- 1.Kubernetes 概述
- 2.K8s的架構
- （1）Master 節點的元件
- （1）Kube-apiserver
- （2）Kube-controller-manager
- （3）Kube-scheduler
- （4）Etcd
- （2）worker node 節點的元件
- （1）Kubelet
- （2）Kube-Proxy
- （3）Container Runtime容器執行時/容器引擎
- （3）Kubernetes工作流程
- （1）Master 節點的元件
- 3.K8S資源物件
- （1）Pod
- （2）Pod 控制器
- （1）deployment
- （2）statefulset
- （3）daemonset
- （4）job
- （5）cronjob
- （3）service
- （4）ingress
- （5）volume
- （6）Name
- （7）namespace
- （8）label
- （9）label selector
- （10）annotation
K8S 的全稱為 Kubernetes (K12345678S)，PS：“嘛，寫全稱也太累了吧，不如整個縮寫”。
1.Kubernetes 概述
Google旗下的容器跨主機編排工具，佔據了80%以上的市場份額，已經成為容器編排工具的事實標準
作用：
用於自動部署、擴充套件和管理“容器化（containerized）應用程式”的開源系統。
可以理解成 K8S 是負責自動化運維管理多個容器化程式（比如 Docker）的叢集，是一個生態極其豐富的容器編排框架工具。
由來：
K8S由google的Borg系統(博格系統，google內部使用的大規模容器編排工具)作為原型，後經GO語言延用Borg的思路重寫並捐獻給CNCF基金會開源。
官網：
https://kubernetes.io
GitHub：
https://github.com/kubernetes/kubernetes
K8S是一款強大的容器編排平臺，可以幫助企業實現容器化的業務部署和管理，提升效率和可靠性。
K8S是一個容器叢集管理系統，在Docker等容器技術的基礎上，為容器化的應用提供部署執行、資源排程、服務發現和動態伸縮等一系列完整功能，提高了大規模容器叢集管理的便捷性。
K8S 的特點包括：
●自動化管理：大大減少了人工干預，提高了應用部署和管理的效率。
●彈性伸縮：能夠根據負載自動調整容器的副本數量，實現資源的高效利用。
●高可用性：透過副本和故障轉移機制，確保應用的持續可用。
●負載均衡：可以在多個節點上自動分配負載，實現負載均衡。
●跨平臺支援：可以在不同的基礎設施上執行，包括物理機、虛擬機器和雲平臺。
2.K8s的架構
k8s有 master 和 worker node 兩類節點
（1）Master 節點的元件
負責K8S叢集的管理和資源排程等運維工作
（1）Kube-apiserver
是所有服務請求的統一訪問入口，負責接收、驗證和轉發請求
工作原理：
1）API Server 監聽特定的埠，接收來自客戶端的 HTTP 請求。
2）對請求進行認證和授權，確保只有合法的使用者能夠執行相應的操作。
3）驗證請求中的資料格式和內容是否合法。
4）將請求中的資訊儲存到 Etcd 中，並更新叢集的狀態。
5）提供其他模組之間的資料互動和通訊的樞紐（其他模組透過API Server查詢或修改資料，只有API Server才直接操作etcd）。
（2）Kube-controller-manager
控制器管理器，負責管理K8S各種資源物件的控制器；並透過apiserver監控整個K8S叢集的資源狀態，並確保資源始終處於預期的工作狀態
| 常見的控制器 | |
|---|---|
| Node Controller（節點控制器） | 負責在節點出現故障時發現和響應 |
| Replication Controller（副本控制器） | 負責保證叢集中一個 RC（資源物件 Replication Controller）所關聯的 Pod 副本數始終保持預設值。可以理解成確保叢集中有且僅有 N 個 Pod 例項，N 是 RC 中定義的 Pod 副本數量 |
| Endpoints Controller（端點控制器） | 填充端點物件（即連線 Services 和 Pods），負責監聽 Service 和對應的 Pod 副本的變化。 可以理解端點是一個服務暴露出來的訪問點，如果需要訪問一個服務，則必須知道它的 endpoint |
| Service Account & Token Controllers（服務帳戶和令牌控制器） | 為新的名稱空間建立預設帳戶和 API 訪問令牌 |
| ResourceQuota Controller（資源配額控制器） | 確保指定的資源物件在任何時候都不會超量佔用系統物理資源 |
| Namespace Controller（名稱空間控制器） | 管理 namespace 的生命週期 |
| Service Controller（服務控制器） | 屬於 K8S 叢集與外部的雲平臺之間的一個介面控制器 |
工作原理：
1）透過 API Server 定期獲取資源的狀態資訊。
2）根據資源的定義和當前狀態，計算出期望的狀態。
3）如果當前狀態與期望狀態不一致，控制器會採取相應的行動，例如建立、刪除或更新資源。
（3）Kube-scheduler
資源排程器，負責Pod資源的排程，透過排程演算法（預選/優選策略）為待部署的Pod選擇最適合的node節點
•預選策略（predicate）：過濾不符合條件的節點
•優選策略（priorities）：優先順序排序，選擇優先順序最高的節點
工作原理：
1）從 API Server 獲取尚未分配到節點的 Pod 資訊。
2）根據 Pod 的資源需求和節點的可用資源，篩選出符合條件的節點。
3）為符合條件的節點計算優先順序，考慮因素包括節點的負載、親和性和反親和性等。
4）選擇優先順序最高的節點，並將 Pod 排程到該節點上。
（4）Etcd
K8S叢集的資料庫，是一種鍵值對儲存結構的分散式資料庫，負責儲存K8S叢集所有配置和狀態資訊，僅apiserver擁有訪問和讀寫許可權
工作原理：
1）將K8S叢集的配置資料、資源物件的定義和狀態等以鍵值對的形式儲存。
2）透過 Raft 一致性演算法確保資料的一致性和可靠性。
3）在多個Etcd節點之間同步資料，以實現高可用性。
（2）worker node 節點的元件
負責執行工作負載，即容器應用
（1）Kubelet
接收apiserver的指令，建立和管理Pod及其容器的生命週期；定期收集節點的資源使用情況，並上報給apiserver
工作原理：
1）向 API Server 註冊所在節點的資訊，包括節點的資源容量和狀態。
2）根據 API Server 的指令，啟動、停止和監控 Pod 中的容器。
3）定期收集節點的資源使用情況，並上報給 API Server。
（2）Kube-Proxy
負責實現Pod網路代理，維護網路規則和四層負載均衡
工作原理：
1）監聽 API Server 中 service 資源物件的定義和更新。
2）根據 service 的定義，在節點上配置網路規則，實現請求的分發和負載均衡。
3）定期檢查後端 Pod 的健康狀況，確保服務的可用性。
（3）Container Runtime容器執行時/容器引擎
執行容器
工作原理：
1）根據 Pod 中容器的定義，從映象倉庫拉取所需的映象。
2）建立和啟動容器，並配置相應的網路和儲存。
3）實現容器之間的資源隔離和限制，確保每個容器都能獲得所需的資源。
（3）Kubernetes工作流程
（1）使用者透過客戶端傳送建立Pod的請求給apiserver
（2）apiserver接收到請求並進行認證後，將請求資訊儲存到etcd中
（3）controller-manager透過list-watch監聽到apiserver的指令後，會根據請求資訊中的資料配置模板建立Pod資源
（4）scheduler也透過list-watch監聽到apiserver的指令後，開始排程新建立的Pod，會根據排程演算法的預選策略和優選策略選擇出最適合的node節點來部署Pod
（5）node節點上的kubelet透過list-watch監聽到apiserver的指令後，會在指定的節點上建立Pod，並管理其容器的生命週期
（6）使用者還可以透過apiserver在kube-proxy上配置相應的網路規則，實現Pod網路代理和負載均衡
3.K8S資源物件
（1）Pod
是K8S能夠建立和管理的最小單元。一個Pod裡可以包含一個或多個應用容器，同一個Pod裡的容器之間共享網路、儲存等資源（容器之間可以透過localhost相互訪問，還可以共享Pod的儲存卷）
（2）Pod 控制器
（1）deployment
部署無狀態應用（沒有實時資料需要儲存）；同時也負責管理replicase（維持Pod副本數量始終符合預期狀態）和Pod（容器化的應用程式）
（2）statefulset
部署有狀態應用（有實時資料需要儲存）
（3）daemonset
在每個node節點上都部署一個Pod副本
（4）job
一次性的部署短期任務的Pod（執行完任務後會自動退出）
（5）cronjob
週期性的部署短期任務的Pod（執行完任務後會自動退出）
（3）service
在K8S叢集內部，為透過標籤選擇器相關聯的一組Pod提供一個統一的訪問入口（clusterIP）和負載均衡（只支援四層）
service 透過標籤選擇器關聯Pod的標籤，從而自動發現相關聯Pod的端點（Pod的IP和埠）
（4）ingress
作為K8S叢集外部的訪問入口，可定義ingress規則根據不同的域名或URL路徑繫結並轉發請求給指定的service，支援七層負載均衡
（5）volume
Pod中容器可以訪問的檔案系統
（6）Name
資源名稱
由於 K8S 內部，使用 “資源” 來定義每一種邏輯概念（功能），所以每種 “資源”，都應該有自己的 “名稱”。
| K8S資源配置資訊 | |
|---|---|
| apiversion | 指定資源物件使用的api介面版本 |
| kind | 指定資源物件的型別 |
| metadata | 指定資源物件的後設資料資訊，比如name(資源名稱)、namespace(名稱空間)、annotation(註釋)、label(標籤) |
| spec | 指定資源物件的配置屬性，比如副本數、映象、網路模式、儲存卷 |
| status | 資源物件在當前的執行狀態資訊 |
（7）namespace
名稱空間，用於隔離資源名稱的。在同一個名稱空間中，同型別的資源名稱是唯一的
（8）label
標籤，將一個或多個鍵值對標識關聯到某個資源物件，用於對資源物件進行分組
（9）label selector
標籤選擇器，用於查詢和篩選擁有指定標籤的資源物件
標籤選擇器目前有兩種：基於等值關係（等於、不等於）和基於集合關係（屬於、不屬於、存在）。
（10）annotation
註釋，用於資源物件的註釋資訊；還可以用於開啟一些特殊資源物件的功能特性
有效的標籤值必須為63個字元或更少，並且必須為空或以字母數字字元（[a-z0-9A-Z]）開頭和結尾，中間可以包含橫槓（-）、下劃線（_）、點（.）和字母或數字。註釋值則沒有字元長度限制。