元件較多，各元件的程式碼入口main結構設計風格高度一致，我們以核心元件為例，命令示例如下：
每個元件的初始化過程也非常類似，初始化過程示意圖如圖所示。
main結構定義了程式執行的週期，包括程式啟動、執行到退出的過程。以kube-apiserver元件為例，其初始化過程如圖所示。
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