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华为云大咖带你玩转云原生基础设施之K8s

 2 years ago
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容器技术的诞生虽解决了应用打包和发布的难题，但单一的容器技术工具并无 法支持起生产级大规模容器部署的场景。针对这一场景，容器管理与编排成为了容器技术发展的关键。Kubernetes便是在这样的大背景下诞生的。本文将由华为云大咖带你玩转云原生基础设施之K8s。

容器编排技术

容器编排技术 •容器（如Docker）以及周边生态系统提供了很多工具来实现容器生命周期管理，能够满足在单台宿主机管理容器的需求。但越来越多企业开始使用容器，对容器技术的进一步 发展提出了以下新的诉求：
高效的容器管理及编排。
容器的跨主机部署及调度。
容器的存储、网络、运维、安全等能力的拓展。

华为云大咖带你玩转云原生基础设施之K8s_集群管理

容器编排的价值

容器编排是指自动化容器的部署、管理、扩展和联网，可为企业带来以下价值:

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  • 灵活的资源管理及调度
  • 自动化部署
  • 高效的监控及运维
  • 弹性扩展及高可用及服务发现

大规模容器集群管理工具，从Borg到Kubernetes

Kubernetes起源于Google内部的Borg项目，它对计算资源进行了更高层次的抽象，通过将容器进行细致的组合，将最终的应用服务交给用户。它的目标是管理大规模的容器， 提供基本的部署、维护以及应用伸缩等功能，其主要实现语言为Go语言。
Kubernetes作为容器集群管理工具，于2015年7月22日迭代到v1.0并正式对外公布。与此同时，谷歌联合Linux基金会及其他合作伙伴共同成立了CNCF基金会（Cloud Native Computing Foundation），并将Kuberentes作为首个编入CNCF管理体系的开源项目， 助力容器技术生态的发展进步。

容器集群管理竞争史

Kubernetes逐步统一容器编排和资源管理框架生态。

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Kubernetes架构

一个基础的Kubernetes集群（Cluster）通常包含一个Master节点和多个Node节点。每个节点可以是一台物理机，也可以是一台虚拟机。

华为云大咖带你玩转云原生基础设施之K8s_docker_04Node的职责是运行容器应用，由Master管理，Node Node 监控并汇报容器状态，同时根据Master的要求管理容器的生命周期。

Master节点提供的集群控制，对集群做出全局性决策，例如调 Master Master 节点上不运行用户容 器。为了实现高可用， 可以创建多个Master 节点。
Pod是Kubernetes的最小工 作单元。每个Pod包含一个 或多个容器。Pod中的容器 会作为一个整体被Master Container 调度到一个Node上运行。

Master节点

Kube-apiserver

kube-apiserver对外暴露了Kubernetes API。它是的Kubernetes前端控制层。 被设计为水平扩展架构，即通过部署更多实例来承载业务。

etcd用于Kubernetes的后端存储，存储集群数据，提供数据备份。

Kube-controller-manager

控制器，负责策略控制，针对不同的工作负载执行不同的策略，如无状态 应用，有状态应用等。

Kube-scheduler

负责任务调度工作，监控没有分配节点的新创建的Pod，选择一个节点供 Pods运行。
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Node节点

Kubelet

在集群内每个节点中运行的一个代理，用于保证Pod的运行，接收Master的 指令，负责管理容器（Pod）。

Kube-proxy

负责做负载均衡工作，在多个Pod/Service之间做负载均衡。
用于管理Service的访问入口，包括集群内Pod到Service的访问和集群外访问 Service.

Add-ons 。

插件，用于扩展Kubernetes的功能。

Container runtime

通常使用Docker来运行容器，也可使用rkt等做为替代方案。
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开放接口CRI、CNI、CSI

Kubernetes作为云原生应用的的基础调度平台，相当于云原生的操作系统，为了便于系统的扩展，Kubernetes中开放的以下接口，可以分别对接不同的后端，来实现自己的业务逻辑：

  • CRI（Container Runtime Interface）：容器运行时接口，提供计算能力，是定义了容器和镜 像的服务的接口，常见的CRI后端有Docker、rkt、kata-containers等。
  • CNI（Container Network Interface）：容器网络接口，提供网络能力，由一组用于配置Linux 容器的网络接口的规范和库组成，同时还包含了一些插件，它仅关心容器创建时的网络分配, 和当容器被删除时释放网络资源。
  • CSI（Container Storage Interface）：容器存储接口，提供存储能力，通过它，Kubernetes可 以将任意存储系统暴露给自己的容器工作负载。

Kubernetes工作流程

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Kubernetes核心概念

Kubernetes核心概念- Pod

Pod是Kubernetes中最重要最基本的概念，Pod是Kubernetes最小 工作单元。每个Pod包含- -个或多个相关容器，Kubernetes将Pod看做一个整体进行调度。

引入Pod的目的:

将联系紧密的容器封装在一个Pod单元内，以Pod整体进行调度、扩展和实现生命周期管理。
Pod内所有容器使用相同的网络Namespace和共享存储。即Pod内容器拥有相同IP地址和Port空间，容器间直接使用localhost通信。当挂载volume到Pod，即可实现将volume挂载到Pod中的每个容器。

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Kubernetes核心概念- Label

当资源变得非常多的时候，如何分类管理就非常重要了，Kubernetes提供了一种机制来 为资源分类，那就是Label（标签）。Label非常简单，但是却很强大，Kubernetes中几 乎所有资源都可以用Label来组织。Label的具体形式是key-value的标记对，可以在创建 资源的时候设置，也可以在后期添加和修改。

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Kubernetes核心概念- Namespace

命名空间（Namespace）是对一组资源和对象的抽象整合。在同一个集群内可创建不同 的命名空间，不同命名空间中的数据彼此隔离。使得它们既可以共享同一个集群的服务, 也能够互不干扰。
在默认情况下，新建的集群存在以下四个Namespace：

  • default：所有未指定Namespace的对象都会被分配在default命名空间。
  • kube-public：此命名空间下的资源可以被所有人访问（包括未认证用户），用来部署公共插 件、容器模板等。
  • kube-system：所有由Kubernetes系统创建的资源都处于这个命名空间。
  • kube-node-lease：每个节点在该命名空间中都有一个关联的“Lease”对象，该对象由节点定 期更新，被用来记录节点的心跳信号。

Kubernetes核心概念- Controller

工作负载是在Pod之上的一层抽象，我们可以通过控制器（controller）实现”“茶列是” Pod的高级特性，比如节点故障时Pod的自动迁移，Pod多副本横向扩展，应用滚动升级 等。我们通常使用controller来做应用的真正的管理，而Pod是组成工作负载最小的单元

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工作负载按不同业务类型，在Kubernetes中分为 以下四类：

  • Deployment和ReplicaSet
  • StatefulSet
  • DaemonSet
  • Job和CronJob

Kubernetes核心概念- Service

在Kubernetes中，Pod副本发生迁移或者伸缩的时候会发生变化，IP也是变化部。 Kubernetes中的Service是一种抽象概念，它定义了一个Pod逻辑集合以及访问广们的策 略。 Service定义了外界访问一组特定Pod的方式。Service有自己的IP和端中 'Service为 Pod提供了负载均衡。

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Kubernetes核心概念- Volume

Volume用来管理Kubernetes存储，是用来声明在Pod中的容器可以访问的文件目录，含义如下：

  • 声明在Pod中的容器可以访问的文件目录。
  • 可以被挂载在Pod中一个或多个容器的指定路径下。
  • 支持多种后端存储（本地存储、分布式存储、云存储等）

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Kubernetes管理-对象类型总览

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思考题
1.（多选题）Kubernetes Master节点包含以下哪些组件？（AB）
A. kube-scheduler
B. etcd
C. kubelet
D. kube-proxy
2.（单选题）Kubernetes的管理对象，从小到大的管理逻辑为？(A)
A.容器<Pod<ReplicaSet<Deployment
B.容器<Pod<Deployment<ReplicaSet
C. Deployment<ReplicaSet<Pod<容器
D. ReplicaSet<容器<Pod<Deployment

本文通过和大家一起了解了容器编排技术，容器编排的价值，然后大规模容器集群管理工具，从Borg到Kubernetes 的演进，容器集群管理竞争史 ，以及详解Kubernetes架构 以及Kubernetes的核心概念最后完成对Kubernetes管理-对象类型总览 。
*本文整理自华为云社区【内容共创】活动第15期。*

*https://bbs.huaweicloud.com/blogs/345822*

任务1：​ ​华为云大咖带你玩转云原生基础设施之K8s​​


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