Kubernetes

自动化容器编排平台，基于容器的部署，弹性，管理做操作。

功能：

1.         调度：让容器去到其任意node节点进行工作。

2.         自动恢复：k8s有节点检查功能，当节点出现故障时，会自动将容器调度到其他正常节点运行。

3.         水平伸缩：当k8s检测到业务在节点上的占用率过高，就会将业务水平伸缩，扩展成多份，让其运行在不同的node节点上，达到负载均衡的效果。

K8s架构:二层架构.通过master对所有node节点进行操作。

Master的主要组件：

API Server:用于处理API操作，所有组件都依赖于API Server进行通信。

Controller（控制器）：用于对集群状态的管理

Scheduler（调度器）：用于完成调度操作。

Etcd：一个分布式存储系统。集群中的所有对象信息都以键值对的形式存储在etcd中。

Node:

在node里，可以运行多个pod，而pod中可以运行一个或者多个容器。

Node通过kubelet对pod进行管理，它通过API Server获取pod状态，然后提交到Container Runtime组件中，然后在OS上真正创建环境并且运行容器。

通过Storage Plugin来对存储进行操作，Network Plugin来对网络进行操作。

利用Kube-proxy来搭建组网。

例：用户提交pod，通过uri或者cri提交给API Server,然后会将信息写入etcd，然后会通过Scheduler进行调度决策，然后再通过APIserver将结果写到etcd中，然后才会通知节点进行真正的启动。

Pod：最小的调度以及资源单元

由一个或者多个容器组成

定义了容器的运行方式

提供给容器共享的运行环境

volume:

声明在pod中的容器可访问的文件目录。

可以被挂载在Pod中的一个容器的指定路径下。

支持多种后端存储的抽象。（本地，分布式，云存储）

Deployment

定义一组Pod的副本数，版本。

通过控制器（controller）维持Pod数目。还可以自动恢复失败的Pod

通过以指定的策略控制版本。例如滚动升级，重新升级，回滚等。

Service

提供一个或者多个Pod实例的稳定访问地址。

ClusterIP（仅限集群内部） NodePort（集群内外部） LoadBlancer（公网 / 外部网络）

Namespaces:一个集群内部的逻辑隔离机制。

同一个那么space中的资源命名唯一，不同可重名。

API相关基础：

HTTP+JSON/YAML

apiVersion: apps/v1       # 1API 版本：指定使用的 API 组及版本

kind: Deployment          # 资源类型：定义要创建的资源对象是 Deployment

metadata:                 # 元数据：描述资源的身份信息

  name: nginx-deployment  #    - 名称：该 Deployment 的唯一标识

  labels:                 #    - 标签：用于组织和选择资源的键值对

    app: nginx

spec:                     # 期望状态 (Spec)：你告诉 K8s "你想要什么"

  replicas: 3             #    - 副本数：期望运行 3 个 Pod 实例

  selector:               #    - 选择器：决定哪些 Pod 受此 Deployment 管理

    matchLabels:

      app: nginx

  template:               #    - Pod 模板：定义如何创建新的 Pod

    metadata:

      labels:

        app: nginx        #      这里的标签必须与上面的 selector 匹配

    spec:                 #    - Pod 的规格定义

      containers:

      - name: nginx       #      - 容器名称

        image: nginx:1.14.2 #    - 镜像：指定要运行的容器镜像

        ports:            #      - 端口：容器暴露的端口

        - containerPort: 80

总结：typeMeta：声明对象使用哪个API版本，哪个类型的对象

objectMeta:包括对象名称，使用的标签（metadata）

Spec:对象的期望状态，有对象的名称，使用的标签等。

Status:对象的状态，在对象被创建后可以看到，无需指定

  API-labels:一组键值对。可以被select 所查询，资源集合的默认表达形式。

K8s可以看作操作系统，容器就相当于进程，pod就为进程组。

当一个程序由四个进程组成时，如何用容器跑起来?

在一个容器中启动四个进程，就会导致除开PID=1的进程外的三个进程会没有管理，在PID=1的进程错误退出后，其余三个进程无法被操作。

可以将PID=1的进程改为systemd,但这样也会造成应用无法被管理，应用挂掉无法得知情况。

使用POD作为原子调度单位，是因为当多个强相关容器启动时，遇到某一个节点无法全部部署，就会出现调度问题，导致应用启动失败。而POD对容器直接管理，就可以避免因节点内存限制的无法部署问题。

共享网络：

当一个pod产生时，就会有一个infra容器被创建，用作Pod内部的网络通信。

对K8s进行分层，可以通过组件：

在控制面上（Master）：Etcd：作为保存集群的的后台数据库，支持watch，可以快速的到变化从而响应和协调工作。

Kube-apiserver:提供k8s的API，提供对pods，services等对象的CRUD处理REST操作。

Kube-scheduler：（通过binding API）负责pods在各个节点上的分配。由于时插件式的，可以自定义。

kube-controller-manager：控制器循环监听集群资源状态，将对应资源牵引成期望状态。

节点上（Node）：kubelet：管理pods和他们的容器，镜像，卷等。

Kube-proxy：简单的网络代理及负载均衡器。

用户通过kubectl命令提交期望状态，kubectl解析yaml，发给API server，API server做认证，授权，校验，然后创建对象，API server同时也将Deployment的期望存入etcd，Controller Manager创建ReplicaSet（副本数）。Scheduler调度Pod到节点。kubectl创建并启动pod。

Api-server通过Master节点上的kube-apiserver进程提供服务，是各个功能模块之间数据交换和通信的中心枢纽。API server的性能决定了集群的性能。

Etcd是一个分布式字典类的存储系统，提供原始数据的存储。拥有接口简单（客户端或者http访问），数据表示简单，方便数据订阅（watch）。

Controller Manager主要提供一个分发事件的能力，在k8s中每个controller是一个控制回路，通过APi server监视资源状态，确保与spec的期望接近。通过实现方式分为：内置，外置控制器。不同的controller只需要注册对应的Handler来等待接受和处理时间。（contoller manager的职责就是把所有controller聚合起来。）

Schduler是默认调度器，把创建的pod调度到具体的工作节点上。具体工作流程为，infomer组件watch APiserver，同步etcd中的pod信息变化，将未调度的pod信息加入队列中，同时更新scheduler cache缓存，获取node列表。预选阶段，针对pod和node列表执行predicate算法，过滤掉不合适的节点。优选阶段，针对pod和node列表执行Priority算法，计算得分最高节点，当调度器选择了一个合适的节点，通过Bind将pod进行绑定。

Kubelet用于处理master节点下发到本节点的任务。管理pod以及pod中的容器。核心就是一个控制循环

Kube-proxy是一个简单的网络代理组件，他的作用主要是负责service的实现。原理是，每个节点运行一个kube-proxy服务，监听API server中的service，endpoint（访问地址），node变化情况。Kube-proxy可以根据监听资源的变化，操作后端服务来为服务配置负载均衡。模式有iptables/ipvs。

List-watch（异步消息处理机制）机制的作用是减少请求，降低压力。List主要用于查询（http短链接），watch用于监听（http长连接）。可以保证消息可靠性（将查询的资源状态与预期进行对比），实时性（资源状态改变就会推送消息），顺序性（通过resourceVersion的递增来确认顺序），以及高性能（异步）。

Watch通过http长连接收发资源来变更事件，利用分块传输编码来实现。将数据分解成一个或多个块发送。普通的长连接需要知道发送了多长的数据来判断何时可以断开链接。在动态生成的情况下，总大小不知，所以拆分成一块一块的，有就发。客户端会先收到一个块大小的消息，然后才会收到数据。直到块大小为零才会结束。

控制器架构流程：kubectl创建Deployment，APIserver将Deployment存入Etcd，APIserver上报Deployment creat事件。Deployment控制器通过list-watch收到事件。Deployment控制器创建ReplicaSet，APIserver将Replicaset存入Etcd。APIserver上报上报ReplicaSet creat事件。ReplicaSet控制器通过list-watch收到事件。Replicaset控制器创建pod。APIserver将pod存入Etcd，APIserver上报Pod craet事件。Scheduler通过通过list-watch收到事件。Scheduler更新pod，绑定目标节点。APIserver同步更新pod到etcd，APIserver上报Pod Bound事件。

目标节点的kubelet通过list-watch收到事件。