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該系列博文會(huì)介紹常見的后端技術(shù)，這對(duì)后端工程師來(lái)說(shuō)是一種綜合能力，我們會(huì)逐步了解搜索技術(shù)，云計(jì)算相關(guān)技術(shù)、大數(shù)據(jù)研發(fā)等常見的技術(shù)喜提，以便讓你更完整地了解后端技術(shù)棧的全貌，為后續(xù)參與分布式應(yīng)用的開發(fā)和學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

如果對(duì)本系列文章有什么建議，或者是有什么疑問的話，也可以關(guān)注公眾號(hào)【Java技術(shù)江湖】聯(lián)系我，歡迎你參與本系列博文的創(chuàng)作和修訂。

十分鐘帶你理解Kubernetes核心概念

本文將會(huì)簡(jiǎn)單介紹 Kubernetes的核心概念。因?yàn)檫@些定義可以在Kubernetes的文檔中找到，所以文章也會(huì)避免用大段的枯燥的文字介紹。相反，我們會(huì)使用一些圖表（其中一些是動(dòng)畫）和示例來(lái)解釋這些概念。我們發(fā)現(xiàn)一些概念（比如Service）如果沒有圖表的輔助就很難全面地理解。在合適的地方我們也會(huì)提供Kubernetes文檔的鏈接以便讀者深入學(xué)習(xí)。

容器特性、鏡像、網(wǎng)絡(luò)；Kubernetes架構(gòu)、核心組件、基本功能；Kubernetes設(shè)計(jì)理念、架構(gòu)設(shè)計(jì)、基本功能、常用對(duì)象、設(shè)計(jì)原則；Kubernetes的數(shù)據(jù)庫(kù)、運(yùn)行時(shí)、網(wǎng)絡(luò)、插件已經(jīng)落地經(jīng)驗(yàn)；微服務(wù)架構(gòu)、組件、監(jiān)控方案等。

這就開始吧。

什么是Kubernetes？

Kubernetes（k8s）是自動(dòng)化容器操作的開源平臺(tái)，這些操作包括部署，調(diào)度和節(jié)點(diǎn)集群間擴(kuò)展。如果你曾經(jīng)用過(guò)Docker容器技術(shù)部署容器，那么可以將Docker看成Kubernetes內(nèi)部使用的低級(jí)別組件。Kubernetes不僅僅支持Docker，還支持Rocket，這是另一種容器技術(shù)。
使用Kubernetes可以：

• 自動(dòng)化容器的部署和復(fù)制
• 隨時(shí)擴(kuò)展或收縮容器規(guī)模
• 將容器組織成組，并且提供容器間的負(fù)載均衡
• 很容易地升級(jí)應(yīng)用程序容器的新版本
• 提供容器彈性，如果容器失效就替換它，等等…

實(shí)際上，使用Kubernetes只需一個(gè) 部署文件，使用一條命令就可以部署多層容器（前端，后臺(tái)等）的完整集群：

$ kubectl create -f single-config-file.yaml

kubectl是和Kubernetes API交互的命令行程序?，F(xiàn)在介紹一些核心概念。

集群

集群是一組節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)可以是物理服務(wù)器或者虛擬機(jī)，之上安裝了Kubernetes平臺(tái)。下圖展示這樣的集群。注意該圖為了強(qiáng)調(diào)核心概念有所簡(jiǎn)化。 這里可以看到一個(gè)典型的Kubernetes架構(gòu)圖。

1.png

上圖可以看到如下組件，使用特別的圖標(biāo)表示Service和Label：

• Pod
• Container（容器）
• Label（標(biāo)簽）
• Replication Controller（復(fù)制控制器）
• Service（服務(wù)）
• Node（節(jié)點(diǎn)）
• Kubernetes Master（Kubernetes主節(jié)點(diǎn)）

Pod

Pod（上圖綠色方框）安排在節(jié)點(diǎn)上，包含一組容器和卷。同一個(gè)Pod里的容器共享同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)命名空間，可以使用localhost互相通信。Pod是短暫的，不是持續(xù)性實(shí)體。你可能會(huì)有這些問題：

• 如果Pod是短暫的，那么我怎么才能持久化容器數(shù)據(jù)使其能夠跨重啟而存在呢？ 是的，Kubernetes支持 卷的概念，因此可以使用持久化的卷類型。
• 是否手動(dòng)創(chuàng)建Pod，如果想要?jiǎng)?chuàng)建同一個(gè)容器的多份拷貝，需要一個(gè)個(gè)分別創(chuàng)建出來(lái)么？可以手動(dòng)創(chuàng)建單個(gè)Pod，但是也可以使用Replication Controller使用Pod模板創(chuàng)建出多份拷貝，下文會(huì)詳細(xì)介紹。
• 如果Pod是短暫的，那么重啟時(shí)IP地址可能會(huì)改變，那么怎么才能從前端容器正確可靠地指向后臺(tái)容器呢？這時(shí)可以使用Service，下文會(huì)詳細(xì)介紹。

Lable

正如圖所示，一些Pod有Label。一個(gè)Label是attach到Pod的一對(duì)鍵/值對(duì)，用來(lái)傳遞用戶定義的屬性。比如，你可能創(chuàng)建了一個(gè)”tier”和“app”標(biāo)簽，通過(guò)Label（ tier=frontend, app=myapp）來(lái)標(biāo)記前端Pod容器，使用Label（ tier=backend, app=myapp）標(biāo)記后臺(tái)Pod。然后可以使用 Selectors選擇帶有特定Label的Pod，并且將Service或者Replication Controller應(yīng)用到上面。

Replication Controller

是否手動(dòng)創(chuàng)建Pod，如果想要?jiǎng)?chuàng)建同一個(gè)容器的多份拷貝，需要一個(gè)個(gè)分別創(chuàng)建出來(lái)么，能否將Pods劃到邏輯組里？

Replication Controller確保任意時(shí)間都有指定數(shù)量的Pod“副本”在運(yùn)行。如果為某個(gè)Pod創(chuàng)建了Replication Controller并且指定3個(gè)副本，它會(huì)創(chuàng)建3個(gè)Pod，并且持續(xù)監(jiān)控它們。如果某個(gè)Pod不響應(yīng)，那么Replication Controller會(huì)替換它，保持總數(shù)為3.如下面的動(dòng)畫所示：

2.gif

如果之前不響應(yīng)的Pod恢復(fù)了，現(xiàn)在就有4個(gè)Pod了，那么Replication Controller會(huì)將其中一個(gè)終止保持總數(shù)為3。如果在運(yùn)行中將副本總數(shù)改為5，Replication Controller會(huì)立刻啟動(dòng)2個(gè)新Pod，保證總數(shù)為5。還可以按照這樣的方式縮小Pod，這個(gè)特性在執(zhí)行滾動(dòng) 升級(jí)時(shí)很有用。

當(dāng)創(chuàng)建Replication Controller時(shí)，需要指定兩個(gè)東西：

1. Pod模板：用來(lái)創(chuàng)建Pod副本的模板
2. Label：Replication Controller需要監(jiān)控的Pod的標(biāo)簽。

現(xiàn)在已經(jīng)創(chuàng)建了Pod的一些副本，那么在這些副本上如何均衡負(fù)載呢？我們需要的是Service。

Service

如果Pods是短暫的，那么重啟時(shí)IP地址可能會(huì)改變，怎么才能從前端容器正確可靠地指向后臺(tái)容器呢？

Service是定義一系列Pod以及訪問這些Pod的策略的一層 抽象。Service通過(guò)Label找到Pod組。因?yàn)镾ervice是抽象的，所以在圖表里通?？床坏剿鼈兊拇嬖冢@也就讓這一概念更難以理解。

現(xiàn)在，假定有2個(gè)后臺(tái)Pod，并且定義后臺(tái)Service的名稱為‘backend-service’，lable選擇器為（ tier=backend, app=myapp）。 backend-service 的Service會(huì)完成如下兩件重要的事情：

• 會(huì)為Service創(chuàng)建一個(gè)本地集群的DNS入口，因此前端Pod只需要DNS查找主機(jī)名為 ‘backend-service’，就能夠解析出前端應(yīng)用程序可用的IP地址。
• 現(xiàn)在前端已經(jīng)得到了后臺(tái)服務(wù)的IP地址，但是它應(yīng)該訪問2個(gè)后臺(tái)Pod的哪一個(gè)呢？Service在這2個(gè)后臺(tái)Pod之間提供透明的負(fù)載均衡，會(huì)將請(qǐng)求分發(fā)給其中的任意一個(gè)（如下面的動(dòng)畫所示）。通過(guò)每個(gè)Node上運(yùn)行的代理（kube-proxy）完成。 這里有更多技術(shù)細(xì)節(jié)。

下述動(dòng)畫展示了Service的功能。注意該圖作了很多簡(jiǎn)化。如果不進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)配置，那么達(dá)到透明的負(fù)載均衡目標(biāo)所涉及的底層網(wǎng)絡(luò)和路由相對(duì)先進(jìn)。如果有興趣， 這里有更深入的介紹。

3.gif

有一個(gè)特別類型的Kubernetes Service，稱為’ LoadBalancer‘，作為外部負(fù)載均衡器使用，在一定數(shù)量的Pod之間均衡流量。比如，對(duì)于負(fù)載均衡Web流量很有用。

Node

節(jié)點(diǎn)（上圖橘色方框）是物理或者虛擬機(jī)器，作為Kubernetes worker，通常稱為Minion。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都運(yùn)行如下Kubernetes關(guān)鍵組件：

• Kubelet：是主節(jié)點(diǎn)代理。
• Kube-proxy：Service使用其將鏈接路由到Pod，如上文所述。
• Docker或Rocket：Kubernetes使用的容器技術(shù)來(lái)創(chuàng)建容器。

Kubernetes Master

集群擁有一個(gè)Kubernetes Master（紫色方框）。Kubernetes Master提供集群的獨(dú)特視角，并且擁有一系列組件，比如Kubernetes API Server。API Server提供可以用來(lái)和集群的REST端點(diǎn)。master節(jié)點(diǎn)包括用來(lái)創(chuàng)建和復(fù)制Pod的Replication Controller。

下一步

現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了Kubernetes核心概念的基本知識(shí)，你可以進(jìn)一步閱讀Kubernetes 用戶手冊(cè)。用戶手冊(cè)提供了快速并且完備的學(xué)習(xí)文檔。
如果迫不及待想要試試Kubernetes，可以使用 Google Container Engine。Google Container Engine是托管的Kubernetes容器環(huán)境。簡(jiǎn)單注冊(cè)/登錄之后就可以在上面嘗試示例了。