开发者学习笔记【阿里云云原生助理工程师认证（ACA）课程：容器技术基础-Kubernetes 概念与架构】
课程地址：https://edu.aliyun.com/course/3112075/lesson/19013
容器技术基础-Kubernetes 概念与架构
内容介绍：
一、Kubernetes 核心概念
二、Kubernetes 架构
一、Kubernetes 核心概念
（1）pod
Kubernetes 的核心概念是 pod，它作为容器的扩容机制解决了很多问题，它将容器归类为一体，形成一个容器体，就是我们说的 pod，pod 集群可承载任务的原子单元。
一个 pod 实际上分装了多个容器化的应用，用于帮助用户调度工作，负载，并为这些容器提供所需的联网和存储服务。Kubernetes其他部分可以帮助用户在这些pod之间达成负载均衡，确保运行正确的数量容器，以充分来支持实际的工作负载。
我们可以理解为 Pod 是 Kubernetes 中能够创建和部署的最小单元，是 Kubernetes 实际的一个应用实例。在Kubernetes上，它并不是以Docker的容器方式去运行，而是以pod的方式来运行一个实例。一个pod总是部署在同一个节点的node上，Pod集群是可承载任务的原子单位。 Pod不仅仅支持这Docker样的一个环节，还是支持多种容器的环境。Docker是现在最流行的一个事实标准的技术。
Pod可以给我们带来哪些好处呢？
1.首先Pod作为一个可以独立运行的服务单元，解放了应用部署的难度，以更高的抽象性为应用部署提供了极大的方便。
2．Pod作为最小的应用实例可以独立运行，可以方便的进行部署，包括水平扩展以及水平收缩，方便进行资源的调度管理，资源的合理分配。
3.pod中的容器共享相同的数据和网络空间，它们之间可以进行统一的资源管理与分配。
4.pod也有自己的生命周期，像单独的容器应用一样，pod并不是持久运行。pod创建后Kubernete为其分配一个uid，并且Container调度到 node 中运行，然后 pod 一直保持运行状态直到运行结束或者被删除。在node 发生故障时，Container负责将其调动到其他的node 中。node和容器的运行时是比较相似的，可能随时会被停止，启停或发生故障。由于其他的节点来去承担这个 pod 工作。这就是pod 一个核心概念，它是供你部署和创建的最小单元，Kubernetes集群中的一个应用实例。
（2）volume
第二个核心概念是volume，volume就是劵的概念， 它是用来管理Kubernetes存储的，是用来声明pod中的容器可以访问的文件目录。pod本身是不储存数据的，需要定制一个底层可以访问的文件目录。一个劵可以在挂在pod中一个或多个的容器指定的目录下。
volume本身也是一个抽象概念，一个 volume可以支持多种后端存储，比如Kubernetes volume就支持很多的存储插接的方式，它可以支持本地存储，也可以支持云的存储，还可以支持一些分布式的存储，还有阿里云上的云盘等。
默认情况下Docker容器中的数据是非持久化的，在容器消亡后数据也会消失，因此Docker提供了Volume机制以便实现数据的持久化。Kubernetes中 Volume 的概念与Docker 中的 Volume 类似，但不完全相同。区别主要在Kubernetes中的Volume 与pod的生命周期相同，但与容器的生命周期不相干，但容器终止或重启时Volume中的数据不会丢失，但pod被删除时，Volume才会被清理，并且数据是否丢失取决于Volume的具体类型。比如，App DIR类型的pod数据会丢失，而PV类型的数据则不会丢失。 要了解volume是pod中能够被容器共享的磁盘目录，要理解持久化的理念。
（3）deployment
第三个核心概念 deployment，Deployment是在 pod 这个抽象上更为擅长的一个抽象，它可以定义一组pop的复合数，以及这个pod的版本。
一般我们用Deployment这个抽象来做应用真正的管理。pod是组deploy最小的单元。 一般情况下，我们并不会直接去创建某一个pod的，而是先创建Development，然后通过Development再去创建pod。由Development负责创建、更新、维护管理所有pod。Kubernetes是通过controller，也就是我们刚才提到的控制器去维护Deployment中的pod数目， 他也会去帮助Deployment自动恢复失败的pod。
比如说我们定义了一个Deployment。 这个Deployment里面需要两个pod。 当一个pod失败的时候，控制器就会监测到，重新把Deployment中的pod数从一个恢复到两个，再去新生成一个pod。通过控制器，我们也会帮助完成发布的策略。比如说，进行滚动升级，进行重新生成的升级，或者进行版本的回归,这就是我们为什么在通过 Kubernetes上可以进行相应的自动回滚和进行相应的不同版本的发布。
它都是通过Development这个概念，通过控制器指定不同的策略来进行版本的发布。Development是管理pod种抽象的方式， 我们一般不直接创建pod，而是通过Development创建pod。这个也是我们需要了解的，这些核心概念能够更好的帮我们理解Kubernetes是如何来运转的。
（4）Service
Kubernetes还有一个核心概念 Service，Service 是 Kubernetes最核心的概念,通过创建service服务为一组具有相同功能的容器应用提供一个统一的入口地址，并且将其请求进行负载分发到后端的各个容器应用上。
在上面我们也看到一个Deployment，可以有两个或者更多的这种相同的pod，对外部用户来说，访问哪个pod其实都是一样的，所以就希望做一次负载均衡,所以做负载均衡的同时,我们可能只访问某一个固定的VIP，也就是虚拟的ip地址，而不希望知道每个具体pod ID地址。
Pod本身像容器一样，随时可能会被停止或随时会被终止，一个pod败了会换成另外一个新的pod来提供服务。
对一个外部用户来说，如果把每个pod都用来提供一个访问ip的话， 用户需要不停的更新pod地址会带来很多的麻烦,Pod在失败重启之后，我们希望有一个抽象把所有pod访问能力抽象成第三方的一个ip地址。用来实现 Kubernetes这种抽象，我们称之为Service。
它相当于是一组服务的一个统一入口地址，就是提供一个或者多个pod指令,一组具有相同功能的容器来提供一个统一的入口地址，稳定的访问地址。
service和网络有很大的关系，网络本身的分配才能实现service访问,所以说Service本身支持多网络访问方式的实现，比如常见的class ID、No pot和no balance多种方式来实现设备访问。
知道了服务概念就能理解pod之间如何形成多个服务，服务之间如何来发现，需要统一的入口，通过统一的入口保证pod失败，而不影响对外的服务，这就是Service重要的一个概念。
（4）Namespace
Kubernetes还有一个核心的概念namespace。namespace做为一个集群内部的逻辑隔离，它包括健全管理、资源管理。
Kubernetes的每个资源在很多情况下， Namespace是用于实现多用户的资源管理，相当于同一个 Namespace资源需要命名不同的kubernetes资源可以重名，Kubernetes相当于为用户提供了一个逻辑隔离的空间，可以让他为不同的开发者去做相应的部署和服务。可以认为Namespace是供应集群的一个虚拟化集群，在一个库里集群中可以拥有多个命名空间，他们在逻辑上是彼此隔离的，他们可以为你的团队提供组织安全性能方面的保障，通过这种方式 Namespace实现了逻辑的隔离。可以把它理解为一个虚拟化机群，帮助实现多租户的概念。
kubernetes平台上多个考察团队他们相互之间的开放运行就会受到影响，能够更好的帮们管理多团队多用户之间的资源划分和管理，这就是Namespace概念。
前面我们说了pod、Volume Deployment.、Service.Namespace，这些概念都是Kubernetes技术实现的一个核心基础。
首先Kubernetes通过 pod 实现这个容器的管理，我们认为一个 pod就是方块，它可以包含多个容器运行的示例，volume就是实现数据持久化的存储。
关注 pod来写底层数据，pod失败的时候不会影响数据存储和数据化的泄露。deployment是实现容器的这种部署和扩容以及历史版本的回归。service实现了容器应用对外提供的一个统一的目录地址，实现服务被外部的统一访问和调用。
namespace实现了多租户的资源隔离，提供了整个租户类的资源安全性等方面的保障，知道了这几个概念之后，就能够帮助kubernetes实现核心的功能。
二、Kubernetes 核心架构
Kubernetes系统用于管理分布式节点集群中的微服务或容器化应用程序，提供了零停机时间部署、提供相应的版本自动回滚、扩缩容和容器的自愈，自动配置、自动重启、自动复制的高弹性基础架构。Kubernetes是如何实现的呢？
Kubernetes也是遵循CS，也就是客户端和服务端得到架构模式。系统架构分为Master节点和Node节点两部分。
Master是主控节点，Master为服务端，Node节点作为客户端。控制系统具有多个Master，可以部署多个Master服务端，帮助系统来实现高可用。
在MOD情况下，一个Master服务端可以完成所有的工作，但需要做相应的高可用。
我们推荐三个或者甚至更多的节点去做Master。多个Master可以帮助我们更好的提高系统的高可用。
Kubernetes Master (主控节点)是集群的“大脑”，负责管理所有节点(Node)，相当于中间的主控节点，负责所有集群信息的通知，调度Pod在哪些节点上运行，负责控制集群运行过程中的所有状态。
Kubernetes Node(工作节点)是负责管理Node节点上所有运行的Pod，负责监控上报Node节点上所有Pod的运行状态。
Node是一个容器运行的环境和状态时，主控节点是它的一个管理节点，可以这样去理解它。
Master服务端核心组件包括apiserver、controller-manager，scheduler集群调度服务，etcd一个分布式的存储系统。
1. kube-Apiserver
Apiserver就是kube-apiserver，顾名思义它是用来做API操作的。Kubernetes中所有的组件都会和apiserver进行连接，组件与组件之间，它不会进行独立的连接，都是依赖于apiserver进行消息的传送，可以把apiserver简单的理解为Kubernetes统一对外的控制器的统一入口，无论在操作任何电器的时候，比如冰箱有冷冻冷藏统一有一个控制界面，相当于Apiserver
通过apiserver和其他所有的功能节点进行交互，来实现命令的传达和信息的传送。
2.kube-controller-manager
kube-controller-manager是集群中所有资源对象的自动化控制中心，controller-manager被称为管理控制器，负责管理Kubernete集群的节点以及Pod副本。service服务端点访问的端口namespace服务账户、资源定额等所有管控的一个组件。自动化控制中心控制器负责完成对集群状态的一些管理，其默认提供了一些控制器，它是由多个不同的控制器组合而成，例如deployment controller控制器、Lets base控制器等这些，每个控制器都通过kube-apiserver组件来提供接口实时监控，调入整个集群的资源来满足当前的一个状态。当发生一些故障而导致系统出现状态变化的时候，会尝试将系统的状态修复到一个可期望的状态，这就具备Kubernete治愈功能。
3.kube-Schedule
Schedule是调度器，调度器顾名思义就是完成所有资源的调度，可以把一个用户提交的容器以及对CPU和内存的请求大小，找到一个合适的Pod基点进行Pod放置。
后面的场景中，我们会来讲解一下Pod的调度算法，如何找到一个合适的Pod进行容器的放置，调度器每次只调度一个Pod资源对象，为每一个Pod资源对象找到一个合适的Pod过程，是调度的一个整体的周期。Pod本身是不具备此句话的，因此它需要一个Etcd，一个分布式的存储系统。apiserver中所需的原始信息都放置在Etcd中.
4.Etcd
Etcd本身就是一个高可用的系统，通过Etcd机制，能够保证整个Kubernetes Master组件高可用。apiserver是集群的统一入口，controller-manager控制器去做集群中所有状态的控制，scheduler调度服务器是对集群Pod的资源对象整体的一个调度服务，Etcd分布式存储系统.
Kubernetes 架构-node 客户端组件,Node节点客户端有哪些组件，起到哪些重要的作用
1. kubelet
Kubernetes Node是真正运行右负载的地点，每个右负载都会以pod形式进行运行，一个pod中会运行一个或多个容器，真正去运行pod组件叫做kubelet，kubelet负责管理节点上容器的创建，删除，启停等任务，与Master节点进行通信。
Kubelet是Kubernetes中最重要的Node节点控制器，是维护容器的生命周期，并管理容器存储和容器的网络，它是Pod和Node api主要实现的方式，kubelet负责驱动容器底层的执行层，在kubelet中应用容器彼此是隔离的，运行主机也是隔离的，对应用进行独立管理的关键节点是Kubelet，Node节点是对外执行命令的一个关键的统一路口，他是负责节点上容器的创建，删除、启停的功能。
2. Kube-proxy
Kube-proxy负责Kubernetes服务的通讯及负载均衡的服务，在Kubernete中自己环境中也会有Kubernete网络服务，为了提供severce net来进行搭网主网，真正完成service 主网的组建是Kubernetes，它是利用achetable的能力 组建Kubernetes network，就是classnetwork。
3. Container Runtime
Container Runtime是Kubernetes工作节点中的一个组建是为了运行每个节点上的容器。我们知道Kubernetes是容器的编排和管理引擎，容器运行是非常重要的。Container Runtime、K8s节点的底层使容器运行时支撑负责启停容器，理解容器的是docker，但它并不是唯一的事实。
事实上容器运行时在这个领域包含很多技术，使得Kubernetes扩展变得更加开放，扩展变得更加容易，node的客户端的关键的三个组件。
Kubernetes是负责管理节点上的容器的创建删除启停的任务，与master节点进行通讯，传达master节点所下发的apiserver的指令。
Kube-proxy是负责server网络的主管，负责Kubernetes服务的一种通信及负载均衡。Container Runtime负责容器的基础管理的服务，是接收kubelet组件的指令对容器启停或者是增加这样具体的启动命令。
