一、入门

一、背景

1、背景介绍

Docker：容器化应用。docker 跨平台性。docker启动的容器，做的镜像，具有跨平台性

Kubernetes 是用于自动部署，扩展和管理容器化应用程序的开源系统。

K8s编排容器化应用。编排基础设施。100台服务器

Docker Swarm：50台

大规模的集群管理。k8s；

K8s的底层环境可以使用 Docker。

eg：k8s编排的应用。100台。流量大了以后，自动的扩缩容。HPA

自愈。

概念

概述

Kubernetes 是什么？Kubernetes 组件

使用 Kubernetes 对象

理解 Kubernetes 对象Kubernetes 对象管理命名空间注解推荐使用的标签

Kubernetes 架构

节点Control Plane-Node Communication (EN)控制器

计算、存储和网络扩展

集群管理概述证书管理资源Kubernetes 控制面板的指标配置 kubelet 垃圾回收策略API Priority and Fairness (EN)安装扩展（Addons）

扩展 Kubernetes

扩展 Kubernetes 集群

扩展 Kubernetes API

Custom Resources (EN)通过聚合层扩展 Kubernetes API

Operator 模式

计算、存储和网络扩展

网络插件设备插件

服务目录Poseidon-Firmament Scheduler (EN)

容器

Containers overview (EN)镜像容器运行时类(Runtime Class)容器环境变量

工作负载

Pods

Pod 概览PodsPod 拓扑扩展约束临时容器Pod 的生命周期

控制器

ReplicaSetReplicationControllerStatefulSets垃圾收集Jobs - Run to Completion (EN)

存储

VolumesPersistent Volumes (EN)CSI 卷克隆卷快照类特定于节点的卷数限制

配置

扩展资源的资源箱打包配置最佳实践Pod 开销Managing Resources for Containers (EN)Secret使用 kubeconfig 文件组织集群访问

服务、负载均衡和联网

Endpoint SlicesService 拓扑Pod 与 Service 的 DNSIngress网络策略IPv4/IPv6 双协议栈

安全

Overview of Cloud Native Security (EN)

调度和驱逐(Scheduling and Eviction)

Taints and Tolerations (EN)Assigning Pods to Nodes (EN)调度框架

策略

限制范围Pod 安全策略

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Kubernetes 是什么？

此页面是 Kubernetes 的概述。

• 言归正传
• 为什么需要 Kubernetes，它能做什么?
• Kubernetes 不是什么
• 接下来

Kubernetes 是一个可移植的、可扩展的开源平台，用于管理容器化的工作负载和服务，可促进声明式配置和自动化。Kubernetes 拥有一个庞大且快速增长的生态系统。Kubernetes 的服务、支持和工具广泛可用。

名称 Kubernetes 源于希腊语，意为 “舵手” 或 “飞行员”。Google 在 2014 年开源了 Kubernetes 项目。Kubernetes 建立在 Google 在大规模运行生产工作负载方面拥有十几年的经验的基础上，结合了社区中最好的想法和实践。

言归正传

让我们回顾一下为什么 Kubernetes 如此有用。

传统部署时代： 早期，组织在物理服务器上运行应用程序。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，并且组织维护许多物理服务器的成本很高。

虚拟化部署时代： 作为解决方案，引入了虚拟化功能，它允许您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。

容器部署时代： 容器类似于 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 云和操作系统分发的可移植性：可在 Ubuntu、RHEL、CoreOS、本地、Google Kubernetes Engine 和其他任何地方运行。
• 以应用程序为中心的管理：提高抽象级别，从在虚拟硬件上运行 OS 到使用逻辑资源在 OS 上运行应用程序。
• 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。
• 资源隔离：可预测的应用程序性能。
• 资源利用：高效率和高密度。

为什么需要 Kubernetes，它能做什么?

容器是打包和运行应用程序的好方式。在生产环境中，您需要管理运行应用程序的容器，并确保不会停机。例如，如果一个容器发生故障，则需要启动另一个容器。如果系统处理此行为，会不会更容易？

这就是 Kubernetes 的救援方法！Kubernetes 为您提供了一个可弹性运行分布式系统的框架。Kubernetes 会满足您的扩展要求、故障转移、部署模式等。例如，Kubernetes 可以轻松管理系统的 Canary 部署。

Kubernetes 为您提供：

• 服务发现和负载均衡
  Kubernetes 可以使用 DNS 名称或自己的 IP 地址公开容器，如果到容器的流量很大，Kubernetes 可以负载均衡并分配网络流量，从而使部署稳定。

  ​ docker mysql sb url://overlay:mysql—》3个。读写分离。

  mysql只读。。。30副本—》mysql。 sb–url: jdbc:mysql://mysqlserver

  云上的服务发现和负载均衡。

  sc—》注册中心。 DNS，iptables

  java–>sc。php(front)，c++（backend）。 云上的服务发现和负载均衡。

• 存储编排
  Kubernetes 允许您自动挂载您选择的存储系统，例如本地存储、公共云提供商等。

  volumes：数据卷，控制整个集群的存储挂载。pv/pvc

• 自动部署和回滚
  您可以使用 Kubernetes 描述已部署容器的所需状态，它可以以受控的速率将实际状态更改为所需状态。例如，您可以自动化 Kubernetes 来为您的部署创建新容器，删除现有容器并将它们的所有资源用于新容器。

​ docker docker stack deploy ；docker rollback。

• 自动二进制打包
  Kubernetes 允许您指定每个容器所需 CPU 和内存（RAM）。当容器指定了资源请求时，Kubernetes 可以做出更好的决策来管理容器的资源。

​ docker：–cpus --memory ; kill–>scale

• 自我修复
  Kubernetes 重新启动失败的容器、替换容器、杀死不响应用户定义的运行状况检查的容器，并且在准备好服务之前不将其通告给客户端。

​ k8s —》 docker service create --replicas 3 ； 100 20 —》 80 重新拉起

• 密钥与配置管理
  Kubernetes 允许您存储和管理敏感信息，例如密码、OAuth 令牌和 ssh 密钥。您可以在不重建容器镜像的情况下部署和更新密钥和应用程序配置，也无需在堆栈配置中暴露密钥。

​ docker create secrets /create config。

​ k8s集中管理配置。sb-》配置中心。

上云。服务发现/DNS —> 负载均衡(mysql) ---->配置中心(ConfigMap)

容器化，服务发现/负载均衡/配置中心–》eureka…

必要的熔断组件，剩下的东西都不需要了。

java —> sb/sc -->eureka

java/go/c++ —> 上云 ---->解决、熔断

上云：应用无关性。大规模集群。k8s 解决云上需要的所有套件。。。

Iaas；

整个阿里云的服务–》Serverless–》将自己的全量服务器进行k8s集群化。

docker swarm —> 10台 k8s。

2、核心架构

Docker：Manager-Worker

K8s：Master：主节点。掌控整个集群的调度，领导人。

Node-Worker：工作节点。未来的应用默认部署在worker节点。

1主+2从（非高可用的）

底层，容器化环境支持。Docker run？

所有对k8s集群的操作，不会直接操作node（worker）节点，master进行掌控。

高可用方式。master<—>master。集群的状态最终都会到达最终一致性。

1、整体主从方式

2、主节点

• kube-apiserver

  • 主节点上负责提供 Kubernetes API 服务的组件；它是 Kubernetes 控制面的前端。
  • kube-apiserver 在设计上考虑了水平扩缩的需要。 换言之，通过部署多个实例可以实现扩缩。 参见构造高可用集群。

• etcd（redis，mysql）

  etcd 是兼具一致性C和高可用性P的键值数据库，持久化存储，可以作为保存 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库。

  您的 Kubernetes 集群的 etcd 数据库通常需要有个备份计划。要了解 etcd 更深层次的信息，请参考 etcd 文档。

  可以高可用单独部署，目前实验环境–>和master放在一起部署即可

• kube-scheduler（调度）

  主节点上的组件，该组件监视那些新创建的未指定运行节点的 Pod（一组容器），（Container）并选择节点让 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。

  应用部署到哪个节点，scheduler进行调度。

• kube-controller-manager

在主节点上运行控制器的组件。

从逻辑上讲，每个控制器都是一个单独的进程，但是为了降低复杂性，它们都被编译到同一个可执行文件，并在一个进程中运行。

这些控制器包括:

• 节点控制器（Node Controller）: 负责在节点出现故障时进行通知和响应。
• 副本控制器（Replication Controller）: 负责为系统中的每个副本控制器对象维护正确数量的 Pod。
• 端点控制器（Endpoints Controller）: 填充端点(Endpoints)对象(即加入 Service 与 Pod)。
• 服务帐户和令牌控制器（Service Account & Token Controllers）: 为新的命名空间创建默认帐户和 API 访问令牌.

未来要应用部署–》部署3个副本。—》controllermanager根据要求进行应用相关配置等信息的创建。—》创建好以后Scheduler才进行调度

• kubectl

  ​ 操作k8s的命令行工具。kubectl 。底层就是发请求

3、工作节点

Node 节点：真正干活的

节点组件在每个节点上运行，维护运行的 Pod 并提供 Kubernetes 运行环境。

Pod：

​ 在docker里面，最小的部署单元是 Container；

​ 在k8s里面，最小的部署单元是Pod（一个完整的部署应用）；

Pod是一组Container的集合。容器化环境（Docker、）

容器是在Pod内。k8s整个最小操作单元是 Pod。

• kubelet

一个在集群中每个节点上运行的代理。它保证容器都运行在 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。

kubelet可以控制，当前node的所有Pod的生命周期。 docker run/

• kube-proxy

kube-proxy 是集群中每个节点上运行的网络代理,实现 Kubernetes 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。

• 容器运行环境(Container Runtime)

容器运行环境是负责运行容器的软件。

Kubernetes 支持多个容器运行环境: Docker、 containerd、cri-o、 rktlet 以及任何实现 Kubernetes CRI (容器运行环境接口)。

k8s+Docker

• Fluentd 日志收集 EFK的日志系统

4、架构

watch、list；监听

1、创建tomcat集群 请求过来-》master节点的apiserver

2、apiserver解析请求，把需要干的活解析出来，放在etcd存储集群中

3、apiserver通知 controller manager ，要干活了，controller manager 再从apiserver获取现在还没做的部署

4、controller manager拿到需要做的部署，产生一次部署信息。把这个东西又存到etcd里面。

5、通知 schduler（调度器），该进行调度了，schduler再从apiserver里面拿到刚才controller manager生产的部署信息，进行调度（找一个闲的节点，进行调度）。

6、scheduler 把这个调度规则保存到etcd里面。

7、其他node节点的kubelet 会监听apiserver。发现有自己要干的活了。kubelet就要来活。进行部署