云原生初探
文章目錄
- 什么是云原生？
- 第二講 容器的基本概念
- 什么是容器？
- 容器運行時的生命周期
- 容器項目的架構
- 容器和VM的差異
- 第三講 Kubernetes核心概念
- 什么是Kubernetes
- Kubernetes架構
- Kubernetes核心概念和API
- 第四講 理解Pod和容器設計模式
- 為什么Pod必須是原子調度單位？
- Pod實現機制
什么是云原生？
不同企業對云原生有不同的解釋，最為廣泛接受的是：云原生是一類技術的統稱 或者 是一套指導進行軟件架構設計的思想，通過云原生技術，我們可以構建出更易于彈性擴展的應用程序。它包含了當前業界的一些熱門的技術，比如：容器、微服務、DevOps等。
第二講 容器的基本概念
什么是容器？
容器是一個視圖隔離（能夠看見部分進程等 namespace）、資源可限制（限制資源使用率 cgroup）、獨立文件系統（chroot）。
容器運行時所需要的所有文件集合稱為容器鏡像。通常采用Dockerfile構建鏡像。
容器運行時的生命周期
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單進程模型
啟動容器時，會選擇相應的文件系統（鏡像來提供），以及指定相應的運行程序，那么這個運行程序我們稱為init進程。在容器運行過程中，我們會發現，當這個init進程啟動了，那么這個容器也啟動了，當這個init進程退出了，那么這個容器也就隨之退出了。所以，init進程的生命周期與容器生命周期一致。
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數據持久化
數據卷volume，獨立于容器的生命周期；
容器項目的架構
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moby容器引擎架構
moby daemon會提供關于容器、鏡像、網絡以及volume的管理。它依賴的最重要的組件是containerd（容器運行時管理引擎），獨立于moby daemon，containerd-shim管理容器生命周期，可被containerd動態接管。
容器和VM的差異
VM是利用Hypervisor虛擬化技術來模擬硬件資源，需要Guest OS（裝在VM上的系統），可以提供更好的隔離效果。但是，我們需要將一部分的計算資源交給虛擬化，導致很難充分利用計算資源，并且每個Guest OS需要占用大量的磁盤空間。
容器無需Guest OS，只需要一個獨立的文件系統。所有的隔離級別都是進程級別的；啟動時間更快；但隔離效果較弱。
第三講 Kubernetes核心概念
什么是Kubernetes
自動化的容器編排平臺
核心功能：
- 服務發現與負載均衡；
- 容器自動裝箱（把一個容器放到某個集群的某個機器上）；
- 存儲編排；
- 自動容器恢復（節點健康檢查，將有問題的節點上的容器遷移到其他節點上去）；
- 自動發布與回滾；
- 配置與密文管理；
- 批量執行；
- 水平伸縮（業務負載檢查，可以對負載過高的服務進行擴容）；
Kubernetes架構
- API Server：消息傳送；
- Controller：完成對集群狀態的管理；
- Scheduler：調度；
- etcd：分布式存儲，API Server中所需要的信息都放在etcd中；
用戶可以通過ui或cli向kubernetes提供一個pod進行部署，API Server會將相關信息存儲到etcd中，Scheduler會通過API Server的watch或者notification機制得到這個信息（有一個pod需要被調度），Scheduler會根據它的資源狀態進行一次調度決策，在完成這次調度之后，Scheduler會向API Server通知這個pob需要被調度到某個節點上，API Server會將調度的結果再次寫入到etcd中。然后，API Server會通知對應的節點進行pob的啟動和執行。相應節點的kubelet會得到這個通知，調用Container runtime來配置、啟動這個容器的運行環境，去調用Storage Plugin來配置存儲，調用Network Plugin來配置網絡。
Kubernetes核心概念和API
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Pod
- 最小的調度以及資源單位；
- 由一個或者多個容器組成；
- 在Pob中可以定義容器運行的方式（Command、環境變量等）；
- 提供給容器共享的運行環境（網絡、進程空間，pob與pob之間是有隔離的）；
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Volume
- 用來聲明容器的訪問目錄（Pob中的容器可以訪問的文件目錄）；
- 一個volume可以被掛載在一個Pob中的一個或多個容器的指定路徑下；
- volume是一個抽象的概念，它可以支持多種后端的存儲（分布式、云存儲…）；
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Deployment
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定義一組Pob的副本數目、版本等；
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通過Colltroller維持Pob的數目，Controller可以自動恢復失敗的Pod；Deployment中Pob的數目是通過Controller來指定的，當一個Pod失敗時，Controller可以檢測到，來生成新的Pob。
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可以通過Controller以指定的策略控制版本：滾動升級、重新生成、回滾；
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Service
- 提供訪問一個或多個Pod實現的穩定訪問地址（負載均衡）；
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Namespace
- 一個集群內部的邏輯隔離機制（鑒權、資源調度）；
- 每個資源都屬于一個Namespace；
- 同一個Namespace中的資源命名唯一；
第四講 理解Pod和容器設計模式
由四個進程共同組成的應用helloworld，在kubernates中會被定義為擁有四個容器的Pod。Pob只是一個邏輯單位，真正啟來的實際上是四個容器。
為什么Pod必須是原子調度單位？
舉例：兩個緊密協作（需要部署在一臺機器上）的容器App和LogCollector；
內存要求：App—1G、LogCollector：0.5G；
當前可用內存：Node_A：1.25G、Node_B：2G；
如果App先被調度到了Node_A上，那么就會導致LogCollector調度失敗。
這就是Task co-scheduling問題：
- Mesos的解決辦法：資源囤積；所有設置了Affinity約束的任務都到達時，才開始同一進行調度；帶來的問題是：調度效率損失、死鎖；
- Google Omega：樂觀調度；不管沖突，出現沖突之后回滾；
- Kubernetes：Pod；不存在上面的問題；App和LogCollector屬于一個Pob，一起被調度；
親密關系：兩個應用需要運行在同一臺宿主機上（Pod之間）；通過調度解決；
超親密關系：會發生直接的文件交換；使用localhost或者socket文件進行本地通信；會發生非常頻繁的RPC調用；會共享某些Linux Namespace（比如：一個容器要加入另一個容器的Network Namespace，就可以看到另一個容器的網絡設備以及網絡信息）；通過Pod解決；
Pod實現機制
容器之間原本是被Linux Namespace和cgroups隔離開的，那么如何讓一個Pod里的多個容器之間最高效的共享某些資源和數據？
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共享網絡
在每一個Pod里會啟動一個Infra container小容器來共享整個Pod的Network Namespace。Pob內部容器直接使用localhost進行通信；每個容器看到的網絡設備跟Infra容器看到的一樣；一個Pod只有一個IP地址，也就是這個Pod的Network Namespace對應的IP地址；所有網絡資源都是一個Pod一份，并且被該Pod中的所有容器共享；整個Pod的生命周期跟Infra容器一致，而與內部的其他容器無關；
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共享存儲
掛載到同一個volume；
總結
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