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【Kubernetes实践指南】5.1-Kubernetes架构介绍

【前言】 2019年是互联网寒冬几乎成为不争的事实，在寒冬下，往往会暴露出很多被掩盖的事实，就像下面这个案例，看完之后，深有感触。 [attach]115[/attach] 作为运维工程师，坚持学习才是寒冬中的生存之道。Kubernetes的浪潮已经来了，不管我们是否愿意，生产中是否使用，Kubernetes已经不知不觉成为运维必备技能。本文介绍Kubernetes架构，作为入门的第一篇文章。 Kubernetes介绍 Kubernetes源于希腊语，意为“舵手”或“飞行员”，是用于自动部署，扩展和管理容器化应用程序的开源系统，由于K和S之间有8个字母，被简称为K8S。Kubernetes构建在Google 15年生产环境经验基础之上，可以将Kubernetes看作为Google内部的容器管理平台Borg和Omega的开源版本，当然他们之间是有一些差异的。 Kubernetes系统架构 Kubernetes被设计为Master和Node两个角色，Master为控制节点，Node为计算节点或者叫工作节点，在Master节点上有一个API Server服务，对外提供标准的RestAPI，这也是Kubernetes集群的入口，意外着只要和集群进行交互必须连接到API Server上。 [attach]109[/attach] Master节点介绍 Kubernetes Master节点主要有4个组件，API Server、Scheduler、Controller、etcd。如下图所示： [attach]112[/attach]

API Server：提供Kubernetes API接口，主要处理Rest操作以及更新Etcd中的对象。是所有资源增删改查的唯一入口。
Scheduler：绑定Pod到Node上，主要做资源调度。
Controller Manager：所有其他群集级别的功能，目前由控制器Manager执行。资源对象的自动化控制中心，Kubernetes集群有很多控制器。
Etcd：所有持久化的状态信息存储在Etcd中，这个是Kubernetes集群的数据库。

Node节点介绍Node节点是Kubernetes集群的工作节点，在Node节点上主要运行了Docker、Kubelet、kube-proxy三个服务（Fluentd请先忽略），如下图所示：[attach]111[/attach]

Docker Engine：负责节点的容器的管理工作，最终创建出来的是一个Docker容器。
Kubelet：安装在Node上的代理服务，和API Server进行通信，用来管理Pods以及容器、镜像、Volume等，实现对集群对节点的管理。
Kube-proxy：安装在Node上的网络代理服务，提供网络代理以及负载均衡，实现与Service通讯。

Kubernetes逻辑架构在上面的介绍中提到像Pod、Service这些概念，在Kubernetes的系统架构图中并没有体现出来，这些可以理解为Kubernetes逻辑架构中的组件。也就是在Master和Node上并不具体存在的一个服务或者进程，但却是Kubernetes的组件，也是我们的管理对象。主要有Pod、Service和各种控制器等。 PodPod是Kubernetes的最小管理单元，一个Pod可以包含一组容器和卷。虽然一个Pod里面可以包含一个或者多个容器，但是Pod只有一个IP地址，而且Pod重启后，IP地址会发生变化。[attach]107[/attach] Controller一个应用如果可以有一个或者多个Pod，就像你给某一个应用做集群，集群中的所有Pod是一模一样的。Kubernetes中有很多控制器可以来管理Pod，例如下图的Replication Controller可以控制Pod的副本数量，从而实现横向扩展。[attach]108[/attach] Kubernetes中有很多控制器，后面的章节我们会逐步讲到，常用的控制器如下：

Replication Controller（新版本已经被ReplicaSet所替代）
ReplicaSet（新版本被封装在Deployment中）
Deployment：封装了Pod的副本管理、部署更新、回滚、扩容、缩容等功能。
DaemonSet：保证所有的Node上有且只有一个Pod在运行。
StatefulSet：有状态的应用，为Pod提供唯一的标识，它可以保证部署和scale的顺序。
Job：使用Kubernetes运行单一任务。
CronJob：使用Kubernetes运行定时任务。

Service 由于Pod的生命周期是短暂的，而且每次重启Pod的IP地址都会发生变化，而且一个Pod有多个副本，也就是说一个集群中有了多个节点，就需要考虑负载均衡的问题。Kubernetes使用Service来实现Pod的访问，而且Service有一个Cluster IP，通常也称之为VIP，是固定不变的。 [attach]110[/attach] Kubernetes网络介绍 在Kubernetes集群中存在着三种网络，分别是Node网络、Pod网络和Service网络，这几种网络之间的通信需要依靠网络插件，Kubernetes本身并没有提供，社区提供了像Flannel、Calico、Canal等，后面章节会详述。 Node网络 Node网络指的是Kubernetes Node节点本地的网络，在本实验环境中使用的是192.168.56.0/24这个网段，所有的Node和Master在该网段都可以正常通信。 Pod网络 后面创建的Pod，每一个Pod都会有一个IP地址，这个IP地址网络段被称之为Pod网络，如下图所示。

[root@linux-node1 ~]# kubectl get pod -o wide
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP         NODE                       NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-54458cd494-hpn68   1/1     Running   0          9m7s    10.2.1.2   linux-node2.linuxhot.com              
nginx-54458cd494-r4mfq   1/1     Running   0          7m46s   10.2.1.3   linux-node2.linuxhot.com

Service网络 Service是为Pod提供访问和负载均衡的网络地址段，如下图所示。

 [root@linux-node1 ~]# kubectl get service
NAME         TYPE        CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE
kubernetes   ClusterIP   10.1.0.1              443/TCP        64m
nginx        NodePort    10.1.216.23           80:30893/TCP   8m3s

Kubernetes的组件和知识绝非如此，快速入门可以先了解这么多，下一章节，我们先快速的部署一个Kubernetes集群。 来新运维社区分享知识！ 欢迎来新运维社区分享你的原创文章、博文、理念或者是对运维工程师有帮助的任何知识，如要加入K8S中国交流群，请添加新运维-小助手，备注：姓名-K8S。（无备注不予处理，请理解！） [attach]113[/attach] 【小助手微信】 - END - 加入新运维社区，开启新征程！ 牛人并不可怕，可怕的是牛人比我们还努力！ [attach]114[/attach]

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2019-02-11

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