k8s從入門到放棄(1)：介紹&上手

Lumin發表於2019-03-08

K8S

前言：服務網格演變史

還記得17年的夏天，我第一次接觸docker，立刻就被容器化的新穎理念以及它帶來的種種優勢所震撼了

容器化帶給業界的衝擊是巨大的，不到短短一年的時間裡，容器化的部署和運維就已經徹底替代傳統機器部署成為了主流，同時docker也為服務端的發展形態帶來了非常多的可能性，使得“微服務”這一架構如雨後春筍般生長起來，迅速成熟

當服務的載體由虛擬機器器變為容器後，部署和運維的粒度更小了，但從巨集觀的角度來看，一個完整的服務系統變得更加零碎和複雜了 —— 數量眾多的微服務以及承載他們的容器交織成一張脈絡複雜的巨網，如何對這樣龐大的系統進行管理便成為一個難題

那一年，k8s還沒有“爆紅”，談到容器管理，人們的第一反應仍然是docker官方團隊著名的“三劍客”：

docker-machine提供底層的跨平臺虛擬

docker-compose解決複雜服務的自動部署

docker-swarm實現大型叢集的管理

一切看起來都很美妙，直到半路殺出google孕育的k8s，以其強大的功能和扁平易用的管理方式一統江湖，2018年我們幾乎再也看不到三劍客的身影，k8s和lstio以及它們所帶來的“服務網格”正在成為雲原生時代新的基礎設施，越來越多的大型系統開始在雲上構建和部署

作為一個工程師，應當有意識的去了解自己服務究竟生長在什麼樣的一片土壤上，這也正是本次開坑學習k8s的原因

整體概覽

什麼是k8s?

Kubernetes是一個用於容器叢集的自動化部署、擴容以及運維的開源平臺。

k8s誕生的目的

k8s孕育的初衷是培育出一個元件及工具的生態，幫助大家減輕在公有云及私有云上執行應用的負擔，換言之，使得大型分散式應用的構建和運維變得更加簡單（當然，越簡單的表面意味著越複雜的內部細節）。

整體架構圖

下面逐步展開介紹各個元件

元件一覽

參考文章

Node: 硬體節點

Node是k8s中最小的計算硬體單元，它類似於傳統叢集中單臺機器的概念，是對硬體物理資源的一層抽象，它可以是真實機房的物理機器，又或者是雲平臺上的ECS，甚至可以是邊緣計算的一個終端。

無論如何，藉助Node的抽象，我們可以把任何一臺機器簡單的看做是一組CPU和RAM資源的組合，從而達到解耦的效果

Cluster: 叢集

對於大型系統，我們往往不會把關注點放在單個機器上，而是聚焦更大粒度的叢集。

在k8s中，一般將叢集看做一個整體，而不關心內部節點的狀態，叢集內部狀態的調整將由k8s自動完成。

Persistent Volumes: 持久卷

考慮到叢集內部的節點始終在發生排程和變動，所以所有節點內部的檔案系統都是易失的，無法保證持久，為了解決這一問題，k8s引入了持久卷的概念，用於對映實際的物理儲存節點（雲盤或者是物理磁碟），它可以隨時被掛載到任何的叢集上去。

Container: 容器

容器是打包好的執行環境，這點無需再多贅述。值得一提的是k8s中的容器支援不僅僅包含了docker，還支援一些其他的容器標準

Pod

這是k8s區別於其他容器編排平臺的一個顯著特點：它不直接執行容器，而是執行一種稱為Pod的高階結構，裡面封裝了一系列相關的容器，並共享相同的namespace和網路。

Pod也是k8s進行服務編排和縮擴容的基本單位，這意味著Pod裡所有的容器都會被一併縮放(不管是否有必要)，因此定製Pod時應該使它的體積儘可能小一些。

另外還有一個和Pod相關的概念，就是副本集(Replica Sets)，它是指在擴容時產生的Pod的複製

我們可以把上面幾個邏輯概念的關係用下圖表示：

Deployment: 部署

deployment是用於管理pod的抽象層，它的定位類似於docker-compose。

k8s一個很巧妙的地方在於它把deployment層設計成“過程無關”的，你只需要宣告你所期望的最終狀態，k8s將會自動為你排程pod並保證它們滿足你的預期。

Ingress: 入口

當我們將整個系統以及其精巧的內部結構搭建起來後，我們仍然需要一個通道，使得它能夠真正地與外界溝通，這就是Ingress

HelloWorld

參考1| 參考2| 參考3

瞭解一門技術最快的方法就是用它寫一個Hello World，由於真實的k8s需要部署在較大規模的叢集上，普通的開發PC顯然不能達到這個需求，所以使用官方提供的本地實驗環境工具minikube來做嘗試

(以下實踐均執行在OSX 10.11環境下)

準備

首先需要安裝minikube + kubectl，因為minikube需要docker作為底層支援，所以你還需要先提前安裝好docker，docker的安裝就不多贅述了，這裡說下如何在國內環境安裝另外兩個重要的元件：

kubectl的安裝：

    wget https://storage.googleapis.com/kubernetes- 
    release/release/v1.5.1/bin/darwin/amd64/kubectl
    chmod +x kubectl
    mv kubectl /usr/local/bin/kubectl
複製程式碼

minikube的安裝：

首先需要安裝VirtualBox作為底層的driver，然後從命令列安裝。這裡用的是阿里雲在國內的源，所以會比brew快很多

curl -Lo minikube http://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/minikube/releases/v0.30.0/minikube-darwin-amd64 && chmod +x minikube && sudo mv minikube /usr/local/bin/
複製程式碼

安裝完畢後可以啟動k8s環境了，命令列執行minikube start，可以看到它會自動更新和下載一些元件（這個過程可能會持續幾分鐘）

啟動完畢後執行minikube ssh進入minikube的虛擬機器內部，執行docker ps檢視所有的元件容器是否啟動成功

如果沒有問題退出登入，在外部執行minikube dashboard即可在瀏覽器啟動控制檯，到這裡k8s的實驗環境就已經搭建完畢了

部署應用

k8s環境啟動後，就可以開始部署應用和服務了。首先我們需要一個可用的應用映象，這裡用我自己打包好的一個簡單的Http Hello World服務映象來做示範（映象地址：registry.cn-qingdao.aliyuncs.com/gold-faas/gold-rest-demo:1.0）

接下來第一步就是建立Deployment，它將負責建立和更新我們的應用例項，並且持續監控應用的狀態。

使用kubectl來建立一個deployment:

kubectl run helloworld --image=registry.cn-qingdao.aliyuncs.com/gold-faas/gold-rest-demo:1.0 --port=8080
複製程式碼

執行後master節點將會選擇一個合適的node來部署該應用（minikube環境下只有一個node），建立完成後可以使用kubectl get deployment來檢視該應用：

此時控制檯中也可以看到相應的部署：

訪問應用

應用部署好後，暫時還只能在內部訪問，我們可以進入pod內部來做一個測試：

可以看到服務已經在正常執行了，如果想要在外部的終端訪問，可以簡單的使用kubectl proxy來建立一個當前終端到k8s cluster的代理，然後來訪問我們的pod（可以先用kubectl get pod來檢視pod名）

代理啟動後在新終端通過restful api的方式就可以通過代理訪問到內部pod所提供的服務，restful的url模式如下：

/api/v1/namespace/{namespace}/pods/{name}/proxy/{path:*} 
複製程式碼

效果：

（這是k8s對外暴露的resftul api的一部分，是通過程式碼和網路手段控制k8s的重要手段，後面會再詳細展開講）

建立Service

上面使用proxy來訪問內部容器的方法更多適合在debug等場景下使用，當我們需要對外提供可用的真實服務時，需要更加可靠的手段，那就是Service，可以暫時把它理解為一個集合了負載均衡、服務發現等功能的外部服務入口（後面再詳細展開）。

如圖，一個Service可以對映多個Pod，為了把多個Pod在邏輯上組合起來，k8s又引入了Label的概念，簡單的說就是每個Pod上都可以打一個Label（標籤），具有相同Label的Pod就成為一個邏輯分組。Service就是通過Label Selector的方式來關聯多個Pod的，如下圖：