一、简介

　　1、什么是Kubernetes

　　　　简称K8s,用8代替8个字符“ubernerte”而成的速写，K8s是一个开源的容器编排平台，它是一个跨主机集群的开源容器调度平台，用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用，它可以自动化应用容器的部署、扩展、的操作，k8s的目标是让部署容器化的应用简单并且高效，构建一个软件和工具的生态系统，以减轻企业在公有云或私有云运行应用程序的负担，；K8s提供了应用部署、规划，更新，维护的一种机制。

　　　　K8s项目由Google公司在2014年启动，Kubernetes建立在google公司超过十余年阿运维经验基础之上，Google所有的应用都运行在容器上，再与社区中最好的想法和实践相结合，也许它是现在最受欢迎的容器平台。

　　2、使用K8s可以快速高效响应客户的需求：

　　　　快速、可预测地部署您的应用程序

　　　　拥有即使扩展应用程序的能力

　　　　不影响现有业务的情况下，无缝地发布新功能

　　　　优化了硬件资源，降低成本

　　3、K8s具有如下特点：

　　　　便捷性：无论公有云、私有云、混合云还是多云架构都全面支持

　　　　可扩展性：它是模块化、可插拔、可挂载、可组合，支持各种形式的扩展

　　　　自修复：它可以自保持应用状态、可自重启、自复制、自缩放的，通过声明式语法提供了强大的自修复能力

　　4、三个时代说明，K8s为什么如此有用

　　　　传统部署时代：早期，组织都是再物理服务器上运行应用程序，无法位物理服务器中的应用定义资源边界，着会导致资源分配问题。比如，如果再物理服务器上运行多个应用程序，可能会出现一个应用占用大部分资源，其他应用程序的性能就将下降，解决方案往往是在不同服务器上运行每个应用程序，但这并没有随着资源利用不足而扩展资源，并且维护诸多物理服务器成本也很高。

　　　　虚拟化部署时代：为了解决上面提到的资源分配问题，引入了虚拟化，它允许在单个物理服务器的CPU上允许多个虚拟机（VM）。虚拟化允许应用程序在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个应用程序自由访问。

　　　　　　　　　　　　虚拟化可以更好的利用物理服务器中资源，并可以实现更好的可伸缩性，因为可以轻松地添加或更新应用程序，降低硬件成本等等。借助虚拟化，您可以将一组物理资源呈现位一组一次性虚拟机。

　　　　　　　　　　　　每个VM是一台完整的计算机，在虚拟化硬件上运行所有组件，包括其自己的操作系统

　　　　容器部署时代：容器类似VM，但是他们具有轻松的隔离属性，可以在应用程序之间共享操作系统。因此，容器被认为是轻量的，与VM相似，容器具有自己的文件系统，CPU，内存，进程空间等。由于他们与基础架构分离，因此可以跨云和OS分发进行移植

　　5、补充使用容器的好处

　　　　敏捷的应用程序创建和部署：与使用VM镜像相比，容器镜像创建的简便性和效率更高。

　　　　持续的开发，集成和部署：通过快速简单的回滚（镜像不可更改），提供可靠且频繁的容器镜像构建和部署。　

　　　　开发和运营的关注点分离：在构建/发布时，而不时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信号。

　　　　跨开发，测试和生成环境一致性：在便捷式计算机上与在云中相同的运行。

　　　　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。

　　　　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，而不时在一台大型单机上运行的整体堆栈。

　　　　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。

　　6、K8s提供了哪些功能

　　　　服务发现和负载均衡

　　　　　　K8s可以使用DNS名称或使用其自己的IP地址公开容器。如果到容器的流量很高，K8s可以负载均衡分配流量，使部署稳定

　　　　存储编排

　　　　　　允许自动挂载选择的存储系统，例如本地存储，公有云提供商等。

　　　　自动部署和回滚

　　　　　　可以使用Kunbernetes描述已经部署容器的所需状态，并可以以控制速率将实际状态更改所需状态。比如可以自动化Kubernetes来位您的部署创建新容器，删除现有容器并将他们的所有资源用于新容器

　　　　自动包装

　　　　　　一个Kubernetes集群，可以用于容器化任务，可以指定每个容器需要多少CPU和内存，使其充分利用资源。　　　

　　　　自检

　　　　　　Kubernetes可以重新启动失败的容器，替换容器，杀死对用户定义的运行状态检查没有响应的容器，并且在准备好服务之前不会将其通告给客户端

　　　　加密管理

　　　　　　Kubernetes允许存储和管理敏感信息，如密码，auth令牌和ssh密钥，可以部署和更新机密的应用程序配置，而无需重新构建容器镜像，也无需在堆栈配置中公开。

　　7、kubernetes不是什么

　　　　不是一个传统意义上包罗万象的Paas系统，它保留用户的自由选择，比如：

　　　　　　不限制支持的应用程序类型，不限制应用程序框架，不限制支持的语言（java/python/ruby）支持多种多样的工作负载，包括无状态，有状态和数据处理工作负载。

　　　　　　不提供内置服务的中间件（例如：消息中间件）、数据处理框架（例如：spark）、数据库（例如：mysql）和分布式存储（例如Ceph），这些应用可以允许在K8s上。

　　　　　　没有提供点击即部署的服务市场。

　　　　　　源代码到镜像都是开源的，它不部署源代码且不构建您的应用程序。持续集成，交付和部署（CI/CD）工作流取决各公司组织的文化和偏好。

　　　　　　允许用户选择其他的日志记录，监控和告警系统，（它也提供一些集成作为概念证明）。

　　　　　　不提供也不要求应用程序配置语言/系统，提供一个声明性API，可以通过任意形式的声明性规范。

　　　　　　不提供也不采用任何全面的机器配置，维护，管理或自动修复系统。

　　　　 另外许多Paas系统运行在K8s上面，比如openshift，deis，eldarion，可以自定义自己的paas与自己选择的CI系统集成，或与K8s一起使用，将容器镜像部署到K8s上。

　　　　由于K8s在应用级别而不是仅仅在硬件级别运行，因此它提供Paas产品通用的一些功能，如：部署、扩展、负载均衡、日志记录、监控等。但是K8s不是单一的，默认是可选和可插拔的。

　　　　K8s也不仅仅是一个编排系统，它消除了编排的需要，编排代表工作流的执行为从A到B，然后到C，相反，K8s是包括一套独立、可组合的控制过程，通过声明式语法使其连续地朝向期望状态驱动当前状态，不需要告诉它具体的从A到C的过程，只需要告诉到C的状态即可，也不需要集中控制，这使得系统更易于使用，并且强大，更具有弹性和扩展性。

二、K8s架构

　　1、整体架构

三、常见组件

　　　　请见图示1：分别包含1、2、3、4

　　1、master：

　　　　Kubernetes管理节点

　　2、apiserver：

　　　　提供接口服务，用户通过apiserver来管理整个容器集群平台。API Server负责和Etcd交互（其他组件不会直接操作etcd，只有API Server这么做），整个Kubernetes集群的所有交互都是以API server为核心的。如：1、所有对集群进行的查询和管理都要通过API来进行；2、所有模块之间并不会互相调用，而是通过和API Server打交道来完成自己那部分的工作、API Server提供的验证和授权保证了整个集群的安全

　　3、scheduler Kubernetes 调度服务：

　　4、Replication Controllers 复制：

　　　　　保证pod的高可用

　　　　　Replication Controller是Kubernetes系统中最有用的功能，实现复制多个Pod副本，往往一个应用需要多个Pod来支撑，并且可以保证其复制的副本数，即使副本所调度分配的宿主机出现异常，通过Replication Controller 可以保证在其它宿主机启用同等数量的Pod。Replication Controller 可以通过repcon模板来创建多个Pod副本，同样也可以直接复制已存在Pod，需要通过Label selector来关联

　　　　请见图示2：包含5、6、7、8

　　5、minion：

　　　　真正运行容器container的物理机。Kubernets中需要很多minion集群，来提供运算

　　6、container：

　　　　容器，可以运行服务和程序

　　7、Pod：

　　　　Kubernetes系统中，调度的最小颗粒不是单纯的容器，而是抽象成一个Pod，Pod是一个可以被创建、销毁、调度、管理的最小部署单元。pod中可以包括一个或一组容器。

　　　　　　pod：豆荚的意思，如下图示理解pod及容器实例：

　　8、Kube_prox 代理：

　　　　做端口转发，相当于LVS-NAT模式中的复制调度器

　　　　Proxy解决了同一宿主机，相同服务端口冲突的问题，还提供了对外服务的能力，Proxy后端使用了随机、轮询负载均衡算法。

　　9、etcd：

　　　　存储Kubernetes的配置信息，可以理解为K8s数据库，存储这K8s容器平台所有节点、pods、网络等信息

　　10、services：

　　　　services是Kunbernetes最外围的单元，通过虚拟一个访问IP及服务端口，可以访问我们定义好的Pod资源。目前的版本是通过iptables的nat转发来实现，钻发的目标端口为Kube_proxy生成的随机端口。

　　11、Lables标签：

　　　　Lables是用于区分Pod、Service、Replication Controller的key/value键值对，仅使用在Pod、Service、Replication Controller之间的关系识别，但对这些单元本身进行操作时得使用name标签。

　　12、Deployment部署

　　　　　　Kubernetes Deployment用于更新Pod和Replica Set（下一代的Replication Controller）的方法，可以在Deployment对象中只描述你所期望的理想专题（预期运行状态），Deployment控制器会将现在的实际状态转换成期望的状态。例如，将所有的webapp：v1.0.9升级成webapp：v1.1.0，只需要创建Deployment，Kubernetes会按照Deployment自动进行升级，通过Deployment可以用来创建新的资源

　　　　　　Deployment可以帮我们实现无人值守的上学，大大降低我们上线的复杂和风险

　　13、Kubelet命令

　　　　　　Kubelet和Kube-proxy都运行在minion节点上

　　　　　　Kube-proxy实现Kubernetes网络相关内容

　　　　　　Kubelet命令管理pod、pod中容器机让其的镜像和卷等信息

　　14、总结：各组件之间的关系

　　　　1）、kubernetes由一个master和多个minion组成，master通过api提供服务接收kubectl的请求来调度管理集群，kubectl是k8s平台的一个管理命令

　　　　2）、Replication controller定义了多个pod或者容器需要运行，如果当前集群中运行的pod或容器达不到配置的数量，replication controller会调度容器在多个minion上运行，保证集群中的pod数量

　　　　3）、service则定义真实对外提供的服务，一个service会对应后端运行的多个container。

　　　　4）、Kubernetes是一个管理平台，minion上的kube-proxy拥有提供真实服务公网IP，客户端访问K8S中提供的服务，是直接访问到kube-proxy上的。

　　　　5）、在kubernetes中pod是一个基本单元，一个pod可以是提供相同功能的多个container，这些容器会被部署在同一个minion上，minion是运行Kubelet中容器的物理机，minion介绍master的指令创建pod或者容器。