1.概述

歡迎來(lái)到K8s入門(mén)課程。Kubernetes，也被稱(chēng)為K8s或Kube，是谷歌推出的業(yè)界最受歡迎的容器編排器。本K8s教程由一系列關(guān)于K8s的文章組成。在第一部分，我們將討論什么是K8s和K8s的基本概念。

本課程是專(zhuān)為初學(xué)者開(kāi)設(shè)的，你可以零基礎(chǔ)學(xué)習(xí)這項(xiàng)技術(shù)。我們將帶你了解全部K8s的基礎(chǔ)知識(shí)，幫你理解這些概念。

在開(kāi)始學(xué)習(xí)K8s之前，讓我們對(duì)容器引擎和容器有一個(gè)基本的了解。

2.什么是容器引擎?

容器引擎允許你綁定和運(yùn)行一個(gè)應(yīng)用在一個(gè)容器里，這是一個(gè)松散隔離的環(huán)境。由于隔離性和安全性，你可以在一臺(tái)主機(jī)上操作多個(gè)容器。

容器引擎利用了操作系統(tǒng)的內(nèi)核資源隔離特性，可以在同一個(gè)操作系統(tǒng)上運(yùn)行多個(gè)容器。人們通常把容器引擎比作虛擬機(jī)(VMs)。

另一方面，虛擬機(jī)利用物理硬件資源抽象層之上可執(zhí)行代碼封裝了整個(gè)操作系統(tǒng)。

3.什么是容器?

一個(gè)容器鏡像是一個(gè)可運(yùn)行的軟件包，其中包含了一個(gè)完整的可執(zhí)行程序，包括代碼和運(yùn)行時(shí)需要應(yīng)用、系統(tǒng)庫(kù)和全部重要設(shè)置的默認(rèn)值。

應(yīng)用程序通過(guò)使用容器與底層的宿主機(jī)架構(gòu)解耦。如下圖所示，我們可以利用底層機(jī)器在容器引擎之上運(yùn)行多個(gè)容器。這促進(jìn)了容器在各種操作系統(tǒng)和云場(chǎng)景中的部署。

容器通過(guò)容易擴(kuò)展和部署應(yīng)用程序的特性幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化。然而，重新建立一個(gè)全新的基礎(chǔ)環(huán)境，容器也帶來(lái)了額外的問(wèn)題和復(fù)雜性。

每天有數(shù)千個(gè)容器實(shí)例被大型和小型軟件組織部署，這給他們的管理帶來(lái)了持續(xù)增長(zhǎng)的挑戰(zhàn)。那么，他們是如何做到的呢?

4.什么是容器編排?

容器編排與容器的生命周期管理相關(guān)，特別是在大型動(dòng)態(tài)環(huán)境中。軟件團(tuán)隊(duì)用容器編排器來(lái)控制和自動(dòng)化容器管理的各種任務(wù)。

容器編排器可以工作在使用容器的任何環(huán)境。它可以幫助你在多個(gè)環(huán)境中部署相同的程序，而不需要重新編寫(xiě)它。

5.容器編排工具

容器編排技術(shù)提供了一個(gè)控制容器和微服架構(gòu)的框架。容器生命周期管理可以通過(guò)各種容器編排器解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，Kubernetes、Docker Swarm和Apache Mesos是三種常見(jiàn)的解決方案/編排工具。

Docker Swarm是Docker原生工具，非常容易安裝和配置。K8s需要大量手工干預(yù)來(lái)配置其組件，例如 etcd、flannel 和 docker 引擎。

與其他工具相比，K8s憑借其各種優(yōu)勢(shì)和功能特性在行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位。

6.什么是K8s?

K8s是一個(gè)最初由Google開(kāi)發(fā)的，用于自動(dòng)化部署、擴(kuò)展和管理容器化應(yīng)用的開(kāi)源容器編排器技術(shù)。

K8s使部署和管理微服務(wù)架構(gòu)應(yīng)用程序變得很簡(jiǎn)單。它通過(guò)在集群之上形成一個(gè)抽象層來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，允許開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)平滑地部署應(yīng)用程序，而 K8s主要處理以下任務(wù)：

• 控制和管理應(yīng)用程序?qū)Y源的使用
• 自動(dòng)負(fù)載均衡應(yīng)用程序的多個(gè)實(shí)例之間請(qǐng)求
• 監(jiān)控資源使用和資源限制，為了可以自動(dòng)阻止應(yīng)用消耗過(guò)多的資源并且可以再次恢復(fù)它們
• 如果主機(jī)資源耗盡或主機(jī)死機(jī)，將應(yīng)用程序?qū)嵗龔囊慌_(tái)主機(jī)遷移到另一臺(tái)主機(jī)是一個(gè)可行的選項(xiàng)
• 當(dāng)有新的主機(jī)加入集群時(shí)，新增加的額外資源可以被自動(dòng)使用

7.為什么市場(chǎng)推薦K8s

K8s是第一個(gè)由云原生計(jì)算基金會(huì)(Cloud Native Computing Foundation, CNCF)和谷歌基金會(huì)倡議的項(xiàng)目，是繼Linux之后增長(zhǎng)最快的開(kāi)源軟件項(xiàng)目。

為什么現(xiàn)在有很多企業(yè)依賴(lài)K8s來(lái)滿足他們的容器編排需求? 原因有很多:

• 可移植性和靈活性：K8s有很強(qiáng)的兼容性，因?yàn)樗梢栽诟鞣N基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境設(shè)置下運(yùn)行。大多數(shù)其他編排器沒(méi)有這種靈活性。它們被鎖定在特定的運(yùn)行時(shí)或基礎(chǔ)架構(gòu)中。
• 開(kāi)源：CNCF負(fù)責(zé)管理K8s，這是一個(gè)完全開(kāi)源、由社區(qū)驅(qū)動(dòng)的項(xiàng)目。它有許多重要的企業(yè)贊助商，但沒(méi)有一家公司能“控制”這個(gè)平臺(tái)或者控制它的發(fā)展方向。
• 多云兼容性：K8s不但可以將工作負(fù)載托管在單個(gè)云上，而且可以將工作負(fù)載分布在多個(gè)云上。 K8s也能輕松地將其環(huán)境從一個(gè)云擴(kuò)展到另一個(gè)云。雖然其它編排器也能支持多云架構(gòu)，但K8s在多云兼容性性方面可以完全超越它們。
• 市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者：大部分公司都在使用K8s。根據(jù)紅帽公司的一項(xiàng)調(diào)查，K8s被客戶廣泛使用 (88%)，尤其在生產(chǎn)環(huán)境中(74%)。

8.K8s架構(gòu)

K8s是一個(gè)架構(gòu)良好的分布式系統(tǒng)的例子。它將集群中的所有機(jī)器都視為單個(gè)資源池的一部分。

K8s與其他成熟的分布式系統(tǒng)一樣，有兩層：頭節(jié)點(diǎn)和工作節(jié)點(diǎn)。

頭節(jié)點(diǎn)或主節(jié)點(diǎn)由控制面和工作節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序組成。一個(gè)K8s集群由許多頭節(jié)點(diǎn)和工作節(jié)點(diǎn)組成。

K8s引入了很多術(shù)語(yǔ)來(lái)描述應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)。 我們將帶大家學(xué)習(xí)每個(gè)術(shù)語(yǔ)。

9.K8s組件

頭節(jié)點(diǎn)/主節(jié)點(diǎn)和工作節(jié)點(diǎn)由它自己的組件組成，可以確保編排器穩(wěn)定地運(yùn)行。

控制平面

控制平面是管理員和用戶管理不同節(jié)點(diǎn)的地方。它通過(guò)HTTP調(diào)用接收命令或者連接到系統(tǒng)并且運(yùn)行命令行腳本。顧名思義，它控制了K8s與應(yīng)用程序的交互方式。

API 服務(wù)器

API 服務(wù)器為K8s集群提供了一個(gè)REST接口。 所有在pod上激活的服務(wù)和別的對(duì)象都是可以用可編程的方式與與終端進(jìn)行交互。

調(diào)度器

調(diào)度器負(fù)責(zé)將任務(wù)分配給各個(gè)節(jié)點(diǎn)。它監(jiān)控資源容量并保證工作節(jié)點(diǎn)的性能保持在可接受的范圍內(nèi)。

控制器管理器

K8s控制器管理器是管理K8s核心控制循環(huán)的服務(wù)。它負(fù)責(zé)確保集群的共享狀態(tài)正常運(yùn)行。

Etcd

K8s使用了Etcd，一個(gè)提供分布式鍵值存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)，用來(lái)共享集群的整體狀態(tài)的信息。

節(jié)點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)是運(yùn)行了pod的物理機(jī)或虛擬機(jī)?？刂破矫婀芾砑褐械拿總€(gè)節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)包含運(yùn)行 pod所需的服務(wù)。

Pods

K8s pod 是K8s管理容器集的最小單位。 每個(gè)pod有一個(gè)分配給pod中的所有容器的單獨(dú)的IP 地址。在pod中的容器內(nèi)存和存儲(chǔ)資源是共享的。當(dāng)應(yīng)用程序只有一個(gè)進(jìn)程時(shí)，pod 也可以有一個(gè)容器。

Kubelet

Kubelet是一個(gè)工作節(jié)點(diǎn)組件。它的任務(wù)是跟蹤pod及其容器的運(yùn)行狀態(tài)。它與pod的YAML 或JSON描述文件相關(guān)。Kubelet檢查 pod 規(guī)格并確定 pod 是否健康。

Kube代理

Kube代理是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)代理和負(fù)載均衡器，充當(dāng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)和API服務(wù)器之間的連接。它在集群中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，并允許你從內(nèi)部和外部連接到pod。

Kubectl

Kubectl是K8s的命令行工具。它用于部署應(yīng)用程序、監(jiān)控和控制集群資源以及查看日志。

從用戶的角度來(lái)看，Kubectl 是你的K8s的控制面板。它使你能夠執(zhí)行所有K8s操作。從技術(shù)角度來(lái)看，Kubectl 是K8s API的客戶端。

結(jié)論

在本文中，我們已經(jīng)了解了容器編排的基本概念和K8s的架構(gòu)。在我們即將發(fā)表的文章中，我們將了解K8s的重要關(guān)鍵特性和單節(jié)點(diǎn)K8s安裝。

譯者介紹

范曉波，51CTO社區(qū)編輯，資深網(wǎng)絡(luò)安全工程師。精通SDN、SD-WAN、VPN、NFV等網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)。精通二三層網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)。熟悉DPDK、VPP、OVS高性能網(wǎng)絡(luò)開(kāi)源框架。喜歡打羽毛球、烹飪美食。

原文標(biāo)題：??Introduction to Kubernetes | What is Kubernetes??，作者：M.S.M. Sivam