认识k8s

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纯容器模式的问题

  1. 业务容器数量庞大，哪些容器部署在哪些节点，使用了哪些端口，如何记录、管理，需要登录到每台机器去管理？
  2. 跨主机通信，多个机器中的容器之间相互调用如何做，iptables规则手动维护？
  3. 跨主机容器间互相调用，配置如何写？写死固定IP+端口？
  4. 如何实现业务高可用？多个容器对外提供服务如何实现负载均衡？
  5. 容器的业务中断了，如何可以感知到，感知到以后，如何自动启动新的容器?
  6. 如何实现滚动升级保证业务的连续性？

容器调度管理平台

Docker Swarm Mesos Google Kubernetes

2017年开始Kubernetes凭借强大的容器集群管理功能, 逐步占据市场,目前在容器编排领域一枝独秀

https://kubernetes.io/

架构图

如何设计一个容器管理平台？

  • 集群架构，管理节点分发容器到数据节点
  • 如何部署业务容器到各数据节点
  • N个数据节点，业务容器如何选择部署在最合理的节点
  • 容器如何实现多副本，如何满足每个机器部署一个容器的模型
  • 多副本如何实现集群内负载均衡

核心组件

  • ETCD：分布式高性能键值数据库,存储整个集群的所有元数据
  • ApiServer: API服务器,集群资源访问控制入口,提供restAPI及安全访问控制
  • Scheduler：调度器,负责把业务容器调度到最合适的Node节点
  • Controller Manager：控制器管理,确保集群资源按照期望的方式运行
    • Replication Controller
    • Node controller
    • ResourceQuota Controller
    • Namespace Controller
    • ServiceAccount Controller
    • Token Controller
    • Service Controller
    • Endpoints Controller
  • kubelet：运行在每个节点上的主要的“节点代理”，脏活累活
    • pod 管理：kubelet 定期从所监听的数据源获取节点上 pod/container 的期望状态（运行什么容器、运行的副本数量、网络或者存储如何配置等等），并调用对应的容器平台接口达到这个状态。
    • 容器健康检查：kubelet 创建了容器之后还要查看容器是否正常运行，如果容器运行出错，就要根据 pod 设置的重启策略进行处理.
    • 容器监控：kubelet 会监控所在节点的资源使用情况，并定时向 master 报告，资源使用数据都是通过 cAdvisor 获取的。知道整个集群所有节点的资源情况，对于 pod 的调度和正常运行至关重要
  • kube-proxy：维护节点中的iptables或者ipvs规则
  • kubectl: 命令行接口，用于对 Kubernetes 集群运行命令 https://kubernetes.io/zh/docs/reference/kubectl/

静态Pod的方式

## etcd、apiserver、controller-manager、kube-scheduler
$ kubectl -n kube-system get po

systemd服务方式：

$ systemctl status kubelet

理解集群资源 组件是为了支撑k8s平台的运行，安装好的软件。

资源是如何去使用k8s的能力的定义。比如，k8s可以使用Pod来管理业务应用，那么Pod就是k8s集群中的一类资源，集群中的所有资源可以提供如下方式查看：

$ kubectl api-resources

如何理解namespace：

命名空间，集群内一个虚拟的概念，类似于资源池的概念，一个池子里可以有各种资源类型，绝大多数的资源都必须属于某一个namespace。集群初始化安装好之后，会默认有如下几个namespace：

$ kubectl get namespaces
NAME                   STATUS   AGE
default                Active   84m
kube-node-lease        Active   84m
kube-public            Active   84m
kube-system            Active   84m
kubernetes-dashboard   Active   71m
  • 所有NAMESPACED的资源，在创建的时候都需要指定namespace，若不指定，默认会在default命名空间下
  • 相同namespace下的同类资源不可以重名，不同类型的资源可以重名
  • 不同namespace下的同类资源可以重名
  • 通常在项目使用的时候，我们会创建带有业务含义的namespace来做逻辑上的整合

kubectl的使用 类似于docker，kubectl是命令行工具，用于与APIServer交互，内置了丰富的子命令，功能极其强大。 https://kubernetes.io/docs/reference/kubectl/overview/

$ kubectl -h
$ kubectl get -h
$ kubectl create -h
$ kubectl create namespace -h

工作流程

  1. 用户准备一个资源文件（记录了业务应用的名称、镜像地址等信息），通过调用APIServer执行创建Pod
  2. APIServer收到用户的Pod创建请求，将Pod信息写入到etcd中
  3. 调度器通过list-watch的方式，发现有新的pod数据，但是这个pod还没有绑定到某一个节点中
  4. 调度器通过调度算法，计算出最适合该pod运行的节点，并调用APIServer，把信息更新到etcd中
  5. kubelet同样通过list-watch方式，发现有新的pod调度到本机的节点了，因此调用容器运行时，去根据pod的描述信息，拉取镜像，启动容器，同时生成事件信息
  6. 同时，把容器的信息、事件及状态也通过APIServer写入到etcd中

架构设计的几点思考

  1. 系统各个组件分工明确(APIServer是所有请求入口，CM是控制中枢，Scheduler主管调度，而Kubelet负责运行)，配合流畅，整个运行机制一气呵成。
  2. 除了配置管理和持久化组件ETCD，其他组件并不保存数据。意味除ETCD外其他组件都是无状态的。因此从架构设计上对kubernetes系统高可用部署提供了支撑。
  3. 同时因为组件无状态，组件的升级，重启，故障等并不影响集群最终状态，只要组件恢复后就可以从中断处继续运行。
  4. 各个组件和kube-apiserver之间的数据推送都是通过list-watch机制来实现。