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概述

官网：kubernetes 的 github 地址:https://github.com/kubernetes/kubernetes kubernetes 官方站点：https://kubernetes.io/

k8s 刚出来：容器编排工具

互动 1：从 kubernetes 和 docker 的官方 logo 能看出来它们的一些联系吗？ Kubernetes 的官方 logo 是一个舵，docker 的官方 logo 是一个集装箱，那集装箱装在船上，需要去哪，往哪走，是靠船的舵来掌控方向的，舵相当于一个方向盘，所以可以看出 kubernetes 是管理容器的。

Kubernetes 是什么

  1. Kubernetes 是一个可移植、可扩展的、开源的容器管理平台，简称 k8s

  2. 互动 1：什么是可移植？

可移植：在 kubernetes 中部署的应用都是基于镜像的，镜像是可移植的，可以被多个环境使用，可以从一个环境迁移到另一个环境。不受操作系统限制。

  • 互动 2：什么是可扩展？ 可扩展：安装 k8s 的物理节点可以根据业务规模动态扩缩容、k8s 中的 pod 应用也可以实现自动扩缩容、资源可以扩展，CRD 自定义资源

  • 互动 3：什么是开源的？ 开源的：源代码已经公开了，有很多技术人员在开发维护，可以被用户免费使用

  • Kubernetes 提供了应用程序的快速部署、升级和回滚的能力，利用 service 可以实现服务注册、发现；通过 kube-proxy 可以实现负载均衡，通过 Coredns 可实现域名解析，通过 Ingress-nginx-controller 可以实现七层负载均衡等功能。

  • 可以对 pod 自动化部署、自动化扩缩容、跨主机管理等；

  • 互动 1：为什么要自动化扩缩容？ K8s 部署服务，都是封装到 pod 里的，这个 pod 自动扩缩容很有必要

  • 可以对代码进行灰度发布、金丝雀发布、蓝绿发布、滚动更新等

  • 具有完整的监控系统和日志收集平台，具有故障自恢复的能力。

Kubernetes 起源

Kubernetes单词起源于希腊语，是“舵手”或者“领航员、飞行员”的意思。来源于Google的Borg项目：

Kubernetes 起源

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跟 k8s 相关的岗位：:F云原生、docker、容器、k8s、kubernetes、devops、云原生架构师

Kubernetes 架构

单节点和高可用架构：k8s 的物理架构是 master/nbde 模式 k8s集群至少需要一个主节点(Master)和多个工作节点(Worker)，主节点是集群的控制节点，负责整个集群的管理和控制，主节点主要用于暴露API，调度部署和节点的管理。工作节点主要是运行pod的。

一台机器：也可以搭建k8s，既做主节点，也做工作节点

Master节点、主节点、控制节点、控制平面, 包含服务一般为 apiserver、 scheduler、 controller-manager

Node 节点、工作平面、工作节点、worker节点，包含服务一般为 kube-proxy、 calico、容器运行时、kubelet

控制节点：三个或者五个 工作节点：运行业务pod，工作节点分配几台, 生产环境至少两个

  • 单master节点架构

  • 多master节点架构 alt text

Kubernetes 组件

kubectl：管理k8s的命令行工具，可以操作k8s中的资源对象

Master节点组件：

  • apiserver:提供k8s-api，是整个系统的对外接口，提供资源操作的唯一入口，供客户端和其它组件调用，提供了k8s各类资源对象（pod,deployment,Service等）的增删改查，是整个系统的数据总线和数据中心，并提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制，并将操作对象持久化到etcd中。相当于“营业厅”。

  • scheduler：负责k8s集群中pod的调度的，scheduler 通过与apiserver交互监听到创建Pod副本的信息后，它会检索所有符合该Pod要求的工作节点列表，开始执行Pod调度逻辑。调度成功后将Pod绑定到目标节点上，相当于“调度室”。

  • controller-manager(控制器管理器)：负责监视Kubernetes集群中的各种资源对象，并根据当前状态和期望状态之间的差异进行调节。Controller-manager组件中包含了多个控制器，每个控制器都会监视不同类型的资源对象，并对它们进行管理和调节。以下是一些controller-manager组件的控制器： 1）ReplicationController：用于保证Pod数量的稳定性，确保Pod数目始终等于指定的副本数。 2）NodeController：监视Kubernetes节点的状态，并对它们进行管理和调节。 3）ServiceController：确保Kubernetes服务的稳定性，负责监视服务端口的状态并根据需要创建、删除、更新相关的 Endpoint。 4）EndpointsController:确保Kubernetes服务的 Endpoint 的稳定性，负责监视Pod 的状态并根据需要创建、删除、更新相关的 Endpoint。 5）NamespaceController：确保Kubernetes命名空间的稳定性，负责监视和管理命名空间资源的创建、删除、更新等操作。 6）ServiceAccountController：确保Kubernetes服务账户的稳定性，负责监视和管理服务账户的创建、删除、更新等操作。

工作节点组件

  • Calico：Calico是一个纯三层的网络插件，calico的bgp 模式类似于 flannel的host-gw，calico在kubernetes中可提供网络功能和网络策略
  • kube-proxy：提供网络代理和负载均衡，是实现service的通信与负载均衡机制的重要组件，kube-proxy 负责为 Pod 创建代理服务，从 apiserver 获取所有 service 信息，并根据 service 信息创建代理服务，实现service到Pod的请求路由和转发，从而实现K8s层级的虚拟转发网络，将到service的请求转发到后端的pod上。
  • kubelet：每个Node节点上的kubelet定期就会调用APl Server的REST接口报告自身状态APl Server接收这些信息后，将节点状态信息更新到etcd中。kubelet也通过APl·Server监听Pod信息，从而对Node机器上的POD进行管理：如创建、删除、更新Pod

其他组件

安装k8s有Kubeadm、二进制两种官方提供的方式

  • etcd：是一个高可用的键值数据库，存储k8s的资源状态信息和网络信息的，etcd中的数据变更是通过 api server 进行的。
  • Etcd：基数选主，至少三个做高可用 Kubeadm安装k8s，etcd默认是在控制节点的 二进制安装k8s，etcd可以自已找机器部署，弄到工作节点或者控制节点都行，再或者单独找三个机器安装也可以
  • Coredns:k8s1.11 之前使用的是kube dns，1.11 之后才有 coredns，coredns 是一个 DNS服务器，能够为Kubernetes·services提供DNS记录可以对Service名字做解析，解析成service 的ip, 可以安装在控制节点或工作节点上

Kubernetes 容器编排工具的优势

1）灵活部署 kubernetes支持在多种平台部署，可在私有云，公有云，混合云，openstack、VMwarevSphere，VMware·Workstation，虚拟机，物理机等环境部署。 2）安全高效，拥有完善的认证授权机制，自带审计功能<可以对多用户做细化的授权管理（如rbac授权），达到相互之间的操作完全隔离，互不影响，而且自身带有审计功能，可以对操作过程进行实时的日志记录，出现问题可以方便排查。ae 3）负载均衡支持四层service、七层负载均衡ingress-nginx-controller，可用于多种场景。 4）可扩展性强拥有强大的集群扩展能力，可以根据业务规模自动增加和缩减主机节点的数量，确保服务可以承受大量并发带来的压力，保证业务稳定运行。 5）根据节点资源的使用情况对pod进行合理的调度可以按照用户需要调度pod，例如保证Pod只在资源足够的节点上运行，会尝试把同一功能的pod分散在不同的节点上，还会尝试平衡不同节点的资源使用率等。 6）拥有完善的灾备预警方案<拥有多种灾备解决方案，支持备份和容灾，出现故障可以达到秒级切换，保证线上业务不受影响.

Kubernetes 功能详解

1）多租户网络隔离 Kubernetes支持多种网络插件，如flannel，calico，canel等，每个插件都有独特的性能，可以分别适用于多种场景，我们可以利用calico的network·policy（网络策略）解决k8s中的网络隔离，对于多租户场景，可以每一个用户一个名称空间（namespace），然后对这个名称空间设置网络隔离。 2）高可用，高可扩展性 kubernetes中支持多种高可用解决方案，如keepalive+nginx，keepalived+haproxy等，可以使访问流量分发到不同的主机节点，减轻节点压力，如果某个节点出现故障，可以实现秒级切换，达到高可用，保证业务不中断。 3）用户数据的持久化存储 kubernetes支持多种持久化存储解决方案，保证数据可以得到很好的备份，降低用户数据丢失的风险，kubernetes中可使用的存储方案如下：· 本地存储：emptyDir， hostPath·网络连接类存储：SAN(存储局域网络)：iSCSI·NAS（网络附加存储)：nfs，cifs分布式存储：glusterfs，ceph-块级别的存储，cephfs-文件系统级别的存储云存储：Azure·Disk等

4）拥有多种更新回滚策略<通过管理kubernetes的控制器和service等，可以实现灰度发布，蓝绿部署，金丝雀发布等，达到业务的快速部署和回滚等操作，用以满足不同客户的不同升级需求。 5）弹性伸缩HPA、VPA，根据访问的流量压力，可以实现 pod的水平扩容和缩减，达到秒级扩容，让 pod 始终处于满足业务正常运行时所需的数量即可，避免了资源的浪费。 6）节省资源，优化硬件资源的使用根据流量进行业务组件的扩缩容，可节省机器资源。

Kubernetes 企业应用场景分析

日志场景

  • 互动1：收集日志大家用过什么？ 在生产环境中，日志对于排查问题至关重要，我们需要有一个日志管理系统，如efk这个最受欢迎的日志管理系统。kubernetes可以实现efk的快速部署和使用，通过statefulset控制器部署elasticsearch组件，es用来存储日志数据，还可通过动态volumeclaimtemplate动态生成pv实现es数据的持久化存储。通过deployment部署kibana组件，实现日志的可视化管理。通过daemonset 控制器部署fluentd 组件，来收集节点和k8s集群的日志。

kubernetes中部署efk可实现如下功能：如果集群扩容，那么 daemonset 控制器会自动检测到新增加的 node 节点，就会在新的 node 节点上部署fluentd，完成日志收集，这就可以减少人为干预，提高工作效率，确保日志可以被正常收集。

devops 场景

DevOps是一套完整的运维开发流程，可以实现快速的构建、测试和发布软件，整个流程包括敏捷开发->持续集成->持续交付->持续部署->DevOps，通过·Kubernetes，我们可以实现容器在多个计算节点上的统一调度，可以将容器对接到持久存储、虚拟网络，还可以实现弹性伸缩等，提高了产品的送代速度。

  • 互动2：敏捷开发->持续集成->持续交付->持续部署-是什么？ 1、敏捷开发：提高开发效率，及时跟进用户需求，缩短开发周期。个敏捷开发包括编写代码和构建代码两个阶段，可以使用git或者svn来管理代码，用maven对代码进行构建 2、持续集成：持续集成强调开发人员提交了新代码之后，立刻自动的进行构建、（单元）测试。根据测试结果，我们可以确定新代码和原有代码能否正确地集成在一起。持续集成过程中很重视自动化测试验证结果，对可能出现的一些问题进行预警，以保障最终合并的代码没有问题

常见的持续集成工具： 1.Jenkins Jenkinis是用Java语言编写的，是目前使用最多和最受欢迎的持续集成工具，使用Jenkins，可以自动监测到git或者sVn存储库代码的更新，基于最新的代码进行构建，把构建好的源码或者镜像发布到生产环境。Jenkins还有个非常好的功能：它可以在多台机器上进行分布式地构建和负载测试

3、持续交付：持续交付在持续集成的基础上，将集成后的代码部署到更贴近真实运行环境的「类生产环境」(production-like·environments) 中。交付给质量团队或者用户，以供评审。如果评审通过，代码就进入生产阶段。如果所有的代码完成之后一起交付，会导致很多问题爆发出来，解决起来很麻烦，所以持续集成，也就是每更新一次代码，都向下交付一次，这样可以及时发现问题，及时解决，防止问题大量堆积。

4、持续部署：持续部署是指当交付的代码通过评审之后，自动部署到生产环境中。持续部署是持续交付的最高阶段。Puppet，SaltStack和Ansible是这个阶段使用的流行工具。容器化工具在部署阶段也发挥着重要作用。·Docker和k8s是流行的工具，有助于在开发，测试和生产环境中实现一致性。·除此之外，k8s还可以实现自动扩容缩容等功能。

上述持续集成、持续交付、持续部署都可以基于Jenkins和k8s完成

kubernetes在DevOps中可以实现如下功能： 1、多集群管理：一套k8s1集群能效划分多个名称空间，给不同的环境用，比方说开发、测试、生产 2、多环境一致性：Kubernetes是基于docker的容器编排工具，因为容器的镜像是不可变的，所以镜像把·OS、业务代码、运行环境、程序库、目录结构都包含在内，镜像保存在我们的私有镜像仓库，只要用户从我们提供的私有仓库拉取镜像，就能保证环境的一致性。 3、持续集成，持续部署，持续交付：可以让产品快速迭代，自动部署，根据用户的要求达到持续交付的能力。

容器部署和传统部署对比分析

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1.传统部署时代：早期，应用程序在物理服务器上运行。无法为物理服务器中的应用程序定义资源边界，这会导致资源分配问题。例如，如果在物理服务器上运行多个应用程序，则可能会出现一个应用程序占用大部分资源的情况，结果可能导致其他应用程序的性能下降。一种解决方案是在不同的物理服务器上运行每个应用程序，但是由于资源利用不足而无法扩展，并且许多物理服务器的维护成本也很高。

2.虚拟化部署时代：(Ctrl)-作为解决方案，引入了虚拟化功能，它允许你在单个物理服务器的CPU·上运行多个虚拟机（VM）。虚拟化功能允许应用程序在·VM·之间隔离，并提供安全级别，因为一个应用程序的信息不能被另一应用程序自由地访问。因为虚拟化可以轻松地添加或更新应用程序、降低硬件成本等，所以虚拟化可以更好地利用物理服务器中的资源，并可以实现更好的可伸缩性。每个VM·是一台完整的计算机，在虚拟化硬件之上运行所有组件，包括其自己的操作系统。

3.容器部署时代：容器类似VM，但是它们具有轻量级的隔离属性，可以在应用程序之间共享操作系统（OS）。因此，容器被认为是轻量级的。容器与VM·类似，具有自己的文件系统、CPU、内存、进程空间等。由于它们与基础架构分离，因此可以跨云和OS分发进行移植。容器因具有许多优势而变得流行起来。下面列出了容器的一些好处： 敏捷应用程序的创建和部署： 与使用VM镜像相比，提高了容器镜像创建的简便性和效率。 持续开发、集成和部署： 通过快速简单的回滚（由于镜像不可变性），提供可靠且频繁的容器镜像构建和部署。

3）关注开发与运维的分离：在构建/发布时而不是在部署时创建应用程序容器镜像，从而将应用程序与基础架构分离。 4）可观察性：不仅可以显示操作系统级别的信息和指标，还可以显示应用程序的运行状况和其他指标信号。 5）跨开发、测试和生产的环境一致性：在便携式计算机上与在云中相同地运行。 6）云和操作系统分发的可移植性：可在·Ubuntu、RHEL、CoreOs、本地、GoogleKubernetes Engine 和其他任何地方运行。 7）以应用程序为中心的管理： 8）松散耦合、分布式、弹性、解放的微服务：应用程序被分解成较小的独立部分，并且可以动态部署和管理-而不是在一台大型单机上整体运行。 9）资源隔离：可预测的应用程序性能。 10）资源利用：高效率和高密度

Kubernetes中的资源对象

最小调度单元Pod

Pod是Kubernetes中的最小调度单元，当指派容器时，容器实际上并不会指派到物理硬件上，容器会被分配到一个Pod里，一个Pod封装一个容器（也可以封装多个容器），Pod里的容器共享存储、网络等。也就是说，应该把整个pod看作虚拟机，然后每个容器相当于运行在虚拟机的进程。所有容器都被统一安排和调度，并运行在共享的上下文中。对于具体应用而言，Pod是它们的逻辑主机，Pod包含业务相关的多个应用容器。

白话解释：可以把pod看成是一个“豌豆荚”，里面有很多“豆子”（容器）。一个豌豆荚里的豆子，它们吸收着共同的营养成分、肥料、水分等，Pod和容器的关系也是一样，Pod里面的容器共享pod的空间、资源、网络、存储等。 alt text

Pod 是有 ip 地址的： Pod里有两个容器，如nginx（默认端口 80)、tomcat（默认端口是8080) 访问pod ip:80可以请求到nginx 访问pod ip:8080可以请求到tomcat

如何通过k8s创建一个Pod资源？ 编写一个资源清单文件 catpod.yaml

apiVersion:v1
kind:Deployment
metadata:
  name: my-nginx
spec:
  tomcat-podnamespace:default.  labels:app:: : tomcatspec:·containers:--name: - tomcat-pod-javaports:-:containerPort:-8080image:-tomcat:8.5-jre8-alpineimagePullPolicy:-IfNotPresent

创建资源 

kubectl apply -f pod.yaml

控制器Deployment

Replicaset: Kubernetes 中的副本控制器，管理 Pod，使 pod 副本的数量始终维持在预设的个数。LDeployment:Deployment管理Replicaset和Pod 的副本控制器，Deployment可以管理多个 Replicaset，是比 Replicaset更高级的控制器，也即是说在创建Deployment的时候，会自动创建Replicaset，由Replicaset 再创建 Pod，Deployment 能对 Pod 扩容、缩容、滚动更新和回滚、维持 Pod 数量。

Service

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ingress-nginx-controller

Ingress-nginx-controller是七层代理，里面运行的是openrestry(nginx+lua组合),可以代理Service，由Service代理到Pod

七层代理有什么功能：基于请求头、权重、cookie进行流量转发，还支持http、https协议

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其他资源

statefulset、job、cronjob、daemonset 等等

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