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kubernetes相关概念总结

时间:2019-01-21 00:58:17      阅读:186      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]
kubernetes内部组件工作原理 http://dockone.io/article/5108

Master

Master是整个集群的控制中心,kubernetes的所有控制指令都是发给master,它负责具体的执行过程。一般我们会把master独立于一台物理机或者一台虚拟机,它的重要性不言而喻。

master上有这些关键的进程:

Kubernetes API Server(kube-apiserver),提供了HTTP Rest接口关键服务进程,是所有资源增、删、改、查等操作的唯一入口,也是集群控制的入口进程。

Kubernetes Controller Manager(kube-controlker-manager),是所有资源对象的自动化控制中心,可以理解为资源对象的大总管。

Kubernetes Scheduler(kube-scheduler),负责资源调度(pod调度)的进程,相当于公交公司的“调度室”。 etcd Server,kubernetes里所有资源对象的数据都是存储在etcd中的。

Node

除了Master,Kubernetes集群中其他机器被称为Node,早期版本叫做Minion。Node可以是物理机也可以是虚拟机,每个 Node上会被分配一些工作负载(即,docker容器),当Node宕机后,其上面跑的应用会被转移到其他Node上。

Node上有这些关键进程: kubelet:负责Pod对应容器的创建、启停等任务,同时与Master节点密切协作,实现集群管理的基本功能。 kube-proxy:实现Kubernetes Service的通信与负载均衡机制的重要组件。 Docker Engine(docker):Docker引擎,负责本机容器的创建和管理。

kubectl get nodes #查看集群中有多少个node kubectl describe node <node name> #查看Node的详细信息

Pod

查看pod命令: kubectl get pods 查看容器命令: docker ps

可以看到容器和pod是有对应关系的,在我们做过的实验中,每个pod对应两个容器,一个是Pause容器,一个是rc里面定义的容器(实际上,每个pod里可以有多个应用容器)。这个Pause容器叫做“根容器”,只有当Pause容器“死亡”才会认为该 pod“死亡”。Pause容器的IP以及其挂载的Volume资源会共享给该pod下的其他容器。

pod定义示例:

apiVersion: v1 
kind: pod 
metadata:
  name: myweb
  labels:    
    name: myweb 
spec:  
  containers:  
  - name: myweb    
  image: kubeguide/tomcat-app:v1    
  ports:    
  - containerPort: 8080    
  env:    
  - name: MYSQL_SERVICE_HOST      
  value: ‘mysql‘    
  - name: MYSQL_SERVICE_PORT
  value: ‘3306‘

每个pod都可以对其能使用的服务器上的硬件资源进行限制(CPU、内存)。CPU限定的最小单位是1/1000个cpu,用m表示,如100m,就是0.1个cpu。内存限定的最小单位是字节,可以用Mi(兆) 表示,如128Mi就是128M。

在kubernetes里,一个计算资源进行配额限定需要设定两个参数:

1) requests:该资源的最小申请量

2) Limits:该资源允许的最大使用量。

资源限定示例: spec:

spec:
  containers:
  - name: db     
    image: mysql     
    resources: 
      requests:
        memory: "64Mi"
        cpu: "250m"       
      limits:
        memory: "128Mi"         
        cpu: "500m"

Label

Label是一个键值对,其中键和值都由用户自定义,Label可以附加在各种资源对象上,如Node、Pod、Service、RC等。一个资

源对象可以定义多个Label,同一个Label也可以被添加到任意数量的资源对象上。Label可以在定义对象时定义,也可以在对象创建完后动态添加或删除。

Label示例:

"release":"stable", "environment":"dev", "tier":"backend"等等。

RC

RC是kubernetes中核心概念之一,简单说它定义了一个期望的场景,即声明某种pod的副本数量在任意时刻都符合某个预期值,RC定义了如下几个部分:

1) pod期待的副本数

2) 用于筛选目标pod的Label Selector

3) 创建pod副本的模板(template)

RC一旦被提交到kubernetes集群后,Master节点上的Controller Manager组件就会接收到该通知,它会定期巡检集群中存活的 pod,并确保pod数量符合RC的定义值。可以说通过RC,kubernetes实现了用户应用集群的高可用性,并且大大减少了管理员在传统IT环境中不得不做的诸多手工运维工作,比如编写主机监控脚本、应用监控脚本、故障恢复处理脚本等

RC工作流程(假如,集群中有3个Node):

1) RC定义2个pod副本

2) 假设系统会在2个Node上(Node1和Node2)创建pod

3) 如果Node2上的pod(pod2)意外终止,这很有可能是因为Node2宕机

4) 则会创建一个新的pod,假设会在Node3上创建pod3,当然也有可能在Node1上创建pod3

RC中动态修改pod副本数量:

kubectl scale rc <rc name> --replicas=n

利用动态修改pod的副本数,可以实现应用的动态升级(滚动升级):

1) 以新版本的镜像定义新的RC,但pod要和旧版本保持一致(由Label决定)

2) 新版本每增加1个pod,旧版本就减少一个pod,始终保持固定的值

3) 最终旧版本pod数为0,全部为新版本

删除RC

kubectl delete rc <rc name>

删除RC后,RC对应的pod也会被删除掉

Deployment

在1.2版本引入的概念,目的是为了解决pod编排问题,在内部使用了Replica Set,它和RC比较,相似度为90%以上,可以认为是RC的升级版。 跟RC比较,最大的一个特点是可以知道pod部署的进度。

Deployment示例:

apiVersion: extensions/v1beta1 
kind: Deployment 
metadata:  
  name: frontend 
spec:  
  replicas: 1  
  selector:    
    matchLabels:      
      tier: frontend    
    matchExpressions:      
      - {key: tier, operator: In, values: [frontend]}  
  template:    
    metadata:      
      labels:        
        app: app-demo        
        tier: frontend    
    spec:      
      containers:      
      - name: tomcat-demo        
        image: tomcat        
        imagePullPolicy: IfNotPresent        
        ports:        
        - containerPort: 8080
kubectl create  -f tomcat-deployment.yaml 
kubectl get deployment

HPA(Horizontail Pod Autoscaler)

在1.1版本,kubernetes官方发布了HPA,实现pod的动态扩容、缩容,它属于一种kubernetes的资源对象。它通过追踪分析 RC控制的所有目标pod的负载变化情况,来决定是否需要针对性地调整目标Pod的副本数,这是HPA的实现原理。

pod负载度量指标:

1) CpuUtilizationPercentage

目标pod所有副本自身的cpu利用率平用均值。一个pod自身的cpu利用率=该pod当前cpu的使用量/pod Request值。如果某一个时刻,CPUUtilizationPercentage的值超过了80%,则判定当前的pod已经不够支撑业务,需要增加pod。

2) 应用程序自定义的度量指标,比如服务每秒内的请求数(TPS或QPS)

HPA示例:

apiVerion: autosacling/v1 
kind: HorizontalPodAutoscaler 
metadata:  
  name: php-apache
  namespace: default 
spec:
  maxReplicas: 10  
  minReplicas: 1  
  scaleTargetRef:  
    kind: Deployment  
    name: php-apache  
  targetCPUUtilizationPercentage: 90

说明:HPA控制的目标对象是一个名叫php-apache的Deployment里的pod副本,当cpu平均值超过90%时就会扩容,pod副本 数控制范围是1-10.
除了以上的xml文件定义HPA外,也可以用命令行的方式来定义:

kubectl autoscale deployment php-apache --cpu-percent=90 --min=1 --max=10

Service

Service是kubernetes中最核心的资源对象之一,Service可以理解成是微服务架构中的一个“微服务”,pod、RC、 Deployment都是为Service提供嫁衣的。

简单讲一个service本质上是一组pod组成的一个集群,前面我们说过service和pod之间是通过Label来串起来的,相同Service的 pod的Label一样。同一个service下的所有pod是通过kube-proxy实现负载均衡,而每个service都会分配一个全局唯一的虚拟 ip,也叫做cluster ip。在该service整个生命周期内,cluster ip是不会改变的,而在kubernetes中还有一个dns服务,它把 service的name和cluster ip映射起来。

service示例:(文件名tomcat-service.yaml)

apiVersion: v1 
kind: Service 
metadata: 
  name: tomcat-service 
spec:   
  ports:
    - port: 8080    
  selector:       
    tier: frontend
kubectl create -f tomcat-service.yaml 
kubectl get endpoints  //查看pod的IP地址以及端口 
kubectl get svc tomcat-service -o yaml  //查看service分配的cluster ip

多端口的service

apiVersion: v1 
kind: Service metadata:  
  name: tomcat-service 
spec:  
  ports:    
    - port: 8080      
      name: service-port    
    - port: 8005      
      name: shutdown-port    
  selector:      
    tier: frontend

对于cluster ip有如下限制:

1) Cluster ip无法被ping通,因为没有实体网络来响应

2) Cluster ip和Service port组成了一个具体的通信端口,单独的Cluster ip不具备TCP/IP通信基础,它们属于一个封闭的空间。

3) 在kubernetes集群中,Node ip、pod ip、cluster ip之间的通信,采用的是kubernetes自己设计的一套编程方式的特殊路由规则。

要想直接和service通信,需要一个Nodeport,在service的yaml文件中定义:

apiVersion: v1 
kind: Service 
metadata:
  name: tomcat-service 
spec:  
  ports:
    - port: 8080
      nodeport: 31002
  selector:    
    tier: frontend

它实质上是把cluster ip的port映射到了node ip的nodeport上了

Volume(存储卷)

Volume是pod中能够被多个容器访问的共享目录,kubernetes中的volume和docker中的volume不一样,主要有以下几个方 面: 1)kubernetes的volume定义在pod上,然后被一个pod里的多个容器挂载到具体的目录下 2)kubernetes的volume与pod生命周期相同,但与容器的生命周期没关系,当容器终止或者重启时,volume中的数据并不会 丢失 3)kubernetes支持多种类型的volume,如glusterfs,ceph等先进的分布式文件系统
如何定义并使用volume呢?只需要在定义pod的yaml配置文件中指定volume相关配置即可:

template:    
  metadata:    
    labels:      
      app: app-demo        
      tier: frontend    
    spec:      
      volumes:        
        - name: datavol          
          emptyDir: {}      
      containers:      
      - name: tomcat-demo       
        image: tomcat        
        volumeMounts:          
          - mountPath: /mydata-data            
          name: datavol        
          imagePullPolicy: IfNotPresent

说明: volume名字是datavol,类型是emptyDir,将volume挂载到容器的/mydata-data目录下
volume的类型:

1)emptyDir 是在pod分配到node时创建的,初始内容为空,不需要关心它将会在宿主机(node)上的哪个目录下,因为这是kubernetes自 动分配的一个目录,当pod从node上移除,emptyDir上的数据也会消失。所以,这种类型的volume不适合存储永久数据,适合 存放临时文件。
2)hostPath hostPath指定宿主机(node)上的目录路径,然后pod里的容器挂载该共享目录。这样有一个问题,如果是多个node,虽然目 录一样,但是数据不能做到一致,所以这个类型适合一个node的情况。
配置示例:

volumes:
  - name: "persistent-storage"
    hostPath:
      path: "/data"

3)gcePersistentDisk 使用Google公有云GCE提供的永久磁盘(PD)存储volume数据。毫无疑问,使用gcePersistentDisk的前提是kubernetes的 node是基于GCE的。
配置示例:

      volumes:
        - name: test-volume
          gcePersistentDisk:
            pdName: my-data-disk
            fsType: ext4

4)awsElasticBlockStore

与GCE类似,该类型使用亚马逊公有云提供的EBS Volume存储数据,使用它的前提是Node必须是aws EC2。

5) NFS使用NFS作为volume载体。

示例:

      volumes:
        - name: "NFS"
          NFS:
            server: ip地址
            path: "/"

6) 其他类型

iscsi flocker glusterfs

rbd

gitRepo: 从git仓库clone一个git项目,以供pod使用 secret: 用于为pod提供加密的信息

persistent volume(PV)

PV可以理解成kubernetes集群中某个网络存储中对应的一块存储,它与volume类似,但有如下区别:

1) PV只能是网络存储,不属于任何Node,但可以在每个Node上访问到

2) PV并不是定义在pod上,而是独立于pod之外定义

3) PV目前只有几种类型:GCE Persistent Disk、NFS、RBD、iSCSCI、AWS ElasticBlockStore、GlusterFS

如下是NFS类型的PV定义:


apiVersion: v1
kind: PersistentVolumemetadata:
  name: pv0003
spec:
  capacity:
    storage: 5Gi
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  nfs:
    path: /somepath
    server: ip

其中accessModes是一个重要的属性,目前有以下类型:

ReadWriteOnce: 读写权限,并且只能被单个Node挂载
eadOnlyMany: 只读权限,允许被多个Node挂载

ReadWriteMany:读写权限,允许被多个Node挂载如果某个pod想申请某种条件的PV,首先需要定义一个PersistentVolumeClaim(PVC)对象:

kind: persistentVolumeClaim
apiVersion: v1
metadata:
  name: myclaim
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 8Gi

然后在pod的vomume定义中引用上面的PVC:

volumes:
  - name: mypd
    persistentVolumeClaim:
      ClaimName: myclaim

Namespace(命名空间)

当kubernetes集群中存在多租户的情况下,就需要有一种机制实现每个租户的资源隔离。而namespace的目的就是为了实现资源隔离。

kubectl get namespace  //查看集群所有的namespace

定义namespace:

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: dev
kubectl create -f dev-namespace.yaml  //创建dev namespace
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: busybox
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - image: busybox
    command:
      - sleep
      - "500"
    name: busybox

然后再定义pod,指定namespace 查看某个namespace下的pod:

kubectl get pod --namespace=dev

kubernetes相关概念总结

原文:http://blog.51cto.com/m51cto/2344831

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