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1.kubernetes简介

1.1 Kubernetes是什么

Kubernetes是一个可移植、可扩展的“分布式开源平台"，这个平台主要是用来管理我们运行的容器化应用，只不过这个平台它是一个分布式的，那Kubernetes这个分布式平台是如何实现的呢。Kubernetes是将多个0S节点组织在一起，构建出一个庞大的虚拟资源池，而后对用户提供操作该集群的接口，用户就可以通过Kubernetes提供的对应接口对容器进行增删查改等操作。所以对于用户而言，它无需关心Kubernetes底层是如何对容器进行的创建、又是如何调度到对应的节点的，它只需要专注于自己的业务逻辑代码开发即可;

当我们需要使用Kubernetes交付应用时，仅需要通过yaml文件的方式来描述对应容器的状态，Kubernetes则会按照yaml文件中所描述的容器状态信息；进行容器的"自动化"创建。

Kubernetes会时刻监控着容器的状态，如果有容器故障，则会尝试重启容器，使其能容器运行的状态能达到用户所期望的值

1.2 为什么需要Kubernetes

目前使用容器打包和运行应用程序，已经是业界主流的一种方式，在生产环境中，我们需要管理运行应用程序的容器，同时还要确保它不会停机,

例：一个容器发生故障，需要重新拉起该容器。如果系统能自动为其处理，那么容器的管理会不会更加的容易

这就是Kubernetes需要解决的问题！Kubernetes它可以轻松的实现应用的扩展、服务发现、负载均衡、容器的故障转移、以及容器编排等。

• 垂直扩容：新的服务器节点能够很容易的进行增加和删除。
• 水平扩容：容器实例能通过副本控制器进行轻松的扩容，
• 缩容弹性伸缩：能根据容器的资源使用情况，进行自动的扩缩容
• 服务发现和负载均衡：Kubernetes为容器提供负载均衡功能进行流量调度，从而使得应用运行更加稳定。
• 存储编排：Kubernetes允许自动挂载各种存储类系统，例如本地存储、NFS、GFS、Ceph、公共云存储等。
• 自动部署和回滚：如果应用部署过程中出现错误，可以实现自动回滚
• 自动完成装箱计算：Kubernetes允许指定每个容器所需的CPU和内存资源，能够更好的管理容器的资源使用。
• 自我修复：Kubernetes 会重新启动失败的容器、替换容器、对运行状况检查不响应的容器进行杀死
• 密钥与配置管理：Kubernetes允许你存储和管理敏感信息，例如密码、令牌和SSh 密钥。可以在不重建容器镜像的情况下，部署和更新密钥

1.3 Kubernetes不是什么

Kubernetes不是传统的、包罗万象的PaaS（平台即服务）系统。它提供了PaaS产品共有的一些普遍适用的功能,例如部署、扩展、负载均衡、日志记录和监视。Kubernetes默认解决方案都是可选和可插拔的。但在重要的地方保留了用户的选择和灵活性。

Kubernetes:

• 不限制支持的应用程序类型：如果只要应用程序可以在容器中运行，那么它应该可以在 Kubernetes上很好地运行。
• 不部署源代码，也不构建你的应用程序：CI/CD工作流取决于组织的文化和偏好以及技术要求。
• 不提供应用程序级别的服务作为内置服务：例如中间件（例如，消息中间件）、数据处理框架（例如，Spark）、数据库（例如,mysqL）、缓存、集群存储系统(例如，Ceph）。但这些组件都可以在 Kubernetes 上运行
• 不要求日志记录、监视或警报解决方案它提供了一些集成作为概念证明，并提供了收集和导出指标的机制。
• 不提供或不要求配置语言/系统：它提供了声明性API，该声明性API可以由任意形式的声明性规范所构成。RESTfuL；不提供也不采用任何的机器配置、维护、管理或自我修复系统

1.4 Kubernetes集群角色

Kubernetes集群需要建立在多个物理主机上，将多个物理主机的资源抽象出来，组织成一个平台，而后进行统一管理，当然它需要多个物理主机，不一定必须是物理机，也可以是虚拟机VM等等；所以从这个角度来说，Kubernetes是一个集群，但是在Kubernetes集群内部，这些节点又被划分成了两类角色;

• 一类角色为主节点，叫Master，负责管理集群;
• 一类角色为工作节点，叫Node，负责运行应用；

这也就意味着我们将来运行的所有容器，都应该运行在Node节点，而Master负责管理有多少个Node节点，同时还负责管理每个Node节点应该运行哪个容器或哪些容器，的控制中心，因此在Kubernetes中Master被称之为Control plane控制平面，而Node就是我们的dataplane叫数据平面;

Registry：Kubernetes主要是在Node上运行容器化应用，那么容器化应用需要依托镜像，而镜像又来自于Registry，但Registry并不是Kubernetes集群的组成部分，但我们必须要有一个私有的Registry,当然也可以使用公共的镜像仓库;

CLient：无论客户端是通过API接口，还是WebUI接口、异或者CLI接口与Master交互，其实都是向Master发送请求，比如客户端申请创建容器、删除容器等，都是由Master负责在Node节点上对容器进行增删改查，而这些操作必须要通过Master，由Master控制着完成的，虽然我们将其称Master，但它并非是一个组件，而是由多个组件组成的;

2.Kubernetes集群组件

通过创建一个Pod或者DepLoyment资源来了解Kubernetes集群组件以及之间的关系。

2.1 Master节点组件

集群的控制节点，负责整个集群的管理和控制，kubernetes的所有的命令基本都是发给Master，由它来负责具体的执行过程

2.1.1 kube-APIServer

Kubernetes API主要提供前端请求接入，然后验证客户端身份，以及客户端提交的请求。所有的组件都必须通过APIServer进行交互;--->(资源增删改查的入口)

2.1.2 Kube-Scheduler

负责监视APIServer新创建，但未指定运行至哪个节点的Pod，然后选择合适的节点让Pod在上面运行;调度决策考虑的因素有很多，其中有Pod亲和性、反亲和、节点亲和、数据位置、等--->负责资源调度（Pod调度）

2.1.3 Kube-ControllManager

控制器通过APIServer监控集群当前运行的容器状态，当控制器监控到运行的容器状态不符合期望状态时，控制器会致力于将当前状态转变为期望的状态，简单来说就是自动调节当前系统运行状态；控制循环的例子：房间里的温度自动调节器。当你设置了温度，告诉了温度自动调节器你的期望状态 (DesiredState)。房间的实际温度是**当前状态 (Current State)**通过对设备的控制，温度自动调节器让其当前状态接近期望状态。--->资源对象的大总管

这些控制器包括:

• 节点控制器：（NodeControLler）：负责在节点出现故障时进行通知和响应;
• 副本控制器（ReplicaSetController）：监视容器运行的副本，时刻让其维持期望状态;
• 任务控制器（JobcontrolLer）：监测一次性任务的Job对象，然后创建Pods来运行这些任务直至完成；
• ...

2.2Node节点组件

Node是集群的工作负载节点，默认情况kubelet会向Master注册自己，一旦Node被纳入集群管理范围，kubelet会定时向Master汇报自身的情报，包括操作系统，Docker版本，机器资源情况等。

如果Node超过指定时间不上报信息，会被Master判断为“失联”，标记为Not Ready，随后Master会触发Pod转移

2.2.1 Kube-kubelet

kubelet 是集群中每个Node节点上运行的代理程序，用于接收APIServer提供给它的PodSpecs，确保这些PodSpecs中描述的容器处于运行状态且健康，主要作用就是管理容器的启动、停止、销毁、重建等；--->Pod的管家，与Master通信

2.2.2 Kube-kubeproxy

kube-proxy是集群中每个节点上运行的网络代理，它主要维护每台节点上的Iptables、IPVS规则创建和删除，这些规则允许从集群内部或集群外部与Pod进行网络通信；

kube-proxy负责实现容器的负载均衡，然后将指定的流量调度到对应的容器，通过iptables 或 ipvs规则来实现;--->实现kubernetes Service的通信与负载均衡机制的重要组件

2.2.3 ContainerRuntime

容器运行环境是负责运行容器的软件，Kubernetes支持容器运行时,比如Docker、Containerd等;

2.3附加组件

2.3.1 CoreDNS

每创建一个内部负载均衡，则自动创建一条对应的DNS记录，这样就可以让Pod通过域名的方式访问对应的负载均衡；因为k8s分配的负载均衡IP不稳定，删除和添加都会发生变化，但如果分配一个稳定的DNS名称,则无需关系负载均衡的IP;

2.3.2 network

网络插件，为每个Pod分配一个IP地址，确保多个不同节点的Pod能够直接通信，而无需经过NAT地址转换等；

2.3.3 Dashboard

为Kubernetes提供图形界面，通过图形界面管理Kubernetes;

2.4 组件流程图