Kubernetes 核心概念

2019-12-14
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概述

Kubernetes 有各种资源对象来描述整个集群的运行状态。这些对象都须要经过调用 kubernetes api 来进行建立、修改、删除,能够经过 kubectl 命令工具,也能够直接调用 k8s api,或者使用对象语言的客户端库(例如:golangpythion )。python

每一个 kubernetes 对象都会包含两个关键字段:Object Spec 和 Object Status。spec 描述了对象所指望达到的状态,status 描述了该对象的实际状态。git

下面会宽泛的介绍一些 Kubernetes 的核心概念,便于初步的理解它们特征及工做模式。github

核心概念

Pod

Pod 是 Kubernetes 最小的调度单元,能够由一个或者多个容器组成。golang

Pod 的设计理念是支持多个容器在一个 Pod 中共享网络和文件系统,能够经过进程间通讯和文件共享这种简单高效的方式组合完成服务。docker

Pod 的特征api

  • 能够包含多个容器,它们之间共享 IPC、Network 、UTC、PID namespace,能够直接经过 localhost 进行通讯。
  • 支持 CPU / Mem 超卖
  • 支持一个或者多个 init containers
  • Pod 能够共享 Volume,使得多个容器之间能够共享数据。
  • Pod 生命周期短暂,且不会自愈。须要结合 Deployment、DaemonSet、StatefulSet 等控制器来达到容错。
  • 优雅退出:Pod 删除的时候先给其进程发送 SIGTERM,等待一段时间(grace period)后才强制中止依然还在运行的进程。
  • 支持(反)亲和性
  • 支持指定调度器
  • 支持优先级和抢占性调度(v1.8 及以上)
  • 支持配置 serviceAccount
kubernetes v1.8+ 且 docker >= 1.13.1 才支持容器之间共享 PID namespace,还须要配置 kubelet —docker-disable-shared-pid=false

Init Containers - Kubernetes安全

Labels & Selectors

Labels 是 Key-Value 对,k8s 用于标识其全部资源;而 Selectors 是标签选择器,用于选择特定 labels 的资源。网络

Selectors 目前支持两种选择器:Equality-based(基于平等) 和 Set-based(基于集合)。app

1. Equality-based负载均衡

基于相等的或者不想等的条件用标签的 keys 和 values 进行过滤。支持三种运算符:“=”,“==” 和 “!=”。还可使用逗号操做符,链接多个运算符。

2. Set-based

Set-based 的选择器容许用一组 value 来过滤 key。
支持三种操做符:in,notin 和 exists(仅针对于 key 符号)。

例如:

env in (dev, test, staging, prod)
env notin (staging, prod)
partition
!partition

Set-based 能够和 Equality-based 条件结合使用。

Deployment

Kubernetes 有几个版本的副本控制器,好比 Replication Controller、Replica Set(RC 升级版)和 Deployments。

Deployment 是逻辑层的一种抽象,为 Pod 和 ReplicaSet 提供了一种声明式定义,来代替之前的 Replication Controller 更方便的管理应用。

在 Kubernetes 的实际使用中,RS 也属于底层概念,由 Deployment 来管理,所以用户通常都是与 Deployment 打交道。

Deployment 有几种 典型的应用场景,好比:

  • 定义 Deployment 来建立 Pod 和 ReplicaSet
  • 滚动升级和回滚应用,好比蓝绿发布,金丝雀发布等等
  • 扩容和缩容
  • 暂停和继续 Deployment
RC、RS、Deployment 等对象都是为了解决无状态服务而设计,下面还会针对有状态服务,介绍对应的对象。

Service

Kubernetes Pod 有本身的生命周期,能够随时被建立和销毁,而一旦销毁就永远结束了。而每一个 Pods 都有本身的 IP,而 Pod 的生命周期也意味着 这些 IP 地址不老是稳定可靠的。因此须要有针对容器的服务发现与负载均衡机制,来访问这个 Pod 逻辑分组。

service 是对一组提供相同功能的 Pods 集合的抽象,为这组Pods提供统一的访问入口。借助 Service 能够方便的实现服务发现与负载均衡,并实现应用的零宕机升级。

在 Kubernetes 集群中,每一个 Node 都会部署一个 kube-proxy 进程。kube-proxy 负责为 Service 实现了一种 VIP (虚 IP)。

Service 有四种类型:

  • ClusterIP:默认类型,自动分配一个仅 cluster 内部能够访问的虚拟 IP。
  • NodePort:该模式会在每台机器上绑定一个端口,这样能够经过 NodeIP:NodePort 进行服务访问。
  • LoadBalancer:该模式会跟云服务商有关,好比能够经过 aliyun、aws 等建立一个外部的负载均衡器,将请求转发到对应的服务组。
  • ExternalName:支持将服务经过 DNS CNAME 记录方式转发到指定的域名(经过 spec.externalName 设定)。须要 kube-dns 版本大于 1.7。

Ingress

一般状况下,Service 和 Pod 仅支持在集群内部进行服务访问。而 Ingress 能够提供外部服务可访问的 URL / 负载均衡器等。

Ingress 对象只是配置了一些规则,若要实现集群外部的访问,还须要部署一个 Ingress Controller,它会从 kube-apiserver 监听 Ingress 和 Service 的变动,并根据 Ingress 的规则配置负载均衡来提供访问入口。

Job

Job 负责批量处理短暂的一次性任务,仅执行一次,并保证处理的一个或者多个Pod成功结束。

具体的能够查看:深刻K8S Job(一):介绍

PV & PVC

PersistentVolume (PV) 和 PersistentVolumeClaim (PVC) 提供了方便的持久化卷:PV 提供网络存储资源,而 PVC 请求存储资源。这样,设置持久化的工做流包括配置底层文件系统或者云数据卷、建立持久性数据卷、最后建立 PVC 来将 Pod 跟数据卷关联起来。PV 和 PVC 能够将 pod 和数据卷解耦,pod 不须要知道确切的文件系统或者支持它的持久化引擎。

PV 也是集群的资源(等同于cpu / mem),但不一样于 pod volume,它是独立于 Pod 的生命周期。

支持类别划分,好比不一样的服务质量级别(SSD / SATA),不一样的备份策略等。
支持动态 PV(StorageClass)。
支持卷的扩容及快照(v1.8+ 特性)。
支持 Local Volume,容许将 Node 本地的磁盘、分区或者目录做为持久化存储使用。可是须要注意该模式不支持动态建立,使用前须要预先建立好 PV。

PV 是存储资源,而 PVC 是对 PV 的请求。PVC 和 Pod 相似,Pod 消费 Node 资源,而 PVC 消费 PV 资源;Pod 可以请求 CPU 和内存资源,而 PVC 请求特定大小和访问模式的数据卷。

StatefulSet

StatefulSet 用于支持部署有状态服务,而有状态的服务很关键的就是持久化存储,这就依赖上面介绍的 PV & PVC 了。

StatefulSet 的应用场景包括:

  • 稳定的持久化存储,即不须要关心 Pod 的从新调度,服务访问的仍是相同的持久化数据。
  • 稳定的网络标志,即 Pod 从新调度后其 PodName 和 HostName 不变。
  • 有序部署,即 Pod 的建立是有顺序的,在部署或者扩展的时候要依据定义的顺序依次进行建立,基于 init containers 来实现。
  • 有序收缩(删除)。

参考案例:Running ZooKeeper, A Distributed System Coordinator - Kubernetes

  1. 推荐在 k8s v1.9 + 的版本使用 statefulSet。
  2. 为了保证数据安全,删除 StatefulSet 是不会删除 PV 的,须要考虑清理策略。
  3. StatefulSet 须要提早建立一个 Headless Service 来定义 DNS domain。

Other

还有不少别的资源对象,这里暂不一一介绍了,由于涉及的篇幅会比较长。
对于上面或者未说起的资源对象须要多了解一下的,建议查阅官方文档

好比:

  • Namespace
  • Node
  • Secret:集群的秘药管理
  • ConfigMap:集群的配置管理
  • Event:记录k8s集群运行所遇到的各类大事件
  • HPA(HorizontalPodAutoscaler):自动扩缩容
  • DaemonSet:保证每一个Node上都运行一个容器副本,经常使用于部署一些集群服务的agent(日志/监控…), 也能够基于Pod进行亲和部署。

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