云原生Kubernetes 基本概念和术语

忘是亡心i 2024-04-01 12:55 129阅读 0赞

**目录**

一、概述

二、 Kubernetes 集群的两种管理角色：Master 和 Node

1、Master

1.1、master概念

1.2、master节点上运行的进程

①、Kubernetes API Server（kube-apiserver）：（负责对外暴露 Kubernetes API）

②、Kubernetes Controller Manager（kube-controller-manager）：（控调整调整集群的状态）

③、Kubernetes Scheduler（kube-scheduler）：（进行调度决策，让 Pod 在合适的节点上创建运行）

④、etcd服务：（作为保存 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库）

2、Node

2.1、node概念

2.2、node节点上运行的进程

①、kubelet：（负责执行、监控由调度器分配的 Pod）

②、kube-proxy：（网络代理，负责为 Service 提供集群内部的服务发现和负载均衡）

③、Docker Engine（docker）

三、kubernetes实现高效均衡的资源调度策略的方式

四、Pod

1、pod中容器有几种

2、pod的类型

2.1、普通的Pod

2.2、静态的Pod

五、Replication Controller（RC）

1、replication controller 概念

2、replication controller的组成部分

3、replication controller的重要性

六、Label（标签）

1、label 概念

七、StatefulSet和Deployment

八、Endpoint

九、server（服务）

1、概述

2、server 是怎样和后端的Pod副本集群通信的

3、RC（replication controller 副本控制器）对server看来的作用

4、多个pod副本组成一个集群来提供服务，客户端是怎样访问他们的

十、Volume（存储卷）

1、概念

2、k8s中的volume和docker中的volume的区别

十一、Persistent Volume （pv）

1、pv的关键配置参数

2、PV 生命周期的各个阶段（Phase）

十二、PVC 详解

十三、k8s相关概念总结

1、Container

2、Pod

3、Node

4、Namespace

5、Service

6、Label

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## 一、概述 ##

Kubernetes 中的大部分概念如 Node 、 Pod 、 Replication Controller 、 Service 等都可以看作一  
种“资源对象”，几乎所有的资源对象都可以通过 Kubernetes 提供的 kubectl 工具（或者 API 编程调用）执行增、删、改、查等操作并将其保存在 etcd 中持久化存储。

从这个角度来看，Kubernetes 其实是一个高度自动化的资源控制系统，它通过跟踪对比 etcd 库里保存的“资源期望状态”与 当前环境中的“实际资源状态”的差异来实现自动控制和自动纠错的高级功能。

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Service  的服务进程目前都基于  Socket 通信方式对外提供服务，比如 Redis、Memcache、MySQL、Web Server，或者是实现了某个具体业务的一个特定的 TCP Server 进程，虽然一个

Service  通常由多个相关的服务进程来提供服务，每个服务进程都有一个独立的  Endpoint

（ IP+Port）访问点。但 Kubernetes 能够让我们通过 Service（虚拟 Cluster IP +Service Port）连接到指定的 Service 上，有了 Kubernetes 内建的透明负载均衡和故障恢复机制，不管后端有多少服务进程，也不管某个服务进程是否会由于发生故障而重新部署到其他机器，都不会影响到我们

对服务的正常调用。

## 二、 Kubernetes 集群的两种管理角色：Master 和 Node ##

### 1、Master ###

#### 1.1、master概念 ####

Kubernetes 里的 Master 指的是集群控制节点，每个 Kubernetes 集群里需要有一个 Master节点来负责整个集群的管理和控制，基本上 Kubernetes 的所有控制命令都发给它，它来负责具体的执行过程，我们后面执行的所有命令基本都是在 Master 节点上运行的。 Master 节点通常会占据一个独立的服务器（高可用部署建议用 3 台服务器），其主要原因是它太重要了，是整个集群的“首脑”，如果宕机或者不可用，那么对集群内容器应用的管理都将失效。

#### 1.2、master节点上运行的进程 ####

#### ①、Kubernetes API Server（kube-apiserver）：（负责对外暴露 Kubernetes API） ####

作用：提供了 HTTP Rest 接口的关键服务进程，是 Kubernetes 里所有资源的增、删、改、查等操作的唯一入口，也是集群控制的入口进程。

#### ②、Kubernetes Controller Manager（kube-controller-manager）：（控调整调整集群的状态） ####

作用：Kubernetes 里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”。

#### ③、Kubernetes Scheduler（kube-scheduler）：（进行调度决策，让 Pod 在合适的节点上创建运行） ####

作用：负责资源调度（Pod 调度）的进程，相当于公 交公司的“调度室”。

#### ④、etcd服务：（作为保存 Kubernetes 所有集群数据的后台数据库） ####

作用：Kubernetes 里的所有资源对象的数据存储位置。

### 2、Node ###

#### 2.1、node概念 ####

除了 Master ， Kubernetes 集群中的其他机器被称为 Node 节点，Node 节点才是 Kubernetes 集群中的工作负载节点。 每个 Node 都会被 Master 分配一些工作负载（ Docker 容器），当某个 Node 宕机时，其上的工作负载会被 Master 自动转移到其他节点上去。

#### 2.2、node节点上运行的进程 ####

#### ①、kubelet：（负责执行、监控由调度器分配的 Pod） ####

作用：负责 Pod 对应的容器的创建、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。

#### ②、kube-proxy：（网络代理，负责为 Service 提供集群内部的服务发现和负载均衡） ####

作用：实现 Kubernetes Service 的通信与负载均衡机制（L4层的负载均衡）的重要组件

#### ③、Docker Engine（docker） ####

作用：Docker 引擎，负责本机的容器创建和管理工作

## 三、kubernetes实现高效均衡的资源调度策略的方式 ##

node节点可以在运行期间动态的增加到k8s的集群中，前提是这个节点已经完成正确的安装、配置和启动关键进程。在默认情况下，kublet会向master注册自己，这也是k8s推荐的管理方式。node被纳入集群管理范围后，kubelet进程就会定时向master节点汇报自生的状态，例如操作系统、Docker 版本、机器的 CPU 和内存情况，以及当前有哪些 Pod 在运行等。这样Master 可以获知每个 Node 的资源使用情况，并实现高效均衡的资源调度策略。 而某个 Node 超过指定时间不上报信息时，会被 Master 判定为“失联”，Node 的状态被标记为 不可用（Not Ready），随后 Master 会触发“工作负载大转移”的自动流程。

## 四、Pod ##

### 1、pod中容器有几种 ###

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>名称</td> 
   <td>作用</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>init容器</td> 
   <td>初始化容器环境</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td> <p>pause容器（根容器）</p> </td> 
   <td>在pod内提供network namespace和存储卷支持</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>业务/应用容器</td> 
   <td>提供业务运行</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 2、pod的类型 ###

#### 2.1、普通的Pod ####

普通的  Pod  一旦被创建，就会被放入到  etcd  中存储，随后会被 Kubernetes Master 调度到某个具体的  Node  上并进行绑定（ Binding ），随后该  Pod  被对应的  Node  上的  kubelet 进程实例化成一组相关的  Docker 容器并启动起来。

在默认情况下，当  Pod 里的某个容器停止时， Kubernetes  会自动检测到这个问题并且重新启动这个  Pod （重启  Pod  里的所有容器），如果 Pod 所在的  Node  宕机，则会将这个  Node  上的所有p od  重新调度到其他节点上

#### 2.2、静态的Pod ####

创建后并不存放在Kubernetes 的 etcd 存储里，而是存放在某个具体的 Node 上的一个具体文件中，并且只在此 Node 上启动运行

## 五、Replication Controller（RC） ##

### 1、replication controller 概念 ###

RC  是  Kubernetes 系统中的核心概念之一，简单来说，它其实是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。

### 2、replication controller的组成部分 ###

①、pod期待的副本数

②、用于筛选目标pod的lable selector

③、当pod的副本数小于预期数量时，用于创建新pod的pod模板

### 3、replication controller的重要性 ###

当我们定义了一个  RC  并提交到  Kubernetes  集群中以后， Master  节点上的  Controller Manager

组件就得到通知，定期巡检系统中当前存活的目标  Pod ，并确保目标  Pod  实例的数量刚好等于

此  RC  的期望值，如果有过多的  Pod  副本在运行，系统就会停掉一些  Pod ，否则系统就会再自

动创建一些  Pod 。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

少了系统管理员在传统  IT  环境中需要完成的许多手工运维工作

## 六、Label（标签） ##

### 1、label 概念 ###

Label  是  Kubernetes  系统中另外一个核心概念。一个  Label  是一个  key=value 的键值对，其中  key  与  value  由用户自己指定。

我们可以通过给指定的资源对象捆绑一个或多个不同的  Label 来实现多维度的资源分组管理功能，以便于灵活、方便地进行资源分配、调度、配置、部署等管理工作。

Label  相当于我们熟悉的“标签”，给某个资源对象定义一个  Label，就相当于给它打了一个标签，随后可以通过  Label Selector （标签选择器）查询和筛选拥有某些  Label 的资源对象，Kubernetes  通过这种方式实现了类似  SQL  的简单又通用的对象查询机制。

##  ##

## 七、StatefulSet和Deployment ##

**statefulSet：部署的是有状态的应用**

**deployment：部署的是无状态的应用**

## 八、Endpoint ##

它代表着此  Pod  里的一个服务进程的对外通信地址。一个  Pod 也存在着具有多个Endpoint  的情况，比如当我们把  Tomcat  定义为一个  Pod 时，可以对外暴露管理端口与服务端口这两个  Endpoint，Endpoint实际是( pod IP + container Port )

##  ##

## 九、server（服务） ##

### 1、概述 ###

Service  也是  Kubernetes  里的最核心的资源对象之一， Kubernetes  里的每个  Service  其实就是

我们经常提起的微服务架构中的一个“微服务”。

### 2、server 是怎样和后端的Pod副本集群通信的 ###

Service  与其后端 Pod 副本集群之间则是通过  Label Selector  来实现“无缝对接”的。

### 3、RC（replication controller 副本控制器）对server看来的作用 ###

RC  的作用实际上是保证 Service 的服务能力和服务质量始终处于预期的标准。

### 4、多个pod副本组成一个集群来提供服务，客户端是怎样访问他们的 ###

前置：

每个  Pod  都会被分配一个单独的  IP  地址，而且每个  Pod  都提供了一个独立的 Endpoint （Pod IP（Cluster IP）+ContainerPort）以被客户端访问，现在多个 Pod  副本组成了一个集群来提供服务

访问方法：

一般的做法是部署一个负载均衡器（软件或硬件），为这组  Pod 开启一个对外的服务端口如  8000  端口，并且将这些  Pod  的  Endpoint  列表加入  8000 端口的转发列表中，客户端就可以通过负载均衡器的对外  IP  地址 \+服务端口来访问此服务，而客户端的请求最后会被转发到哪个  Pod ，则由负载均衡器的算法所决定。

## 十、Volume（存储卷） ##

### 1、概念 ###

Volume  是  Pod  中能够被多个容器访问的共享目录。

### 2、k8s中的volume和docker中的volume的区别 ###

Kubernetes  的  Volume 概念、用途和目的与  Docker  的  Volume  比较类似，但两者不能等价

①、kubernetes 中的 Volume 定义在 Pod上，然后被一个 Pod 里的多个容器挂载到具体的文件目录下。

②、Kubernetes 中的 Volume 与 Pod 的生命周期相同，Pod终止或者重启、volume数据会丢失，而容器的volume和生命周期不相关，当容器终止或者重启时，Volume 中的数据也不会丢失

③、Kubernetes 支持多种类型的 Volume，例如 GlusterFS、Ceph 等先进的分布式文件系统

## 十一、Persistent Volume （pv） ##

PV 可以理解成 Kubernetes 集群中的某个网络存储中对应的一块存储，它与 Volume 很类似。pv作为存储资源，主要包括存储能力、访问模式、回收策略、后端存储类型等关键信息的设置。

### 1、pv的关键配置参数 ###

①、存储能力：描述存储设备具备的能力，目前仅支持对存储空间的设置（storage=xx）

②、访问模式：对 PV 进行访问模式的设置，用于描述用户应用对存储资源的访问的权限

访问模式：

1、ReadWriteOnce（简写为 RWO）：读写权限，并且只能被单个 Node 挂载

2、ReadOnlyMany（简写为 ROX）：只读权限，允许被多个 Node 挂载

3、ReadWriteMany（简写为 RWX）：读写权限，允许被多个 Node 挂载

③、存储类别

④、回收策略

### 2、PV 生命周期的各个阶段（Phase） ###

PV 在生命周期中，可能处于以下 4 个阶段之一

①、Available：可用状态，还未与某个 PVC 绑定

②、Bound：已与某个 PVC 绑定

③、Released：绑定的 PVC 已经删除，资源已释放，但没有被集群回收

④、Failed：自动资源回收失败

## 十二、PVC 详解 ##

PVC  作为用户对存储资源的需求申请，主要包括存储空间请求、访问模式、 PV  选择条件

和存储类别等信息的设置

## 十三、k8s相关概念总结 ##

### 1、Container ###

即容器。通过镜像包含软件的运行环境，加上namespace的隔离功能，使得容器可以很方便的在任何地方运行

### 2、Pod ###

K8s使用pod来管理容器，一个pod可以包含一个或多个容器，他是一组紧密关联的容器集合，共享PID、IPC、Network、UTS namespace（docker的六个名称空间为：PID、IPC、Net、UTS、Mnt、User）是k8s调度的基本单位。

### 3、Node ###

Node 是 Pod 真正运行的主机，可以是物理机，也可以是虚拟机

### 4、Namespace ###

Namespace 是对一组资源和对象的抽象集合，比如可以用来将系统内部的对象划分为不同的项目组或用户组。常见的 pods, services, replication controllers 和 deployments 等都是属于某一个 namespace 的（默认是 default），而 node, persistentVolumes 等则不属于任何 namespace。

### 5、Service ###

Service 是应用服务的抽象，通过 labels 为应用提供负载均衡和服务发现。匹配 labels 的 Pod IP 和端口列表组成 endpoints，由 kube-proxy 负责将服务 IP 负载均衡到这些 endpoints 上。

每个 Service 都会自动分配一个 cluster IP（仅在集群内部可访问的虚拟地址）和 DNS 名，其他容器可以通过该地址或 DNS 来访问服务，而不需要了解后端容器的运行。

### 6、Label ###

Label 是识别 Kubernetes 对象的标签，以 key/value 的方式附加到对象上。Label 不提供唯一性，并且实际上经常是很多对象（如 Pods）都使用相同的 label 来标志具体的应用。

##  ##

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