容器技术研究-Kubernetes基本概念

服务器

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2019-7-8

最近在研究容器技术,作为入门,基本概念必须搞明白,今天整理一下Kubernetes的基本概念。

一、什么是Kubernetes

Kubernetes(k8s)是自动化容器操作的开源平台,这些操作包括部署,调度和节点集群间扩展。如果你曾经用过Docker容器技术部署容器,那么可以将Docker看成Kubernetes内部使用的低级别组件。Kubernetes不仅仅支持Docker,还支持Rocket,这是另一种容器技术。
使用Kubernetes可以:

  • 自动化容器的部署和复制
  • 随时扩展或收缩容器规模
  • 将容器组织成组,并且提供容器间的负载均衡
  • 很容易地升级应用程序容器的新版本
  • 提供容器弹性,如果容器失效就替换它,等等…

实际上,使用Kubernetes只需一个部署文件(yaml),使用一条命令就可以部署多层容器(前端,后台等)的完整集群:

$ kubectl create -f single-config-file.yaml 

 注: kubectl是和Kubernetes API交互的命令行程序.

二、Kubernetes核心概念

1. 集群

  集群是一组节点,这些节点可以是物理服务器或者虚拟机,之上安装了Kubernetes平台。下图展示这样的集群。注意该图为了强调核心概念有所简化。以下是一个典型的Kubernetes架构图。

  

  上图可以看到如下组件,使用特别的图标表示Service和Label:

  • Pod
  • Container(容器)
  • Label(label)(标签)
  • Replication Controller(复制控制器)
  • Service(服务)
  • Node(节点)
  • Kubernetes Master(Kubernetes主节点)

 2. Pod

Pod(上图绿色方框)安排在节点上,包含一组容器和卷
同一个Pod里的容器共享同一个网络命名空间,可以使用localhost互相通信。
Pod是短暂的,不是持续性实体。

我们可能会有以下这些问题:
如果Pod是短暂的,那么我怎么才能持久化容器数据使其能够跨重启而存在呢? 是的,Kubernetes支持卷的概念,因此可以使用持久化的卷类型
是否手动创建Pod,如果想要创建同一个容器的多份拷贝,需要一个个分别创建出来么?可以手动创建单个Pod,但是也可以使用Replication Controller使用Pod模板创建出多份拷贝。
如果Pod是短暂的,那么重启时IP地址可能会改变,那么怎么才能从前端容器正确可靠地指向后台容器呢?这时可以使用Service。

 3. Label标签

一些Pod有Label。
一个Label是attach到Pod的一对键/值对,用来传递用户定义的属性。比如,你可能创建了一个”tier”和“app”标签,
通过Label(tier=frontend, app=myapp)来标记前端Pod容器,
使用Label(tier=backend, app=myapp)标记后台Pod。
然后可以使用Selectors选择带有特定Label的Pod,并且将Service或者Replication Controller应用到上面。

 4. Replication Controller      

是否手动创建Pod,如果想要创建同一个容器的多份拷贝,需要一个个分别创建出来么,能否将Pods划到逻辑组里?
Replication Controller确保任意时间都有指定数量的Pod“副本”在运行。如果为某个Pod创建了Replication Controller并且指定3个副本,它会创建3个Pod,并且持续监控它们。如果某个Pod不响应,那么Replication Controller会替换它,保持总数为3.

如果之前不响应的Pod恢复了,现在就有4个Pod了,那么Replication Controller会将其中一个终止保持总数为3。如果在运行中将副本总数改为5,Replication Controller会立刻启动2个新Pod,保证总数为5。还可以按照这样的方式缩小Pod,这个特性在执行滚动升级时很有用。当创建Replication Controller时,需要指定两个东西:

  •   Pod模板:用来创建Pod副本的模板
  •   Label:Replication Controller需要监控的Pod的标签

 5. Service

如果Pods是短暂的,那么重启时IP地址可能会改变,怎么才能从前端容器正确可靠地指向后台容器呢??
Service是定义一系列Pod以及访问这些Pod的策略的一层抽象
Service通过Label找到Pod组。因为Service是抽象的,所以在图表里通常看不到它们的存在,这也就让这一概念更难以理解。

现在,假定有2个后台Pod,并且定义后台Service的名称为‘backend-service’,lable选择器为(tier=backend, app=myapp)。backend-service 的Service会完成如下两件重要的事情:
会为Service创建一个本地集群的DNS入口,因此前端Pod只需要DNS查找主机名为 ‘backend-service’,就能够解析出前端应用程序可用的IP地址。
现在前端已经得到了后台服务的IP地址,但是它应该访问2个后台Pod的哪一个呢?
Service在这2个后台Pod之间提供透明的负载均衡,会将请求分发给其中的任意一个。通过每个Node上运行的代理(kube-proxy)完成。

       下述动画展示了Service的功能。注意该图作了很多简化。如果不进入网络配置,那么达到透明的负载均衡目标所涉及的底层网络和路由相对先进。

      

     注:有一个特别类型的Kubernetes Service,称为’LoadBalancer’,作为外部负载均衡器使用,在一定数量的Pod之间均衡流量。比如,对于负载均衡Web流量很有用

  6. Node

节点(上图橘色方框)是物理或者虚拟机器,作为Kubernetes worker,通常称为Minion。每个节点都运行如下Kubernetes关键组件:

  • Kubelet:是主节点代理。
  • Kube-proxy:Service使用其将链接路由到Pod,如上文所述。
  • Docker或Rocket:Kubernetes使用的容器技术来创建容器。

 7. Kubernetes Master      

集群拥有一个Kubernetes Master(紫色方框)。
Kubernetes Master提供集群的独特视角,并且拥有一系列组件,比如Kubernetes API Server。
API Server提供可以用来和集群交互的REST端点。
Master节点包括用来创建和复制Pod的Replication Controller

 

周国庆

2019/4/4

作者:Eric zhou