探究Kubernetes工作机制的奥秘

云计算时代的操作系统

Kubernetes 是一个生产级别的容器编排平台和集群管理系统，能够创建、调度容器，监控、管理服务器。

容器，对应操作系统中的软件，是应用、进程；服务器，对应操作系统中的硬件，是CPU、内存、硬盘、网卡。所以说Kubernetes是一个集群级别的操作系统。

Kubernetes的基本架构

操作系统的一个重要功能就是抽象，从繁琐的底层事务中抽象出一些简洁的概念，然后基于这些概念去管理系统资源。

Kubernetes 采用了现今流行的“控制面 / 数据面” （Control Plane / Data Plane）架构，集群里的计算机被称为“节点” （Node），可以是实机也可以是虚机，少量的节点用作控制面来执行集群的管理维护工作，其他的大部分节点都被划归数据面，用来跑业务应用。

节点内部的结构

Kubernetes是由很多模块构成的，这些模块又可以分成组件（Component）和插件（Addon）两类

Master

Master 里有 4 个组件，分别是 apiserver、etcd、scheduler、controller-manager

apiserver

apiserver，是Master节点，同时也是整个Kubernetes系统的唯一入口，它对外公开了一系列的 RESTful API，并且加上了验证、授权等功能，所有其他组件都只能和它直接通信，可以说是 Kubernetes 里的联络员。

etcd

etcd，是一个高可用的分布式 Key-Value 数据库，用来持久化存储系统里的各种资源对象和状态，相当于 Kubernetes 里的配置管理员。

scheduler

scheduler，负责容器的编排工作，检查节点的资源状态，把 Pod 调度到最适合的节点上运行，相当于部署人员。

controller-manager

controller-manager 负责维护容器和节点等资源的状态，实现故障检测、服务迁移、应用伸缩等功能，相当于监控运维人员。

这4个组件也被容器化了，运行在集群的Pod里，可以在kube-system的命名空间里查看

 kubectl get pod -n kube-system

Worker

Master 里的 apiserver、scheduler 等组件需要获取节点的各种信息才能够作出管理决策，这些信息都是从Worker Node中获取的。

Worker Node中有3个组件，分别是 kubelet、kube-proxy、container-runtime

kubelet

kubelet 是 Node 的代理，负责管理 Node 相关的绝大部分操作，Node 上只有它能够与 apiserver 通信，实现状态报告、命令下发、启停容器等功能，相当于是 Node 上的一个“小管家”

kube-proxy

kube-proxy 的作用有点特别，它是 Node 的网络代理，只负责管理容器的网络通信，简单来说就是为 Pod 转发 TCP/UDP 数据包，相当于是专职的“小邮差”

container runtime

container-runtime，是容器和镜像的实际使用者，在 kubelet 的指挥下创建容器，管理 Pod 的生命周期，是真正干活的“苦力”；没有限定必须是Docker，也可以是其他符合标准的容器运行时（如containerd、CRI-O等）

这3个组件，只有kube-proxy被容器化了，而 kubelet 因为必须要管理整个节点，容器化会限制它的能力，所以它必须在 container-runtime 之外运行

查看kube-proxy

 minikube ssh
 docker ps |grep kube-proxy

查看kubelet

需要使用操作系统的ps命令查看

 ps -ef | grep kubelet

Kubernetes大致工作流程

每个 Node 上的 kubelet 会定期向 apiserver 上报节点状态，apiserver 再存到 etcd 里。
每个 Node 上的 kube-proxy 实现了 TCP/UDP 反向代理，让容器对外提供稳定的服务。
scheduler 通过 apiserver 得到当前的节点状态，调度 Pod，然后 apiserver 下发命令给某个 Node 的 kubelet，kubelet 调用 container-runtime 启动容器。
controller-manager 也通过 apiserver 得到实时的节点状态，监控可能的异常情况，再使用相应的手段去调节恢复。

插件（Addons）

查看插件列表

 minikube addons list

安装Dashboard

直接在虚拟机界面（而非ssh远程）执行此命令，命令会打开图形界面-浏览器

 minikube dashboard

执行此命令，可以自动用浏览器打开 Dashboard 页面

总结

Kubernetes 能够在集群级别管理应用和服务器，可以认为是一种集群操作系统。它使用“控制面 / 数据面”的基本架构，Master 节点实现管理控制功能，Worker 节点运行具体业务。
Kubernetes 由很多模块组成，可分为核心的组件和选配的插件两类。
Master 里有 4 个组件，分别是 apiserver、etcd、scheduler、controller-manager。
Node 里有 3 个组件，分别是 kubelet、kube-proxy、container-runtime。
通常必备的插件有 DNS 和 Dashboard。

《极客时间-Kubernetes入门实战课》学习笔记 Day10