Kubernetes 入门:基本概念梳理

k8s 中作为大脑存在的是 Master 节点,是集群的控制节点,负责整个集群的管理和控制。所有的其他 Node 都会向 Master 注册自己,并定期上报自身的所有信息。在 Master 节点上运行着下面 4 种进程:

kubectl

Node

除了 Master 节点外,其他的节点都称为 Node,即工作节点,且接受 Master 的控制。Node 超过指定时间不上报信息时,会被 Master 判定为失联,则该 Node 的状态被标记为不可用,随后 Master 会触发"工作负载大转移"的自动流程。而 Node 上运行着下面 3 种主要的进程:

  • kubelet :负责 Pod 对应的容器的创建、启停等任务;与 Master 节点密切合作,实现集群管理的基本面功能,Node 向 Master 上报信息,就是通过 kubelet 实现的;
  • kube-proxy :实现 Service 的通信与负载均衡机制;
  • Docker Engine :负责本机容器的创建与管理。

Namespace

用于实现多租户的资源隔离。通过将集群内部的资源对象分配到不同的 Namespace 中。创建资源对象时可以指定属于哪个 Namespace。

Pod

Pod 是 k8s 的最小调度单元。

如上图所示,而 Pod 是由一个个容器组成的,称为容器组。而组成 Pod 的容器分为 Pause 容器和一个个业务容器。其中以 Pause 容器的状态代表整个 Pod 的状态,由于 Pause 容器不易死亡,这样就能保证对 Pod 这个整体的状态的判断;而所有的业务容器共享 Pause 的 IP 和 Volume,这样就解决了联系紧密的业务容器之间的通信和共享资源的问题。Pod 在哪个 Node 上工作是由 kubelet 调度的。

Pod 拥有唯一 IP ,k8s 以 Endpoint (pod_ip + containerPort) 作为 Pod 中一个服务进程的对外通信地址。而任意两个 Pod 之间直接 TCP/IP 通信,采用虚拟二层网络技术实现,如 Flannel、Openvswitch。而 Pod 的 Endpoint 与 Pod 同生命周期,当 Pod 被销毁,对应的 Endpoint 也随之被销毁。

Pod 有两种类型:

  • 普通 Pod ,存放在 etcd 中,被调度到 Node 中进行绑定,调度后被 Node 中的 kubelet 实例化成一组容器并启动;
  • 静态 Pod ,存放在某个具体的 Node 上的一个具体文件中,只在此 Node 中启动运行。

Volume

定义在 Pod 上,被一个 Pod 里的多个容器挂载到具体文件目录下。需要注意的是 Volume 与 Pod 的生命周期相同。

作用:Pod 中多个容器共享文件;让容器的数据写到宿主机的磁盘上;写文件到网络存储中;容器配置文件集中化定义与管理。

类型

  • emptyDir:Pod 分配到 Node 上时创建,无需指定宿主机上的目录文件。Pod 被移除时,emptyDir 上的数据被永久删除。

  • hostPath:在 Pod 上挂载宿主机上的文件或目录。在不同 Node 上具有相同配置的 Pod 可能会因为宿主机上的目录和文件不同而导致对 Volume 上目录和文件的访问结果不一致;若使用了资源配额管理, k8s 无法将 hostPath 在宿主机上使用的资源纳入管理。

    • 用途:容器生成的日志文件需要永久保存;需要访问宿主机上 Docker 引擎,将 hostPath 定义为宿主机 /var/lib/docker 目录。
  • 其他:如 gcePersistentDisk 、 awsElasticBlockStore 等,都是由特定的云服务提供的永久磁盘。Pod 结束时不会被删除,只会被卸载。使用时需要按照要求安装特定虚拟机和永久磁盘。

Deployment

用于更好地解决 Pod 的编排问题,其内部使用 ReplicaSet 来实现目的。

使用场景:

  • 生成 RS 并完成 Pod 副本的创建过程;
  • 检查部署动作是否完成;
  • 更新 Deployment 以创建新的 Pod;
  • 回滚;
  • 挂起或恢复。

Pod 数量的描述

  • DESIRED:Pod 副本数量的期望值
  • CURRENT:当前的副本数
  • UP_TO_DATE:最新版本的 Pod 副本数
  • AVAILABLE:当前集群中可用 Pod 副本数

Label

定义形式:key=value。我们主要使用 Label Selector 来查询和筛选某些 Label 的资源对象。

使用场景:

  • kube-controller 筛选要监控的 Pod
  • kube-proxy 进程建立 Service 对 Pod 的请求转发路由表
  • kube-scheduler 进程实现 Pod 定向调度

Annotation

定义形式:key=value

与 Label 的区别:

  • Label 有严格命名规则
  • Label 定义的是 metadata ,且用于 Label Selector;Annotation 是用户任意定义的附加信息

使用场景:

  • build 信息、 release 信息、 Docker 镜像信息等
  • 日志库、监控库、分析库等资源库的地址信息
  • 程序调试工具信息
  • 团队的联系信息

Replica Set

Replica Set(RS) 是 Replication Controller(RC) 的升级版本。两者的唯一区别是对选择器的支持。ReplicaSet 支持 labels user guide 中描述的 set-based 选择器要求, 而 Replication Controller 仅支持 equality-based 的选择器要求。

我们一般用 Deployment 来定义 RS,很少直接创建 RS,从而形成一套完整的 Pod 的创建、删除、更新的编排机制。

RS 中可以定义的是:Pod 期待的副本数(Replicas);用于筛选目标 Pod 的 Label Selector;当 Pod 副本数小于预期数量时,用于创建新 Pod 的模板。

Master 的 Controller Manager 定期巡检系统中当前存活的目标 Pod,确保目标 Pod 实例数等于期望值。删除 RS 不会影响 Pod ,支持基于集合的 Label Selector;通过改变 RS 中 Pod 副本数量,实现 Pod 扩容和缩容;通过改变 RS 中 Pod 模板中的镜像版本,实现 Pod 的滚动升级。

Service

定义:微服务架构中的微服务。

Service 定义了一个服务的访问入口地址,客户端通过该入口地址访问背后的集群实例。Service 通过 Label Selector 与后端 Pod 副本集群之间实现对接。Service 之间通过 TCP/IP 通信。

负载均衡

kube-proxy 进程是一个智能的负载均衡器,负责将对 Service 的请求转发到后端的 Pod。Pod 的所有副本为一组,提供一个对外的服务端口,将这些 Pod 的 Endpoint 列表加入该端口的转发列表。客户端通过负载均衡的对外 IP + 服务端口来访问此服务。

ClusterIP

Service 拥有全局唯一虚拟 IP,称为 ClusterIP,每个 Service 变成了具备全局唯一 IP 的通信节点。与 Pod 不同的是,Pod 的 Endpoint 会随 Pod 的销毁而发生改变,但 ClusterIP 在 Service 的生命周期中不会发生改变。并且只要用 Service 的 Name 与 Service 的 ClusterIP 做一个 DNS 域名映射,即可实现服务发现。

Service 中一般会定义一个 targetPort,即提供该服务的容器暴露的端口,具体业务进程在容器内的 targetPort 上提供 TCP/IP 接入;而 Service 的 port 属性定义了 Service 的虚接口。

服务发现

before:每个 Service 生成一些对应的 Linux 环境变量,Pod 容器启动时自动注入。

now:通过 Add-On 增值包的方式引入 DNS 系统,将服务名作为 DNS 域名即可实现。

我来评几句
登录后评论

已发表评论数()

相关站点

+订阅
热门文章