Kubernetes（k8s）

什么是k8s

K8S由google的Borg系统(博格系统，google内部使用的大规模容器编排工具)作为原型，后经GO语言延用Borg的思路重写并捐献给CNCF基金会开源。

k8s全称kubernetes，这个名字大家应该都不陌生，k8s是为容器服务而生的一个可移植容器的编排管理工具，越来越多的公司正在拥抱k8s，并且当前k8s已经主导了云业务流程，推动了微服务架构等热门技术的普及和落地，正在如火如荼的发展。

k8s的作用

用于自动部署、扩展和管理“容器化（containerized）应用程序”的开源系统。

可以理解成 K8S 是负责自动化运维管理多个容器化程序（比如 Docker）的集群，是一个生态极其丰富的容器编排框架工具。

为什么要用 K8S

如果你是前端工程师，错综复杂的JavaScript运行环境和框架版本让你大伤脑筋，发布上线前如临大敌，令你颤抖。

如果你是后端工程师，开发和生产环境的不一致，频频出现匪夷所思的bug。

如果你是运维工程师，频繁的上线与开发一起熬通宵解决bug令你闻风丧胆捶胸顿足。

根据目前互联网主流技术来看，对于上述问题，最好的解决方案便是容器化，比较流行的就是Docker。Docker 通过 Dockerfile 来对运行环境进行描述，编译好的镜像可以发布到仓库，应用的发布安装可以统一通过镜像运行容器，这样就保证了开发和生产环境的统一。

现在面试的时候，你也会经常被问到有没有用过docker。甚至有些面试官还会更深入的去问些，容器大规模使用编排部署、扩缩容的相关问题，这很难避开谈及Kubernetes等主流容器编排技术。

另外无论你是一位开发、运维、DBA、大数据、甚至AI工程师，在当下的互联网时代，都会考虑快速试错、最小成本。能够大幅缩短研发上线周期，灵活控制运维成本是让公司利于不败之地的不二法宝。那么K8S主要解决的就是快速迭代和自动扩缩容。

目前市场主流的容器编排厂商比较著名的主要有三个：Kubernetes, Mesos, Swarm 。随着 Kubernetes 多年来得到大家的广泛实践，它的认可度已经超过 Mesos， Docker Swarm 等，无疑它是生产环境中容器应用管理的不二之选。

k8s提供的解决方案具体包括什么

- 服务发现与调度
- 负载均衡
- 服务自愈
- 服务弹性扩容
- 横向扩容
- 存储卷挂载

k8s的主要功能

- 使用 Docker 等容器技术对应用程序包装（package）、实例化（instantiate）、运行（run）。
- 以集群的方式运行、管理跨机器的容器。
- 解决 Docker 跨机器容器之间的通讯问题。
- K8S 的自我修复机制使得容器集群总是运行在用户期望的状态。

k8s的特征

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。

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。

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。

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，一次更新一个或者部分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，确保升级不影响业务。

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。

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。

任务批处理运行

-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。

k8s核心组件

master组件
node组件
配置存储中心etcd

master组件

Kube-apiserver

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。

Kube-controller-manager

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。

控制器主要包括

控制器	含义解释
Node Controller（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。可以理解端点是一个服务暴露出来的访问点，如果需要访问一个服务，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。
ResourceQuota Controller（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。

Kube-scheduler

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。

Kube-scheduler策略

- 预选策略（predicate）
- 优选策略（priorities）

配置存储中心etcd

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。

Node组件

Kubelet

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。

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个 Kube-proxy 组件。

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。

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。

Kubernetes（k8s）理论