Kubernetes-基本组件

一、Kubernetes介绍

k8s是Google在2014年6月开源的一个容器集群管理系统，使用Go语言开发，用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用，Kubernetes的目标是让部署容器化的应用简单并且高效,Kubernetes提供了资源调度、部署管理、服务发现、扩容缩容、监控，维护等一整套功能，努力成为跨主机集群的自动部署、扩展以及运行应用程序容器的平台。 它支持一系列容器工具, 包括Docker、Containerd等。
Kubernetes 的本质是一组服务器集群，它可以在集群的每个节点上运行特定的程序，来对节点中的容器进行管理。它的目的就是实现资源管理的自动化，主要提供了如下的功能：

• 自我修复：一旦某一个容器崩溃，能够在1秒左右迅速启动新的容器。
• 弹性伸缩：可以根据需要，自动对集群中正在运行的容器数量进行调整。
• 服务发现：服务可以通过自动发现的形式找到它所依赖的服务。
• 负载均衡：如果一个服务启动了多个容器，能够自动实现请求的负载均衡。
• 版本回退：如果发现新发布的程序版本有问题，可以立即回退到原来的版本。
• 存储编排：可以根据容器自身的需求自动创建存储卷。

服务编排：将一个服务在合适的时间放在一个合适的地方，让其按照规划的方式运行。

二、整体架构

image.png 运行流程.png

• API server ：对外公开K8s API
• etcd：持久化所有的数据内容
• Scheduler：负责监听新创建的，未指定运行节点（node）的Pods，选择Pod运行节点
• Controller manager管理所有的控制器
• kubelet：每个node上运行的代理，保证容器运行在指定节点中
• Deployment：保证其管理的Pod数量永远符合用户的期望

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三、组件

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一个 kubernetes 集群主要由控制节点（master）、工作节点（node）构成，每个节点上都会安装不同的组件。

1.控制节点（master）：集群的控制平面，负责集群的决策。

对集群做出全局决策(比如调度)，以及检测和响应集群事件（例如，当不满足部署的 replicas 字段时，启动新的 pod）。
控制平面组件可以在集群中的任何节点上运行。 然而，为了简单起见，设置脚本通常会在同一个计算机上启动所有控制平面组件， 并且不会在此计算机上运行用户容器。

• API Server：集群操作的唯一入口，接收用户输入的命令，提供认证、授权、API注册和发现等机制。
  组件公开了 Kubernetes API。 API 服务器是 Kubernetes 控制面的前端。
  Kubernetes API 服务器的主要实现是 kube-apiserver。 kube-apiserver 设计上考虑了水平伸缩，它可通过部署多个实例进行伸缩。 可以运行 kube-apiserver 的多个实例，并在这些实例之间平衡流量。

• Scheduler：负责集群资源调度，按照预定的调度策略将 Pod 调度到相应的 node 节点上。
  负责监视新创建的、未指定运行节点（node）的 Pods，选择节点让 Pod 在上面运行。
  调度决策考虑的因素包括单个 Pod 和 Pod 集合的资源需求、硬件/软件/策略约束、亲和性和反亲和性规范、数据位置、工作负载间的干扰和最后时限。

• ControllerManager：负责维护集群的状态，比如程序部署安排、故障检测、自动扩展和滚动更新等。

• Etcd：负责存储集群中各种资源对象的信息。
  是兼具一致性和高可用性的键值数据库，可以作为保存 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库

2.工作节点（node）：集群的数据平面，负责为容器提供运行环境。

• Kubelet：负责维护容器的生命周期，即通过控制 Docker ，来创建、更新、销毁容器。
  一个在集群中每个节点（node）上运行的代理。 它保证容器（containers）都运行在 Pod 中。
  kubelet 接收一组通过各类机制提供给它的 PodSpecs，确保这些 PodSpecs 中描述的容器处于运行状态且健康。 kubelet 不会管理不是由 Kubernetes 创建的容器。
• KubeProxy：负责提供集群内部的服务发现和负载均衡。
  kube-proxy 是集群中每个节点上运行的网络代理， 实现 Kubernetes 服务（Service） 概念的一部分。
  kube-proxy 维护节点上的网络规则。这些网络规则允许从集群内部或外部的网络会话与 Pod 进行网络通信。
  如果操作系统提供了数据包过滤层并可用的话，kube-proxy 会通过它来实现网络规则。否则， kube-proxy 仅转发流量本身。
• Docker：负责节点上容器的各种操作。

3.组件调用关系

部署一个 Nginx 服务， Kubernetes 系统各个组件调用关系：

• 1.Kubernetes 环境启动之后，master 和 node 都会将自身的信息存储到etcd数据库中。
• 2.一个Nginx服务的安装请求首先会被发送到 master 节点上的 API Server 组件。
• 3.API Server 组件会调用 Scheduler 组件来决定到底应该把这个服务安装到那个 node 节点上。此时，它会从 etcd 中读取各个 node 节点的信息，然后按照一定的算法进行选择，并将结果告知 API Server 。
• 4.API Server 调用 Controller-Manager 去调用 Node 节点安装 Nginx 服务。
• 5.Kubelet 接收到指令后，会通知 Docker ，然后由 Docker 来启动一个 Nginx 的 Pod 。Pod 是 Kubernetes 的最小操作单元，容器必须跑在 Pod 中。
• 6.一个 Nginx 服务就运行了，如果需要访问 Nginx ，就需要通过 kube-proxy 来对 Pod 产生访问的代理，这样，外界用户就可以访问集群中的 Nginx 服务了。

四、kubernetes 概念

● Master：集群控制节点，每个集群要求至少有一个 Master 节点来负责集群的管控。
● Node：工作负载节点，由 Master 分配容器到这些 Node 工作节点上，然后 Node 节点上的 Docker 负责容器的运行。
● Pod：Kubernetes 的最小控制单元，容器都是运行在 Pod 中的，一个 Pod 中可以有一个或多个容器。
● Controller：控制器，通过它来实现对 Pod 的管理，比如启动 Pod 、停止 Pod 、伸缩 Pod 的数量等等。
● Service：Pod 对外服务的统一入口，其下面可以维护同一类的多个 Pod 。
● Label：标签，用于对 Pod 进行分类，同一类 Pod 会拥有相同的标签。
● NameSpace：命名空间，用来隔离 Pod 的运行环境。