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Kubernetes設計的原則是什么

本篇內(nèi)容介紹了“Kubernetes設計的原則是什么”的有關(guān)知識,在實際案例的操作過程中,不少人都會遇到這樣的困境,接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學習一下如何處理這些情況吧!希望大家仔細閱讀,能夠?qū)W有所成!

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引言:

今天我要帶給大家的是2018年底,在西雅圖舉辦的Kubecon的一場分享,來自谷歌K8s團隊的工程師Saad Ali分享的《Kubernetes設計原則》。這場會議雖然已經(jīng)過去一年多了,但是我覺得本會議的內(nèi)容非常值得學習,我們大都知道K8s是如何工作的,但是本文帶我們了解k8s背后的設計原則,以及為什么要這樣設計。
對于跨云和本地環(huán)境在分布式系統(tǒng)上管理和部署工作負載,Kubernetes很快變得不可或缺。
雖然現(xiàn)在大多數(shù)人都熟悉如何使用Kubernetes,但很少有人知道其背后的“為什么”?為什么Kubernetes API看起來是這樣的?為什么Kubernetes組件僅通過Kubernetes API相互交互?當您可以輕松地直接從pod引用卷時,為什么會有PersistentVolumeClaim對象?
為了回答這些問題并幫助您對Kubernetes進行更深入的了解,本講座將揭示支撐Kubernetes設計的原理。

原則1. Kubernetes APIs 

是聲明性的而非命令性的

我們從最簡單的一個例子開始,要如何在一臺節(jié)點上啟動需要運行的任務。
Kubernetes設計的原則是什么
最簡單的方式就是發(fā)送一個命令,啟動容器。
Kubernetes設計的原則是什么
但是這樣做的話,如果容器,節(jié)點崩潰,或者節(jié)點臨時不可訪問的時候,用戶就必須監(jiān)控和存儲每一個節(jié)點和容器的狀態(tài),捕獲所有的異常,并做異常處理。也就是說把所有的復雜的異常處理的邏輯交給客戶端來做。
這就引入了Kubernetes的第一個設計原則:
Kubernetes APIs 是聲明性的而非命令性的 ( Kubernetes APIs are declarative rather then imperative )
命令式:
  • 用戶:提供一系列的指令來驅(qū)動系統(tǒng)達到制定狀態(tài)。

  • 系統(tǒng):執(zhí)行指令

  • 用戶:監(jiān)控系統(tǒng),根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài),提供進一步的指令

聲明式:
  • 用戶:定義期望的狀態(tài)

  • 系統(tǒng):向著指定的狀態(tài)工作

下圖是一個聲明式API的例子:

1、用戶創(chuàng)建一個API對象

Kubernetes設計的原則是什么

2、所用的組件并行工作來達到該狀態(tài)。

Kubernetes設計的原則是什么

聲明式的API支持自動恢復。例如:

1、節(jié)點B掛了

Kubernetes設計的原則是什么

2、系統(tǒng)自主地把Pod移動到健康的節(jié)點A上

Kubernetes設計的原則是什么

這里需要注意主節(jié)點只是存儲了Pod的定義聲明,而不會向節(jié)點B發(fā)送命令,如果那樣做,主節(jié)點就會變得和我們之前提到的客戶端一樣,復雜而脆弱,且難以擴展。這就引入了K8s的第二個設計原則:
Kubernetes控制平面是透明的,沒有隱藏的內(nèi)部API ( The Kubernetes control plane is transparent. There are no hidden internal APIs. )

原則2.  Kubernetes控制平面

是透明的,沒有隱藏的內(nèi)部API

之前:
  • 主節(jié)點:提供一系列的指令來驅(qū)動節(jié)點達到制定狀態(tài)。

  • 節(jié)點:執(zhí)行主節(jié)點發(fā)來的指令

  • 主節(jié)點:監(jiān)控每一個節(jié)點,根據(jù)節(jié)點狀態(tài),提供進一步的指令

現(xiàn)在:
  • 主節(jié)點:定義想要達到的狀態(tài)

  • 節(jié)點:獨立工作以達到主節(jié)點定義的狀態(tài)

我們來看一個Pod創(chuàng)建的例子:
如下圖所示,所有的組件都監(jiān)視Kubernetes API,然后決定自己應該怎么做。
Kubernetes設計的原則是什么
用戶調(diào)用API聲明要創(chuàng)建的Pod
Kubernetes設計的原則是什么
主節(jié)點創(chuàng)建Pod的定義
Kubernetes設計的原則是什么

Scheduler通過API觀察到Pod A的定義,通過調(diào)度運算,決定要在Node B上創(chuàng)建Pod A,并通過API更新主節(jié)點上的Pod A的定義。

Kubernetes設計的原則是什么
Node B觀察到Pod A的定義是在自己的管轄范圍,啟動Pod A
Kubernetes設計的原則是什么
用戶通過API刪除 Pod A
Kubernetes設計的原則是什么
節(jié)點B發(fā)現(xiàn) Pod A被刪除
Kubernetes設計的原則是什么
節(jié)點B刪除Pod A
Kubernetes設計的原則是什么
這樣做的能促成一個更簡單,更健壯的系統(tǒng)設計,并很容易從故障狀態(tài)中恢復。系統(tǒng)沒有單點故障,主節(jié)點的職責非常簡單。
這樣做的另一個好處是,系統(tǒng)更容易擴展和組合。因為沒有內(nèi)部隱藏的API,用戶可以很容易的用自定的組件替代已有組件,或者增加自定義的功能。
K8s還有很對對象對業(yè)務是很重要的,例如存儲密碼的密匙文件secret,配置configmap,或者下行API提供Pod的基本信息。那么應用程序必須修改為調(diào)用KubeAPI來或者這些信息么?
這就引入了Kubernetes的第三個設計原則:
滿足用戶的需求 ( Meet the user where they are )

原則3.  滿足用戶的需求 

之前:
  • 應用程序必須被修改為知道K8s的存在,調(diào)用KubeAPI

現(xiàn)在:
  • 應用程序可以從環(huán)境變量加載配置文件或者密匙文件,所以不需要修改


Kubernetes設計的原則是什么

我們可以舉一個例子,是關(guān)于遠程存儲的。

Kubernetes設計的原則是什么

如上圖所示,Pod可以直接引用一個遠程的存儲卷(GCE PD,AWS EBS,NFS等),kubernetes會自動使得該卷被用于Pod。但是這樣做的話,有一個問題,如果你要遷移到一個新的基礎(chǔ)架構(gòu)上,那么它就不工作了。于是這就引入了kubernetes設計的第四個原則:

可移植的工作負載 ( Workload portability )

原則4. 可移植的工作負載

持久卷(PersistentVolumn,PV)和持久卷聲明(PersistenVolumnClaim, PVC)就是這樣一個例子。

Kubernetes設計的原則是什么

Kubernetes設計的原則是什么

如上圖所示,通過PVC的抽象,用戶Pod并不直接引用GCE PD或者EBS,這樣就使得該Pod可以在不同的基礎(chǔ)架構(gòu)中互相遷移,做到可移植。就像操作系統(tǒng)一樣,該設計使得系統(tǒng)應用和底層的硬件或者架構(gòu)實現(xiàn)分離解耦。

總結(jié)

本文總結(jié)了Kubecon 2018的一場由谷歌高級軟件工程師、kubernete開發(fā)人員Saad Ali分享的《Kubernetes設計原則》。其中的四個設計原則分別是:
  1. Kubernetes APIs 是聲明性的而非命令性的

  2. Kubernetes控制平面是透明的,沒有隱藏的內(nèi)部API

  3. 滿足用戶的需求

  4. 可移植的工作負載

通過該分享,我們可以發(fā)現(xiàn),K8s的背后設計原則的原因,其實它軟件設計的一些一般性原則是一致的,雖然面向?qū)ο笠呀?jīng)不在是什么流行的術(shù)語,但是本文中的設計原則和面向?qū)ο蟮脑O計原則高度一致。
  • 對象要對自己負責。在設計對象的時候,對象應該盡可能的封裝內(nèi)部的狀態(tài),對自己負責,我們設計一輛可行駛的車。一種設計是兩個對象,driver和car,然后diver.run(car)。而更好的設計是 不需要driver,或者把dirver看成Car的一個屬性,這樣就是Car.run()。第二種設計更符合面向?qū)ο蟮脑O計原則。這正是聲明式API背后的原則,組件對自己負責

  • Kube API類似對象的接口,對象對修改封閉,對擴展開放。通過開放的API,用戶可以很容易的實現(xiàn)功能擴展,但是你無法修改已有的組件,你可以開發(fā)自定義的組件來替換已有的組件

  • 可移植性的設計利用了類似面向?qū)ο蟮亩鄳B(tài),同多定義抽象接口PVC,隱藏具體的實現(xiàn)細節(jié)。

希望本文的分享能幫助你理解K8s背后的設計原則。

“Kubernetes設計的原則是什么”的內(nèi)容就介紹到這里了,感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識可以關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站,小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實用文章!


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