容器編排是管理容器應用的宣告式方法，確保程式在生產環境中正確部署和執行。Kubernetes作為目前領先的容器編排工具，透過1、叢集管理、2、排程和自動化、3、服務發現和負載均衡、4、儲存編排、5、自我修復、6、金鑰與配置管理等特性實現容器編排。尤其是排程和自動化部分，Kubernetes透過Pods、Services、Volumes以及Replication Controllers等抽象概念，能夠自動地部署和管理容器化應用，響應硬體故障和軟體故障，確保應用的高可用性與可伸縮性。
內容導覽
一、KUBERNETES是什麼
二、KUBERNETES如何工作
三、KUBERNETES的核心元件
四、POD：KUBERNETES排程的基本單位
五、SERVICE與負載均衡
六、REPLICATIONCONTROLLER與副本管理
七、DEPLOYMENT和有狀態的服務管理
八、安全與配置：SECRET和CONFIGMAP
九、持久化儲存與VOLUME
十、KUBERNETES的網路模型
一、KUBERNETES是什麼
Kubernetes，也稱為k8s，是一個開源的容器編排平臺，用於自動化應用程式容器的部署、擴充套件和操作。它將計算、儲存和網路資源抽象化並以一套API提供靈活的、可程式設計的使用者介面，大幅簡化了容器管理任務。
可以想象Kubernetes是容器世界的“空中交通管制員”，它負責確保所有容器根據管理員定義的規則，高效、穩定地在叢集中執行。
二、KUBERNETES如何工作
為了實現容器編排，Kubernetes引入了一系列的邏輯概念和物件。它使用API Server來提供操作的前端，使用者和程式透過API與叢集互動。
它的工作流程可以簡化為以下步驟：
– 使用者編寫配置檔案，定義如何部署和管理容器化應用。
– 這些配置被提交到API Server。
– 排程器根據定義的配置指示合適的節點部署容器。
– 一旦容器啟動，Kubernetes的控制平面將不斷監控它們的狀態，確保其符合使用者定義的期望狀態。
三、KUBERNETES的核心元件
Kubernetes的架構可以分為Master節點和Worker節點。以下是幾個關鍵的元件：
MASTER NODE包括以下核心元件：
– API SERVER 是叢集的控制中心，負責Kubernetes API的釋出和處理使用者請求。
– ETCD 是一個高可用的鍵值儲存，用於儲存叢集狀態。
– SCHEDULER 負責決定Pod在哪些節點上執行。
– CONTROLLER MANAGER 負責執行控制器程序。
WORKER NODE包括以下核心元件：
– KUBELET 一個執行在節點上的代理，確保容器以Pod為單位執行。
– KUBE-PROXY 維護節點上網路規則，允許網路通訊到對應的Pod。
– CONTAINER RUNTIME 如Docker，負責執行容器。
四、POD：KUBERNETES排程的基本單位
Pod是Kubernetes建立和管理的最小單位，代表著叢集中執行的程序。它是構成應用程式的一組容器的封裝，其中每個Pod都有自己的IP地址，容器共享相同的網路空間和儲存資源。這種設計意味著位於同一個Pod中的容器能夠無需任何特殊配置便能相互通訊。Pod是臨時性的，它們可以被部署、銷燬、複製和重新部署到叢集中的任何節點。
五、SERVICE與負載均衡
在Kubernetes中，Service是定義一組Pod訪問策略的抽象概念，它允許外部訪問Pod群。Service可以提供負載均衡，併為一組Pod分配一個單一的穩定的IP地址和主機名，即使這些Pod的位置或數量發生了變化，外部服務也可以不受影響地進行訪問。利用Service，可以將Pod視為無狀態的，服務總是透過Service提供給使用者。
六、REPLICATIONCONTROLLER與副本管理
ReplicationController是確保Pod的副本數量始終符合使用者定義的期望值的資源物件。例如，如果一個Pod由於某種原因失敗了，ReplicationController會自動建立一個新的替代例項。同樣的，它也可以負責擴充套件或縮減系統的副本數量，使得服務能夠根據負載進行響應。
七、DEPLOYMENT和有狀態的服務管理
Deployment提供了宣告式的更新能力，它允許使用者描述一個期望的狀態，在系統的實際狀態不符合期望的情況下，Kubernetes會自動進行更改以達到期望狀態。這涵蓋了Pod和ReplicaSet的建立、刪除以及滾動更新。Deployment是管理無狀態服務的首選方法。針對有狀態服務，Kubernetes提供了StatefulSet資源型別，它保證了Pod的順序和唯一性。
八、安全與配置：SECRET和CONFIGMAP
為了處理諸如密碼、OAuth令牌、SSH金鑰等敏感資訊，Kubernetes引入了Secret物件。ConfigMap則用於儲存非敏感資料，如環境變數、配置檔案等。它們都可以在Pod的生命週期中動態地供容器使用，以保證配置資訊的安全性和靈活性。
九、持久化儲存與VOLUME
Kubernetes透過Volume抽象來支援容器的儲存需求。Volume可以由不同型別的儲存後端提供，能跨Pod重啟保留資料。Kubernetes還支援PersistentVolume（PV）和PersistentVolumeClaim（PVC），這種方式允許使用者宣告儲存資源的用途，而不必關心底層儲存的物理管理。
十、KUBERNETES的網路模型
Kubernetes採用扁平化網路模型，其中所有Pod都分配有唯一的IP地址，Pod之間以及Pod與服務之間均可相互通訊，無需NAT。這為跨Pod通訊提供了便利，使網路配置更為簡單高效。網路策略還可以用於控制哪些Pod可以相互通訊，以加強叢集的安全性。
總的來說，Kubernetes透過強大的容器編排能力，提高了可靠性、靈活性和擴充套件性，極大地簡化了容器管理和DevOps的工作。
相關問答FAQs：容器編排是什麼，為什麼容器編排工具如Kubernetes如此受歡迎？
容器編排是指自動化管理、部署和操作容器化應用程式的過程。它可以幫助使用者在大規模容器化環境中管理和協調大量容器例項，以便更高效地利用資源並確保應用程式的穩定性和可靠性。Kubernetes作為領先的容器編排工具之一，受歡迎的原因包括其強大的自動化能力、靈活的部署選項、可擴充套件性和社群支援。
Kubernetes是如何實現容器編排的？
Kubernetes透過一系列核心功能來實現容器編排。它利用Pod作為最小部署單元，將容器組合成一個邏輯單元，從而更輕鬆地管理多個容器。Kubernetes提供了自動擴充套件和負載均衡功能，使得叢集中的應用可以根據負載自動調整容器數量。另外，Kubernetes還提供了強大的服務發現和負載均衡機制，使得應用能夠自動發現其他服務並進行通訊。
Kubernetes如何確保容器的高可用性和穩定性？
Kubernetes在保證容器的高可用性和穩定性方面有多個機制。例如，它提供了健康檢查機制，能夠監控容器的狀態並進行自動恢復。此外，Kubernetes的故障轉移功能可以在容器失敗時自動重新排程到健康的節點上，從而確保應用的連續可用性。另外，Kubernetes還支援滾動更新，可以在不停機的情況下對應用程式進行更新，以減少對使用者的影響。