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Kubernetes學(xué)習(xí)筆記（一） 博客分類： Kubernetes

導(dǎo)語

2015年4月，傳聞已久的Borg論文伴隨Kubernetes的高調(diào)宣傳被谷歌首次公開；?
Kubernetes是一個完備的分布式系統(tǒng)支撐平臺，具有完備的集群管理能力，包括多層次的安全防護(hù)和準(zhǔn)入機(jī)制、多租戶應(yīng)用支撐能力、透明的服務(wù)注冊和服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制、內(nèi)建智能負(fù)載均衡器、強(qiáng)大的故障發(fā)現(xiàn)和自我修復(fù)能力、服務(wù)滾動升級和在線擴(kuò)容能力、可擴(kuò)展的資源自動調(diào)度機(jī)制，以及多粒度的資源配額管理能力。同時，Kubernetes還提供了完善的管理工具，這些工具涵蓋了包括開發(fā)、部署測試、運(yùn)維監(jiān)控在內(nèi)的各個環(huán)節(jié)。因此，Kubernetes是一個全新的基于容器技術(shù)的分布式架構(gòu)解決方案，并且是一個一站式的完備的分布式系統(tǒng)開發(fā)和支撐平臺。

一、核心概念

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1、Node

Node作為集群中的工作節(jié)點(diǎn)，運(yùn)行真正的應(yīng)用程序，在Node上Kubernetes管理的最小運(yùn)行單元是Pod。Node上運(yùn)行著Kubernetes的Kubelet、kube-proxy服務(wù)進(jìn)程，這些服務(wù)進(jìn)程負(fù)責(zé)Pod的創(chuàng)建、啟動、監(jiān)控、重啟、銷毀、以及實現(xiàn)軟件模式的負(fù)載均衡。

Node包含的信息：

• Node地址：主機(jī)的IP地址，或Node ID。
• Node的運(yùn)行狀態(tài)：Pending、Running、Terminated三種狀態(tài)。
• Node Condition：…
• Node系統(tǒng)容量：描述Node可用的系統(tǒng)資源，包括CPU、內(nèi)存、最大可調(diào)度Pod數(shù)量等。
• 其他：內(nèi)核版本號、Kubernetes版本等。

查看Node信息：

kubectl describe node

2、Pod

Pod是Kubernetes最基本的操作單元，包含一個或多個緊密相關(guān)的容器，一個Pod可以被一個容器化的環(huán)境看作應(yīng)用層的“邏輯宿主機(jī)”；一個Pod中的多個容器應(yīng)用通常是緊密耦合的，Pod在Node上被創(chuàng)建、啟動或者銷毀；每個Pod里運(yùn)行著一個特殊的被稱之為Pause的容器，其他容器則為業(yè)務(wù)容器，這些業(yè)務(wù)容器共享Pause容器的網(wǎng)絡(luò)棧和Volume掛載卷，因此他們之間通信和數(shù)據(jù)交換更為高效，在設(shè)計時我們可以充分利用這一特性將一組密切相關(guān)的服務(wù)進(jìn)程放入同一個Pod中。

同一個Pod里的容器之間僅需通過localhost就能互相通信。

一個Pod中的應(yīng)用容器共享同一組資源：

• PID命名空間：Pod中的不同應(yīng)用程序可以看到其他應(yīng)用程序的進(jìn)程ID；
• 網(wǎng)絡(luò)命名空間：Pod中的多個容器能夠訪問同一個IP和端口范圍；
• IPC命名空間：Pod中的多個容器能夠使用SystemV IPC或POSIX消息隊列進(jìn)行通信；
• UTS命名空間：Pod中的多個容器共享一個主機(jī)名；
• Volumes（共享存儲卷）：Pod中的各個容器可以訪問在Pod級別定義的Volumes；

Pod的生命周期通過Replication Controller來管理；通過模板進(jìn)行定義，然后分配到一個Node上運(yùn)行，在Pod所包含容器運(yùn)行結(jié)束后，Pod結(jié)束。

Kubernetes為Pod設(shè)計了一套獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)配置，包括：為每個Pod分配一個IP地址，使用Pod名作為容器間通信的主機(jī)名等。

3、Service

在Kubernetes的世界里，雖然每個Pod都會被分配一個單獨(dú)的IP地址，但這個IP地址會隨著Pod的銷毀而消失，這就引出一個問題：如果有一組Pod組成一個集群來提供服務(wù)，那么如何來訪問它呢？Service！

一個Service可以看作一組提供相同服務(wù)的Pod的對外訪問接口，Service作用于哪些Pod是通過Label Selector來定義的。

• 擁有一個指定的名字（比如my-mysql-server）；
• 擁有一個虛擬IP（Cluster IP、Service IP或VIP）和端口號，銷毀之前不會改變，只能內(nèi)網(wǎng)訪問；
• 能夠提供某種遠(yuǎn)程服務(wù)能力；
• 被映射到了提供這種服務(wù)能力的一組容器應(yīng)用上；

如果Service要提供外網(wǎng)服務(wù)，需指定公共IP和NodePort，或外部負(fù)載均衡器；

NodePort?
系統(tǒng)會在Kubernetes集群中的每個Node上打開一個主機(jī)的真實端口，這樣，能夠訪問Node的客戶端就能通過這個端口訪問到內(nèi)部的Service了

4、Volume

Volume是Pod中能夠被多個容器訪問的共享目錄。

5、Label

Label以key/value的形式附加到各種對象上，如Pod、Service、RC、Node等，以識別這些對象，管理關(guān)聯(lián)關(guān)系等，如Service和Pod的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

6、RC（Replication Controller）

• 目標(biāo)Pod的定義；
• 目標(biāo)Pod需要運(yùn)行的副本數(shù)量；
• 要監(jiān)控的目標(biāo)Pod標(biāo)簽（Lable）；

Kubernetes通過RC中定義的Lable篩選出對應(yīng)的Pod實例，并實時監(jiān)控其狀態(tài)和數(shù)量，如果實例數(shù)量少于定義的副本數(shù)量（Replicas），則會根據(jù)RC中定義的Pod模板來創(chuàng)建一個新的Pod，然后將此Pod調(diào)度到合適的Node上啟動運(yùn)行，直到Pod實例數(shù)量達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。

二、Kubernetes總體架構(gòu)

Master和Node

Kubernetes將集群中的機(jī)器劃分為一個Master節(jié)點(diǎn)和一群工作節(jié)點(diǎn)（Node）。其中，Master節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行著集群管理相關(guān)的一組進(jìn)程etcd、API Server、Controller Manager、Scheduler，后三個組件構(gòu)成了Kubernetes的總控中心，這些進(jìn)程實現(xiàn)了整個集群的資源管理、Pod調(diào)度、彈性伸縮、安全控制、系統(tǒng)監(jiān)控和糾錯等管理功能，并且全都是自動完成。在每個Node上運(yùn)行Kubelet、Proxy、Docker?daemon三個組件，負(fù)責(zé)對本節(jié)點(diǎn)上的Pod的生命周期進(jìn)行管理，以及實現(xiàn)服務(wù)代理的功能。

流程?
通過Kubectl提交一個創(chuàng)建RC的請求，該請求通過API Server被寫入etcd中，此時Controller Manager通過API Server的監(jiān)聽資源變化的接口監(jiān)聽到這個RC事件，分析之后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前集群中還沒有它所對應(yīng)的Pod實例，于是根據(jù)RC里的Pod模板定義生成一個Pod對象，通過API Server寫入etcd，接下來，此事件被Scheduler發(fā)現(xiàn)，它立即執(zhí)行一個復(fù)雜的調(diào)度流程，為這個新Pod選定一個落戶的Node，然后通過API Server講這一結(jié)果寫入到etcd中，隨后，目標(biāo)Node上運(yùn)行的Kubelet進(jìn)程通過API Server監(jiān)測到這個“新生的”Pod，并按照它的定義，啟動該P(yáng)od并任勞任怨地負(fù)責(zé)它的下半生，直到Pod的生命結(jié)束。

隨后，我們通過Kubectl提交一個新的映射到該P(yáng)od的Service的創(chuàng)建請求，Controller Manager會通過Label標(biāo)簽查詢到相關(guān)聯(lián)的Pod實例，然后生成Service的Endpoints信息，并通過API Server寫入到etcd中，接下來，所有Node上運(yùn)行的Proxy進(jìn)程通過API Server查詢并監(jiān)聽Service對象與其對應(yīng)的Endpoints信息，建立一個軟件方式的負(fù)載均衡器來實現(xiàn)Service訪問到后端Pod的流量轉(zhuǎn)發(fā)功能。

• etcd?
  用于持久化存儲集群中所有的資源對象，如Node、Service、Pod、RC、Namespace等；API Server提供了操作etcd的封裝接口API，這些API基本上都是集群中資源對象的增刪改查及監(jiān)聽資源變化的接口。

• API Server?
  提供了資源對象的唯一操作入口，其他所有組件都必須通過它提供的API來操作資源數(shù)據(jù)，通過對相關(guān)的資源數(shù)據(jù)“全量查詢”+“變化監(jiān)聽”，這些組件可以很“實時”地完成相關(guān)的業(yè)務(wù)功能。

• Controller Manager?
  集群內(nèi)部的管理控制中心，其主要目的是實現(xiàn)Kubernetes集群的故障檢測和恢復(fù)的自動化工作，比如根據(jù)RC的定義完成Pod的復(fù)制或移除，以確保Pod實例數(shù)符合RC副本的定義；根據(jù)Service與Pod的管理關(guān)系，完成服務(wù)的Endpoints對象的創(chuàng)建和更新；其他諸如Node的發(fā)現(xiàn)、管理和狀態(tài)監(jiān)控、死亡容器所占磁盤空間及本地緩存的鏡像文件的清理等工作也是由Controller Manager完成的。

• Scheduler?
  集群中的調(diào)度器，負(fù)責(zé)Pod在集群節(jié)點(diǎn)中的調(diào)度分配。

• Kubelet?
  負(fù)責(zé)本Node節(jié)點(diǎn)上的Pod的創(chuàng)建、修改、監(jiān)控、刪除等全生命周期管理，同時Kubelet定時“上報”本Node的狀態(tài)信息到API Server里。

• Proxy?
  實現(xiàn)了Service的代理與軟件模式的負(fù)載均衡器。

客戶端通過Kubectl命令行工具或Kubectl Proxy來訪問Kubernetes系統(tǒng)，在Kubernetes集群內(nèi)部的客戶端可以直接使用Kuberctl命令管理集群。Kubectl Proxy是API Server的一個反向代理，在Kubernetes集群外部的客戶端可以通過Kubernetes Proxy來訪問API Server。

API Server內(nèi)部有一套完備的安全機(jī)制，包括認(rèn)證、授權(quán)和準(zhǔn)入控制等相關(guān)模塊。

三、Hello World

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啟動Kubernetes

systemctl start etcd systemctl start docker systemctl start kube-apiserver systemctl start kube-controller-manager systemctl start kube-scheduler systemctl start kubelet systemctl start kube-proxy kubectl delete service redis-master //刪除原來的Service，Pod、RC命令類似

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定義RC來創(chuàng)建Pod?
Redis-master-controller.yaml

aipVersion: v1 kind: ReplicationController metadata:name: redis-masterlabels:name: redis-master spec:replicas: 1 //確保集群上只有一個Pod實例selector: //Pod選擇器，即監(jiān)控和管理擁有這些標(biāo)簽的Pod實例name: redis-mastertemplate: //根據(jù)此模板來生成Pod實例metadata:labels:name: redis-master //Pod的標(biāo)簽，須和Service的Selector匹配spec:containers:- name: masterimage: kubeguide/redis-masterports:- containerPort: 6379

執(zhí)行命令，將它發(fā)布到kubernetes集群中：

kubectl create -f redis-master-controller.yaml

查看命令

kubectl get rc kubectl get pods

提供Redis服務(wù)的Pod已經(jīng)創(chuàng)建并正常運(yùn)行了，接下來創(chuàng)建一個與之關(guān)聯(lián)的Service服務(wù)?
redis-master-service.yaml

apiVersion: v1 kind: Service metadata:name:redis-masterlabels:name: redis-master spec:ports:- port: 6379 //service暴露在cluster ip上的端口，即虛擬端口targetPort: 6379 //Pod上的端口selector:name: redis-master //哪些Label的Pod屬于此服務(wù)

執(zhí)行命令：

kubectl create -f redis-master-service.yaml kubectl get services

創(chuàng)建成功后會分配IP、端口，但由于IP地址是在服務(wù)創(chuàng)建后由Kubernetes系統(tǒng)自動分配的，在其他Pod中無法預(yù)先知道某個Service的虛擬IP地址，因此需要一個機(jī)制來找到這個服務(wù)。為此，Kubernetes巧妙地使用了Linux環(huán)境變量，在每個Pod的容器里都增加了一組Service相關(guān)的環(huán)境變量，用來記錄從服務(wù)名到虛擬IP地址的映射關(guān)系。以redis-master服務(wù)為例，在容器的環(huán)境變量中會增加如下兩條記錄

REDIS_MASTER_SERVICE_HOST=10.254.144.74 REDIS_MASTER_SERVICE_PORT=6379

于是，其他應(yīng)用就可以通過環(huán)境變量得到redis-master服務(wù)的虛擬IP、端口；

redis-slave-controller.yaml

apiVersion: v1 kind: ReplicatioinController metadata:name: redis-slavelabels:name: redis-slave spec:replicas: 2selector:name: redis-slavetemplate:metadata:labels:name:redis-slavespec:containers:- name: slaveimage: kubeguide/guestbook-redis-slaveenv:- name: GET_HOSTS_FROMvalue: envports:- containerPort: 6379

執(zhí)行命令

kubectl create -f redis-slave-controller.yaml kubectl get rc kubectl get pods

為了實現(xiàn)Redis集群的主從數(shù)據(jù)同步，redis-slave需要知道redis-master的地址，所以在redis-slave鏡像的啟動命令/run.sh中，其最后的啟動命令為：

redis-server --slaveof ${REDIS_MASTER_SERVICE_HOST} 6379

redis-slave-service.yaml

apiVersion: v1 kind: Service metadata:name: redis-slavelabels:name: redis-slave spec:ports:- port: 6379selector:name: redis-slave

執(zhí)行命令：

kubectl create -f redis-slave-service.yaml kubectl get services

創(chuàng)建web Pod和Service?
frontend-controller.yaml

apiVersion: v1 kind: ReplicationController metadata:name: frontendlabels:name: frontend spec:replicas: 3selector:name: frontendtemplate:metadata:labels:name: frontendspec:containers:- name: frontendimage: Kubeguide/guestbook-php-frontendenv: - name: GET_HOSTS_FROMvalue: envports:- containerPort: 80

執(zhí)行命令

kubectl create -f frontend-controller.yaml kubectl get rc kubectl get pods

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frontend-service.yaml

apiVersion: v1 kind: Service metadata:name: frontendlabels:name: frontendspec:type: NodePortports:- port: 80nodePort: 30001 //物理機(jī)上的端口selector:name: frontend

執(zhí)行命令

kubectl create -f frontend-service.yaml kubectl get services http://blog.csdn.net/test103/article/details/55663562

轉(zhuǎn)載于:https://my.oschina.net/xiaominmin/blog/1598596

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Kubernetes学习笔记（一）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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