【云原生 • Kubernetes】k8s功能特性、k8s集群架构介绍

一、Kubernetes 的特性/功能

自动装箱：基于容器对应用运行环境的资源配置，要求自动部署应用容器，无需太多人工干预。

自我修复：也就是自愈能力，容器启动失败时自动重启容器；当部署的 Node 节点出现问题时，会对容器进行重新部署和调度；当容器未通过监控检查时，会关闭此容器，直到容器正常运行才会对外提供服务。

水平拓展：伸缩性强，通过简单的命令、用户 UI 界面或 CPU 等资源使用情况，对应用容器进行规模扩大或缩减。

服务发现：也就是负载均衡，用户无需使用额外的服务发现机制，就可以基于 k8s 自身能力实现服务发现和负载均衡。

滚动更新：可以通过应用的变化，对容器中运行的应用进行一次性或批量更新。

版本回退：可根据应用部署情况，对容器中运行的应用进行历史版本即时回退。

密钥和配置管理：在无需重新构建镜像的情况下，可部署和更新密钥和应用配置，类似于热部署。

存储编排：自动实现存储系统挂载及应用，对有状态的应用实现数据持久化，存储系统可以来自于本地目录、网络存储(NFS、ceph、Gluster 等)。

批处理：可提供一次性任务、定时任务，满足批量数据处理和分析。

以上 k8s 特性，如果仅使用 docker 容器技术是很难实现或者根本无法实现的。k8s 的目的就是让部署容器化应用更加简洁、更加高效。

二、Kubernetes 集群架构介绍

搭建一个 k8s 集群，需要包含 master-node 和 worker-node 两大部分。

master-node：主控节点，专门管理各个工作节点。
worker-node：工作节点，做具体操作事务的节点。

以下将具体介绍各部分中所包含的具体组件，后续在实操搭建 k8s 集群的过程中这些组件都需要我们手动安装。

1. master node 节点

API server：集群的一个对外统一入口，可以将它理解为 master 节点中各个组件的协调者，通过 apiserver 可将获取到的请求分发至各组件；需要知道，apiserver 是以 restful 请求方式提供服务的，所有请求也就是以 restful 风格通过 apiserver 进入集群后进行相关操作，最后 apiserver 将所有操作数据存储于 etcd当中。

etcd：分布式，可靠的键值存储，可用于分布式系统中存储关键核心数据。从简单的应用程序到 Kubernetes 再到任何复杂性的应用程序都可以从 etcd 中读写数据。此处专用于保存集群相关的数据。

scheduler：致力于节点调度，它会选择某一个 node 节点进行应用的部署。

controller-manager：顾名思义它主要做的就是集中的处理控制管理，集群中后台的一个统一控制组件。处理集群中常规后台任务，一个资源对应一个控制器(controller)。

2. worker node 节点

kubelet：可以理解为 master 派到 node 节点的一个“代表”，管理当前节点中容器的各种操作。

kube-proxy：提供网络代理，实现负载均衡等操作。
docker：参见往期文章，此处不再赘述。

三、Kubernetes 核心概念

在操作 kubernetes 的过程中，难免会遇到一些概念性的问题，以下可以说是 kubernetes 中最重要的三个核心即Pod、Controller、Service。

1. Pod

kubernetes 中最小的部署单元；是一组容器的集合，每一个 pod 中的容器都是共享网络的；pod 的生命周期是短暂的，并非一直存在，会随着服务器的重新启动或者重新部署而更新。

2. Controller

可以确保预期的 pod 副本数量；当我们在 k8s 中部署容器或应用时，可以无状态部署或有状态部署；可以确保所有 node 都运行同一个 pod；可以支持一次性任务和定时任务。

无状态：容器或应用内无任何约定，即使迁移之后也可以直接使用。
有状态：容器或应用内包含约定，如该容器/应用网络 IP 需要唯一等。

3. Service

定义一组 pod 的访问规则。

总体流程就是，通过 service 统一入口访问，由 controller 创建 pod 进行部署。

本章学习目标：

• 掌握 k8s 的具体功能和特性；
• 掌握 k8s 集群架构理论体系；
• 掌握 k8s 中的核心概念点。