一、Kubernetes简介

1、Kubernetes 是Google在2014年开源的一个容器集群管理系统，Kubernetes简称K8S。
2、K8S用于容器化应用程序的部署，扩展和管理。
3、K8S提供了容器编排，资源调度，弹性伸缩，部署管理，服务发现等-一系列功能。
4、Kubernetes目标是让部署容器化应用简单高效。

官方网站: http://www.kubernetes.io

二、Kubernetes特点

1、自我修复

在节点故障时重新启动失败的容器，替换和重新部署，保证预期的副本数量：杀死健康检查失败的容器，并且在未准备好之前不会处理客户端请求，确保线上服务不中断。

2、弹性伸缩

使用命令、UI或者基于CPU使用情况自动快速扩容和缩容应用程序实例，保证应用业务高峰并发时的高可用性；业务低峰时回收资源，以最小成本运行服务。

3、自动发布（默认滚动发布模式）和回滚

K8S采用滚动更新策略更新应用，一次更新一个Pod，而不是同时删除所有Pod，如果更新过程中出现问题，将回滚更改，确保业务升级不受影响。

4、服务发现和负载均衡

K8S为多个容器提供一个统一访问入口 (内部IP地址和一个DNS名称)，并且负载均衡关联的所有容器，使得用户无需考虑容器IP问题。

5、集中化配置管理和密钥管理

管理机密数据和应用程序配置，而不需要把敏感数据暴露在镜像里，提高敏感数据安全性。并可以将一些常用的配置存储在K8S中，方便应用程序使用。

6、存储编排，支持外挂存储并对外挂存储资源进行编排

挂载外部存储系统，无论是来自本地存储，公有云(如AWS)，还是网络存储 (如NFS、GlusterFS、 Ceph)都作为集群资源的一部分使用，极大提高存储使用灵活性。

7、任务批量处理运行

提供一次性任务，定时任务；满足批量数据处理和分析的场景。

三、Kubernetes集群架构与组件

K8S 是属于主从设备模型(Master-slave架构)，即有 Master节点负责集群的调度、管理和运维，slave 节点是集群中的运算工作负载节点。在K8S 中，主节点一般被称为Master节点，而从节点则被称为worker Node节点，每个Node 都会被Master分配一些工作负载.

Master组件可以在群集中的任何计算机上运行，但建议Master节点占据一个独立的服务器。因为Master 是整个集群的大脑，如果Master所在节点宕机或不可用，那么所有的控制命令都将失效。除了Master，在K8S 集群中的其他机器被称为worker Mode节点，当某个Node宕机时，其上的工作负载会被Master 自动转移到其他节点上去。

1、核心组件

（1）、kube-apiserver（集群统一入口）

• 用于暴露 Kubernetes API，任何资源请求或调用操作都是通过kube-apiserver提供的接口进行。以HTTP Restful API提供接口服务，所有对象资源的增删改查和监听操作都交给 API server 处理后再提交给 Etcd存储。

可以理解成API server. 是K8S的集群统一入口请求入口服务。API server 负责接收K8S所有请求(来自UI 界面或者CLI命令行工具)，然后根据用户的具体请求，去通知其他组件干活。可以说API server 是K8S集群架构的大脑。

（2）、kube-controller-manager（负责维护集群状态）

• 运行管理控制器，是K8S 集群中处理常规任务的后台线程，是K8S 集群里所有资源对象的自动化控制中心。在K8S集群中，一个资源对应一个控制器，而Controller manager就是负责管理这些控制器的。

由一系列控制器组成，通过API Server监控整个集群的状态，并确保集群处于预期的工作状态，比如当某个Node意外宕机时，Controller Manager会及时发现并执行自动化修复流程，确保集群始终处于预期的工作状态。

这些控制器主要包括:

●NodeController(节点控制器): 负责在节点出现故障时发现和响应。

●Replication Controller (副本控制器) : 负责保证集群中一个RC (资源对象Replication Controller) 所关联的Pod
副本数始终保持预设值。可以理解成确保集群中有且仅有N个Pod实例，N是RC中定义的Pod副本数量。

●Endpoints Controller (端点控制器) : 填充端点对象 (即连接Services 和Pods) ，负责监听Service 和对应的Pod副本的变化。
可以理解端点是- - 个服务暴露出来的访问点，如果需要访问一一个服务，则必须知道它的endpoint.

●Service Account & Token Controllers (服务帐户和令牌控制器) : 为新的命名空间创建默认帐户和API 访问令牌。

●ResourceQuotaController(资源配额控制器): 确保指定的资源对象在任何时候都不会超量占用系统物理资源。

●Namespace Controller (命名空间控制器) : 管理 namespace 的生命周期。

●Service Controller (服务控制器) : 属于K8S 集群与外部的云平台之间的一- 个接口控制器。

（3）、kube-scheduler（负责资源调度）

• 是负责资源调度的进程，根据调度算法为新创建的Pod选择一个合适的 Node节点。

可以理解成K8S所有Node 节点的调度器。当用户要部署服务时，Scheduler 会根据调度算法选择最合适的Node 节点来部署Pod。

●预算策略(predicate )
●优选策略(priorities)

• API server 接收到请求创建一批Pod，API Server 会让Controller-manager按照所预设的模板去创建Pod, Controller -manager会通过API Server去找 Scheduler 为新创建的Pod选择最适合的Node节点。比如运行这个Pod需要2C4G的资源，Scheduler会通过预算策略在所有Node节点中挑选最优的。Node节点中还剩多少资源是通过汇报给API Server存储在etcd里，API Server 会调用一个方法找到etcd里所有Node节点的剩余资源，再对比Pod所需要的资源，在所有Node节点中查找哪些Node节点符合要求。
• 如果都符合，预算策略就交给优选策略处理，优选策略再通过CPU 的负载、内存的剩余量等因索选择最合适的Node 节点，并把Pod调度到这个Node节点上运行。

根据调度算法为新创建的Pod选择一个Node节点，可以任意部署，可以部署在同一个节点上，也可以部署在不同的节点上。

2、配置存储中心

（1）、etcd（分布式键值存储系统，用于保存集群状态数据）

K8S的存储服务。etcd是分布式键值存储系统，存储了K8S 的关键配置和用户配置，K8S 中仅API Server 才具备读写权限，其他组件必须通过API Server 的接口才能读写数据。

分布式键值存储系统。用于保存集群状态数据，比如Pod、Service等 对象信息。

3、Node组件

（1）、kubelet

• kubelet是Master在Node节点上的Agent，管理本机运行容器的生命周期，比如创建容器、pod挂载数据卷、下载secret、获取容器和节点状态等工作。kubelet将每个Pod转换成一组容器。

Node 节点的监视器，以及与Master 节点的通讯器。Kubelet 是Master. 节点安插在Node节点上的“眼线”，它会定时向API Server 汇报自己.
Node 节点上运行的服务的状态，并接受来自Master节点的指示采取调整措施。

从Master 节点获取自己节点上 pod. 的期望状态(比如运行什么容器、运行的副本数量、网络或者存储如何配置等)，
直接跟容器引擎交互实现容器的生命周期管理，如果自己节点上Pod的状态与期望状态不一致，则调用对应的容器平台接口(即docker的接口)达到这个状态。

管理镜像和容器的清理工作，保证节点上镜像不会占满磁盘空间，退出的容器不会占用太多资源。

PS: Kubelet真是个苦逼老父亲， 又当爹又当妈，一把屎一 把尿把这 些容器拉扯大，还要给它们养老送终。

（2）、kube-proxy

• 在每个Node节点上实现Pod网络代理，是Kubernetes Service 资源的载体，负责维护网络规则和四层负载均衡工作。
  负责写入规则至iptables、ipvs实现服务映射访问的。

Kube-Proxy本身不是直接给Pod 提供网络，Pod 的网络是由Kubelet 提供的，Kube - Proxy实际.上维护的是虚拟的Pod 集群网络。
Kube-apiserver通过监控Kube-Proxy 进行对Kubernetes Service 的更新和端点的维护。

在K8S集群中微服务的负载均衡是由Kube-proxy 实现的。Kube-proxy 是K8S集群内部的负载均衡器。它是一个分布式代理服务器，在K8S的每个节点.上都会运行一一个Kube-proxy 组件。.

（3）、docker或rocket

容器引擎，运行容器，负责本机的容器创建和管理:工作。

四、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。

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。

• 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，在同一一台Docker 主机上运行。

• Pcd里可以运行多个容器，又叫边车模式(SideCara)模式。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。

== 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:

●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。

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。

●Daemonset: 确保所有节点运行同- -类Pod,保证每个节点上都有- -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

2、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。

●Label_选择器(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)和基于集合关系(属于、不属于、存在)。

3、Service

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。

Service是K8S服务的核心，屏蔽了服务细节，统一对外暴露服务接口， 真正做到了“微服务”。比如我们的一个服务A,部署了3个副本，也就是3个Pod;对于用户来说，只需要关注一个Service的入口就可以，而不需要操心究竞应该请求哪一个Pod。

优势非常明显:一方面外部用户不需要感知因为Pod上服务的意外崩溃、K8s重新拉起Pod而造成的IP变更，
外部用户也不需要感知因升级、变更服务带来的Pod 替换而造成的IP变化。

4、Ingress

外部访问K8S服务用的
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，对外暴露的接口，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iptport. 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. kgc. com :port ----->Ingress----->Service -----> Pod

5、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。

6、Namespace

随着项目增多、人员增加、集群规模的扩大，需要一.种能够逻辑上隔离K8S 内各种“资源”的方法，这就是Namespace。
Namespace是为了把一-个K8S集群划分为若干个资源不可共享的虛拟集群组而诞生的。
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。
查询K8S里特定“资源”要带上相应的Namespace。

五、 常见的K8S按照部署方式:

Minikube

Minikube是一个工具，可以在本地快速运行一个单节点微型K8S，仅用于学习、预览K8S的一些特性使用。
部署地址: https://kubernetes.io/docs/ setup/minikube

Kubeadmin

Kubeadmin也是一个 工具，提供kubeadn init 和kubeadm join， 用于快速部署K8S集群，相对简单。
https://kubernetes.io/docs/reference/setup-tools/kubeadm/kubeadm/

二进制安装部署

生产首选，从官方下载发行版的二进制包，手动部署每个组件和自签TLS证书，组成K集群，新手推荐。
https://github.com/kubernetes/kubernetes/releases