二、Kubernetes核心概念
Kubernetes 包含多种类型的资源对象:Pod、Label、Service、Replication Controller 等。
所有的资源对象都可以通过 Kubernetes 提供的 kubectl 工具进行增、删、改、查等操作,并将其保存在 etcd 中持久化存储。
Kubernets其实是一个高度自动化的资源控制系统,通过跟踪对比etcd存储里保存的资源期望状态与当前环境中的实际资源状态的差异,来实现自动控制和自动纠错等高级功能。
2.1 Pod
Pod是 Kubernetes 创建或部署的最小/最简单的基本单位,一个 Pod 代表集群上正在运行的一个进程。可以把 Pod 理解成豌豆荚,而同一 Pod 内的每个容器是一颗颗豌豆。
一个 Pod 由一个或多个容器组成,Pod 中容器共享网络、存储和计算资源,在同一台 Docker 主机上运行。一个 Pod 里可以运行多个容器,又叫边车模式(SideCar)。而在生产环境中一般都是单个容器或者具有强关联互补的多个容器组成一个 Pod。
同一个 Pod 之间的容器可以通过 localhost 互相访问,并且可以挂载 Pod 内所有的数据卷;但是不同的 Pod 之间的容器不能用 localhost 访问,也不能挂载其他 Pod 的数据卷。
2.2 Pod 控制器
Pod 控制器是 Pod 启动的一种模版,用来保证在K8S里启动的 Pod 应始终按照用户的预期运行(副本数、生命周期、健康状态检查等)。
K8S 内提供了众多的 Pod 控制器,常用的有以下几种:
控制器 | 作用 |
Deployment | 无状态应用部署。Deployment 的作用是管理和控制 Pod 和 ReplicaSet,管控它们运行在用户期望的状态中 |
Replicaset | 确保预期的 Pod 副本数量。ReplicaSet 的作用就是管理和控制 Pod,管控他们好好干活。但是,ReplicaSet 受控于 Deployment |
Daemonset | 确保所有节点运行同一类 Pod,保证每个节点上都有一个此类 Pod 运行,通常用于实现系统级后台任务。 |
Statefulset | 有状态应用部署 |
Job | 一次性任务。根据用户的设置,Job 管理的 Pod 把任务成功完成就自动退出了。 |
Cronjob | 周期性计划性任务 |
可以理解成 Deployment 就是总包工头,主要负责监督底下的工人 Pod 干活,确保每时每刻有用户要求数量的 Pod 在工作。如果一旦发现某个工人 Pod 不行了,就赶紧新拉一个 Pod 过来替换它。而ReplicaSet 就是总包工头手下的小包工头。
从 K8S 使用者角度来看,用户会直接操作 Deployment 部署服务,而当 Deployment 被部署的时候,K8S 会自动生成要求的 ReplicaSet 和 Pod。用户只需要关心 Deployment 而不操心 ReplicaSet。
资源对象 Replication Controller 是 ReplicaSet 的前身,官方推荐用 Deployment 取代 Replication Controller 来部署服务。
2.3 Label
标签,是 K8S 特色的管理方式,便于分类管理资源对象。
Label 可以附加到各种资源对象上,例如 Node、Pod、Service、RC 等,用于关联对象、查询和筛选。一个 Label 是一个 key-value 的键值对,其中 key 与 value 由用户自己指定。一个资源对象可以定义任意数量的Label,同一个Label 也可以被添加到任意数量的资源对象中,也可以在对象创建后动态添加或者删除。可以通过给指定的资源对象捆绑一个或多个不同的 Label,来实现多维度的资源分组管理功能。与 Label 类似的,还有 Annotation(注释)。
区别在于有效的标签值必须为63个字符或更少,并且必须为空或以字母数字字符([a-z0-9A-Z])开头和结尾,中间可以包含横杠(-)、下划线(_)、点(.)和字母或数字。注释值则没有字符长度限制。
2.4 Label selector
给某个资源对象定义一个 Label,就相当于给它打了一个标签;随后可以通过标签选择器(Label selector)查询和筛选拥有某些 Label 的资源对象。
标签选择器目前有两种:
基于等值关系(等于、不等于)
基于集合关系(属于、不属于、存在)
2.5 Service
每个Service其实就是我们经常提起的微服务架构中的一个微服务
在K8S的集群里,虽然每个Pod会被分配一个单独的IP地址,但由于Pod是有生命周期的(它们可以被创建,而且销毁之后不会再启动),随时可能会因为业务的变更,导致这个 IP 地址也会随着 Pod 的销毁而消失。
Service 就是用来解决这个问题的核心概念。
K8S 中的 Service 并不是我们常说的“服务”的含义,而更像是网关层,可以看作一组提供相同服务的Pod的对外访问接口、流量均衡器。Service 作用于哪些 Pod 是通过标签选择器来定义的。
在 K8S 集群中,Service 可以看作一组提供相同服务的 Pod 的对外访问接口。客户端需要访问的服务就是 Service 对象。每个 Service 都有一个固定的虚拟 ip(这个 ip 也被称为 Cluster IP),自动并且动态地绑定后端的 Pod,所有的网络请求直接访问 Service 的虚拟 ip,Service 会自动向后端做转发。Service 除了提供稳定的对外访问方式之外,还能起到负载均衡(Load Balance)的功能,自动把请求流量分布到后端所有的服务上,Service 可以做到对客户透明地进行水平扩展(scale)。而实现 service 这一功能的关键,就是 kube-proxy。kube-proxy 运行在每个节点上,监听 API Server 中服务对象的变化, 可通过以下三种流量调度模式: userspace(废弃)、iptables(濒临废弃)、ipvs(推荐,性能最好)来实现网络的转发。
Pod、RC与Service的逻辑关系
Kubernetes的Service定义了一个服务的访问入口地址,前端的应用(Pod)通过这个入口地址访问其背后的一组由Pod副本组成的集群实例,Service与其后端Pod副本集群之间则是通过Label Selector来实现无缝对接的。RC的作用实际上是保证Service的服务能力和服务质量始终符合预期标准。
2.6 Ingress
Service 主要负责 K8S 集群内部的网络拓扑,那么集群外部怎么访问集群内部呢?这个时候就需要 Ingress 了。Ingress 是整个 K8S 集群的接入层,负责集群内外通讯。
Ingress 是 K8S 集群里工作在 OSI 网络参考模型下,第7层的应用,对外暴露的接囗,典型的访问方式是 http/https。Service 只能进行第四层的流量调度,表现形式是 ip+port。Ingress 则可以调度不同业务域、不同URL访问路径的业务流量。
比如:客户端请求 http://www.stevelu.com:port —> Ingress —> Service —> Pod
2.7 Name
由于 K8S 内部,使用 “资源” 来定义每一种逻辑概念(功能),所以每种 “资源”,都应该有自己的 “名称”。“资源” 有 api 版本(apiversion)、类别(kind)、元数据(metadata)、定义清单(spec)、状态(status)等配置信息。“名称” 通常定义在 “资源” 的 “元数据” 信息里。在同一个 namespace 空间中必须是唯一的。
2.8 Namespace
Namespace(命名空间)是Kubernetes系统中的另一个非常重要的概念,Namespace在很多情况下用于实现多租户的资源隔离。Namespace通过将集群内部的资源对象“分配”到不同的Namespace中,形成逻辑上分组的不同项目、小组或用户组,便于不同的分组在共享使用整个集群的资源的同时还能被分别管理。
Namespace 是为了把一个 K8S 集群划分为若干个资源不可共享的虚拟集群组而诞生的。不同 Namespace 内的 “资源” 名称可以相同,相同 Namespace 内的同种 “资源”,“名称” 不能相同。合理的使用 K8S 的 Namespace,可以使得集群管理员能够更好的对交付到 K8S 里的服务进行分类管理和浏览。
K8S 里默认存在的 Namespace 有
default
kube-system
kube-public 等