白话 Kubernetes 基础概念

2020-01-04

Kubernetes 简介

微服务框架的流行，使得服务越来越精细化，服务也变的越来越多，对于发布和管理而言产生了巨大的挑战，而 Docker 的诞生，给与微服务的资源治理和控制提供了很好的基础。容器化可以解决各个不同语言环境部署、移植性高、跨平台部署等。但是 Docker 对于容器服务的编排没有那么方便，因为 Docker 这方面不足，而诞生 Kubernetes，Kubernetes 是一个可移植的、可扩展的开源平台，用于管理容器化的工作负载和服务，可促进声明式配置和自动化。

使用 Kubernetes 带来那些方便

快速部署应用
很容易实现水平伸缩或垂直伸缩
无缝发布新的应用版本
资源使用最大化
应用停止自动重启

Kubernetes 特点

可移植：支持公有云、私有云、混合云、多重云（multi-cloud）
可扩展：模块化、插件化、可挂载、可组合
自动化：自动部署、自动重启、自动复制、自动伸缩/扩展

为什么需要 Kubernetes，它能做什么?

容器是打包和运行应用程序的好方式。在生产环境中，您需要管理运行应用程序的容器，并确保不会停机。例如，如果一个容器发生故障，则需要启动另一个容器。如果系统处理此行为，会不会更容易？

这就是 Kubernetes 的救援方法！Kubernetes 为您提供了一个可弹性运行分布式系统的框架。Kubernetes 会满足您的扩展要求、故障转移、部署模式等。

Kubernetes 为您提供：

服务发现和负载均衡：Kubernetes 可以使用 DNS 名称或自己的 IP 地址公开容器，如果到容器的流量很大，Kubernetes 可以负载均衡并分配网络流量，从而使部署稳定。
存储编排：Kubernetes 允许您自动挂载您选择的存储系统，例如本地存储、公共云提供商等。
自动部署和回滚：您可以使用 Kubernetes 描述已部署容器的所需状态，它可以以受控的速率将实际状态更改为所需状态。例如，您可以自动化 Kubernetes 来为您的部署创建新容器，删除现有容器并将它们的所有资源用于新容器。
容器资源配额：Kubernetes 允许您指定每个容器所需 CPU 和内存（RAM）。当容器指定了资源请求时，Kubernetes 可以做出更好的决策来管理容器的资源。
自我修复：Kubernetes 重新启动失败的容器、替换容器、杀死不响应用户定义的运行状况检查的容器，并且在准备好服务之前不将其通告给客户端。
密钥与配置管理：Kubernetes 允许您存储和管理敏感信息，例如密码、OAuth 令牌和 ssh 密钥。您可以在不重建容器镜像的情况下部署和更新密钥和应用程序配置，也无需在堆栈配置中暴露密钥。
配置文件：Kubernetes 可以通过 ConfigMap 来存储配置。

Kubernetes 基础资源定义和理解

一切皆为资源，一切即可描述，一切皆可管理。

NameSpaces

命名空间，在一个 Kubernetes 集群中可以使用namespace创建多个“虚拟集群”，这些namespace之间可以完全隔离，也可以通过某种方式，让一个namespace中的service可以访问到其他的namespace中的服务。

Deployment

Deployment 为 Pod 和 ReplicaSet 提供了一个声明式定义(declarative)方法，用来替代以前的 ReplicationController 来方便的管理应用。典型的应用场景包括：

定义Deployment来创建Pod和ReplicaSet
滚动升级和回滚应用
扩容和缩容
暂停和继续Deployment

Service

Kubernetes Service 定义了这样一种抽象：一个 Pod 的逻辑分组，一种可以访问它们的策略 —— 通常称为微服务。这一组 Pod 能够被 Service 访问到，通常是通过 Label Selector实现的。

Ingress

Ingress 是从 Kubernetes集群外部访问集群内部服务的入口。比如官方维护的 Ingress Nginx。ingress traefik、ingress haproxy等。

Pod

Pod 是 kubernetes 中你可以创建和部署的最小也是最简的单位。Pod代表着集群中运行的进程。

Pod中封装着应用的容器（有的情况下是好几个容器），存储、独立的网络IP，管理容器如何运行的策略选项。Pod代表着部署的一个单位：kubernetes中应用的一个实例，可能由一个或者多个容器组合在一起共享资源。

ConfigMap

ConfigMap API 资源用来保存 key-value pair配置数据，这个数据可以在pods里使用，或者被用来为像controller一样的系统组件存储配置数据。虽然 ConfigMap 跟 Secrets 类似，但是ConfigMap更方便的处理不含敏感信息的字符串。注意：ConfigMaps不是属性配置文件的替代品。ConfigMaps只是作为多个properties文件的引用。你可以把它理解为Linux系统中的/etc目录，专门用来存储配置文件的目录。

Secret

Secret 解决了密码、token、密钥等敏感数据的配置问题，而不需要把这些敏感数据暴露到镜像或者Pod Spec中。Secret 可以以Volume或者环境变量的方式使用。

Secret有三种类型：

Service Account ：用来访问Kubernetes API，由Kubernetes自动创建，并且会自动挂载到Pod的/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount目录中；
Opaque ：base64编码格式的Secret，用来存储密码、密钥等；
kubernetes.io/dockerconfigjson ：用来存储私有docker registry的认证信息。

PV 和 PVC

用于数据持续存储，Pod中，容器销毁，所有数据都会被销毁，如果需要保留数据，这里就需要用到 PV存储卷，PVC存储卷申明。

PVC 常用于 Deployment 做数据持久存储。实现持久化存储还需要理解 Volume 概念。

Volume

容器磁盘上的文件的生命周期是短暂的，这就使得在容器中运行重要应用时会出现一些问题。首先，当容器崩溃时，kubelet 会重启它，但是容器中的文件将丢失——容器以干净的状态（镜像最初的状态）重新启动。其次，在 Pod 中同时运行多个容器时，这些容器之间通常需要共享文件。Kubernetes 中的 Volume 抽象就很好的解决了这些问题。