文章摘要： Kubernetes通常简称为K8s，是一个开源的容器编排平台，用于自动化计算机容器化应用程序的部署、扩展和管理。

简介

简要说明

• 允许你在集群中调度和运行容器，集群可以由物理机或虚拟机组成。
• Kubernetes隐藏了底层硬件层的复杂性，使得部署和管理容器化的应用程序变得更加简单。

主要功能

• 自动装箱：基于容器的资源需求，自动决定在哪个节点上运行。
• 自我修复：如果容器失败，Kubernetes会重启它；如果节点失败，则将容器重新调度到其他节点。
• 水平扩展：通过简单的命令或基于自动化的CPU等使用情况，可以很容易地增加或减少应用程序的副本数量。
• 服务发现和负载均衡：Kubernetes可以使用DNS名或自己的IP地址自动发现容器，如果容器的流量过大，可以负载均衡流量，确保部署稳定。
• 自动部署和回滚：可以描述应用程序的预期状态，Kubernetes可以改变实际状态至预期状态，如果有什么不对，可以回滚到之前的版本。
• 密钥与配置管理：无需改动镜像配置，就可以更新应用程序配置和密钥。

注意事项

• 学习曲线：Kubernetes相对复杂，有陡峭的学习曲线。
• 资源需求：运行Kubernetes集群需要相对较多的计算资源。
• 安全性：需要确保集群的安全，防止未授权访问。
• 版本兼容性：在升级Kubernetes版本时，需要确保所有组件都与新版本兼容。
• 监控和日志：需要设置适当的监控和日志记录机制来确保集群的稳定运行。

适用场景

• 微服务架构：适用于需要快速、频繁部署的微服务架构。
• 自动化和弹性：适用于需要高度自动化和弹性伸缩的应用程序。
• 资源优化：适用于希望最大化资源利用率和降低成本的环境。
• 多云和混合云：适用于需要在多个云环境或混合云环境中部署应用程序的场景。
• 持续集成/持续部署（CI/CD）：适用于实现CI/CD流程，以支持敏捷开发和持续交付。

命令行工具

命令行工具详细总结：Package-Kubectl

核心概念

Pod

• Pod是Kubernetes的最小工作单元。
• 每个Pod包含一个或多个容器。
• Pod中的容器会作为一个整体被Master调度到一个Node上运行。
• Pod有自己独立的IP。
• Pod可以被创建、销毁。
• 当扩容和缩容时，Pod的数量会发生变化。
• 当Pod故障时，会创建新的Pod。

控制器（Controller）

• 负载均衡是在Pod之上的抽象，通过控制器实现一系列基于Pod的高级特性。
• 我们通常使用控制器来做应用真正的管理，而Pod是组成负载最小的单元。

ReplicationController

• 用来确保容器应用的副本数始终保持在用户定义的副本数。
• 如果有容器异常退出，会自动创建新的Pod来替代。
• 如果有异常多出来的容器也会自动回收。

ReplicaSet

• 与ReplicationController没有本质的不同，但支持集合式的selector。

建议使用Deployment来自动管理ReplicaSet，这样就无需担心跟其他机制的不兼容问题。

Horizontal Pod Autoscaling 仅限于ReplicaSet和Deployment，对Pod进行水平扩容和缩容。

StatefulSet解决有状态服务的问题

• 稳定的持久化存储，即Pod重新调度后还是能访问到相同的持久化数据，基于PVC实现。
• 稳定的网络标志，即Pod重新调度后其PodName和HostName不变，基于Headless Service来实现。
• 有序部署，有序扩展，即Pod是有序的，在部署或者扩展的时候要依据定义的顺序一次进行，基于init containers来实现。
• 有序回收，有序删除。

DaemonSet

• 确保全部（或者一些）Node上运行一个Pod的副本。
• 当有Node加入集群时，也会为他们新增一个Pod。
• 当有Node从集群移除时，这些Pod也会被回收。
• 删除DaemonSet将会删除它创建的所有Pod。

Job

• 负责批处理任务，即仅执行一次的任务。
• 保证批处理认为的一个或多个Pod成功结束。

Cron Job管理基于时间的Job

• 在给定时间点只运行一次。
• 周期性地在给定时间点运行。

服务（Service）

• 服务是一种抽象概念，定义了Pod逻辑集合以及访问它们的策略。
• 服务定义了外界访问一组特定Pod的方式。
• 服务有自己的IP和端口，
• 服务为Pod提供了负载均衡。

容量（Volume）

• 用来管理Kubernetes存储。
• 声明在Pod中的容器可以访问的文件目录。
• 可以被挂载在Pod中一个或多个容器的指定路径下。
• 支持多种后端存储（本地存储、分布式存储、云存储）。

标签（Label）

• 通过标签来实现资源分类管理。

命名空间（Namespace）

• 命名空间是对一组资源和对象的抽象整合。
• 在同一个集群内容可创建不同的命名空间，不同命名空间中的数据彼此隔离，实现共享同一个集群服务并且互不干扰。

集群默认存在以下命名空间：

• default：所有未指定命名空间的对象都会被分配在名为default的命名空间。
• kube-public：在命名空间下的资源可以被所有人访问（包含未认证用户），用来部署公共插件、容器模板等。
• kube-system：所有由 Kubernetes 系统创建的资源都处于这个命名空间。
• kube-nade-lease：每个节点在该命名空间中都有一个关联的标签对象，该对象由节点定期更新，被用来记录Note节点的心跳信号。

架构

• 一个基础的Kubernetes集群（Cluster）通常包含一个Master节点和多个Note节点。
• 每个阶段都是一台物理机，也可以是一台虚拟机。

Master节点

• 提供集群控制，对集群做出全局性决策。
• Kube-apiserver：前端控制层，Kubernetes API，水平扩展架构，通过部署更多实例来承载业务。
• etcd：后端存储，存储集群数据，提供数据备份。
• Kube-controller-manager：控制器，负责策略控制，针对不同的工作负载执行不同的策略。
• Kube-scheduler：任务调度，监控没有分配节点的新创建的Pod，选择一个节点供Pod运行。

Node节点

• 运行容器应用，由Master管理，负责健康并汇总容器状态，同时根据Master的要求管理容器的生命周期。
• Kubelet：在集群内每个节点中运行的一个代理，用于保证Pod的与性能，接受Master的指令，负责管理容器（Pod）。
• Kube-proxy：负责做负载均衡工作，管理Service的访问入口。
• Add-ons：插件，用于扩展Kubernetes的功能。
• Container runtime：通常使用Docker来运行容器。

架构图

开放接口

CRI（Container Runtime Interface）

• 容器运行时接口。
• 提供计算能力，定义来容器和镜像的服务接口。
• 常见的CRI后端有Docker、rkt、kata-containers等。

CNI（Container Network Interface）

• 容器网络接口。
• 提供网络能力，由一组用于配置Linux容器的网络接口的规范和库组成。
• 仅关注容器创建是的网络分配和当容器被删除是释放网络资源。

CSI（Container Storage Interface）

• 容器存储接口。
• 提供存储能力，Kubernetes可以将任意存储系统暴露给自己的容器工作负载。

工作负载对象

分类

无状态

管理的Pod集合是相互等价的，需要的时候可以被替换。

• Deployment（部署）
• ReplicaSet（副本设置）

有状态

为每个Pod维护一个唯一的ID,能够保证Pod的顺序性和唯一性，每个Pod是不可替代的。可以使用持久存储来保存服务产生的状态。

• StatefulSet（状态设置）

守护进程

保证每个节点上运行着守护进程。

• DaemonSet（守护程序设置）

批处理：

一次性的任务。

• Job（任务）
• CronJob（定时任务）

Deployment

简要说明

• 不具有唯一标识的多个Pod的集合。

主要功能

• 确保集群中期望数量的Pod运行。
• 提供多种升级策略以及意见回滚能力。
• 提供暂停/恢复的能力。

适用场景

• Web Server等无状态应用。

ReplicaSet

简要说明

主要功能

• Pod有稳定的网格标识符，Pod重新调度后Pod名称和Host名称不变。
• 每个Pod有单独存储，保证Pod重新调度后还是能访问到相同的数据。

适用场景

• 在某些分布式的场景，要求每个Pod都有自己单独的状态时。

服务发现

Pod生命周期