K8S 入门

在学习本章前，请确保你已经掌握了Linux及docker的相关知识及操作

简介

Kubernetes（简称K8S）是开源的容器集群管理系统，可以实现容器集群的自动化部署、自动扩缩容、维护等功能。它既是一款容器编排工具，也是全新的基于容器技术的分布式架构领先方案。在Docker技术的基础上，为容器化的应用提供部署运行、资源调度、服务发现和动态伸缩等功能，提高了大规模容器集群管理的便捷性。

基本术语

• pod：的最小调度单元，一个pod中可以有多个容器，多个容器共享网络和存储卷
• service：kubernetes抽象出来一个概念，可以理解为负载均衡器，后端接pod
• cluster ip：service在集群中的ip，相当负载均衡器的ip
• ingress： 对集群外部暴露集群内部service的一种方式
• nodeport： 对集群外部暴露服务的第二种方式，跟随service配置，让集群中的node节点都监听相应的端口，可以通过node节点访问集群内部service
• loadbalancer： 对集群外部暴露集群内部service的一种方式，一般只有在云平台才能使用
• deployment：封装了pod/replicaset，可以实现指定pod副本数量，滚动更新，扩容pod，一般一个应用（服务）一个deployment
• statefullSet：相当于有状态服务的deployment，重启后，主机名和pod的名称不会改变
• daemonSet：在每个node节点都需要运行的pod可以使用daemonSet
• job： 一次性任务
• cronJob：类似于crontab定时执行任务
• dns：kube-dns/coredns提供集群中的dns服务，可以解析service到cluster ip，实现服务发现
• pv：管理员用来提前创建好的存储空间，供用户申请使用
• pvc：用户用来申请存储空间
• storageClass：定义存储类供pvc使用，当用户通过pvc并指定storageClass请求pv时kubernetes可以根据storageClass动态创建pv

基础组件介绍

K8S系统架构

• etcd：etcd是kubernetes集群用来存储集群相关数据的数据仓库

master节点组件

master节点是主集群中的大脑，负责处理外部的api请求，分配调度任务以及管理容器的副本数等
kube-apiserver：kubernetes对外的服务入口，其他组件通信的纽带，服务无状态，可水平扩容
kube-scheduler：负责pod的任务调度
kube-controller-manager：处理node节点当机情况、负责保证pod的副本数、管理endpoint，连接service和pod、为新namespace创建默认api token和accounts

node节点组件

node节点负责干活，执行master节点指派的相关任务

• kubelet：负责启动停止容器，保证容器运行。
• kube-proxy：负责根据service生成网络规则，生成路由规则

为什么需要 Pod

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K8S 引入 Pod 主要基于下面两个目的:

• (1) 可管理性
  有些容器天生就是需要紧密联系,一起工作。Pod提供了比容器更高层次的抽象,将它们封装到一个部署单元中。Kubernetes以Pod为最小单位进行调度、扩展、共享资源、管理生命周期。
• (2) 通信和资源共享
  Pod中的所有容器使用同一个网络namespace,即相同的IP地址和Port空间。它们可以直接用localhost通信。同样的,这些容器可以共享存储,当Kubernetes挂载volume到Pod,本质上是将volume挂载到 Pod中的每一个容器。

容器五种共享资源

• PID命名空间：Pod中的不同应用程序可以看到其他应用程序的进程ID。
• 网络命名空间：Pod中的多个容器能够访问同一个IP和端口范围。
• IPC命名空间：Pod中的多个容器能够使用SystemV IPC或POSIX消息队列进行通信。
• UTS命名空间：Pod中的多个容器共享一个主机名。
• Volumes(共享存储卷)：Pod中的各个容器可以访问在Pod级别定义的Volumes。

为什么需要 Service

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Deployment 可以部署多个副本,每个 Pod 都有自己的IP,外界如何访问这些副本呢? 通过 Pod 的IP吗? 要知道 Pod 很可能会被频繁地销毁和重启,它们的IP会发生变化,用IP来访问不太现实。这个时候，Service 就出现了。

k8s 中 Service 是一个面向微服务架构的设计，它从k8s本身解决了容器集群的负载均衡，这些被服务标记的 Pod 一般都是通过label selector选择的。

五种类型的 Service

ClusterIP

• 创建一个 ClusterIP 来提供集群内部访问
• 默认选项

NodePort
在每个节点 IP 上暴露一个端口（NodePort）来提供服务，集群外部通过这种方式来访问：<NodeIP>:<NodePort>，同时会创建一个

ClusterIP

• 这种类型使用较多
• 默认暴露的随机端口范围：30000-32767
  可以通过 nodePort 字段来显式的指定端口

LoadBalancer
通过和 cloud provider’s load balancer 关联使用，此时 NodePort and ClusterIP 将自动创建

ExternalName
将 service 名称映射到一个 externalName （例如一个域名），通过 kube-dns 来提供 DNS 到 CNAME 记录

附A：排错技巧

• 查看日志 kubectl logs pod-name
• 查看事件 kubectl describe pod-name
• 查看docker日志
  通过kubectl get pod -o wide找到容器运行的node节点
  在node节点上通过docker ps -a找到出错的容器
  docker logs container-id
• 查看kubelet及其他组件日志：journalctl -u kubelet