私有云OpenStack、Docker与K8s节点资源创建过程解析

在当今数字化转型的浪潮中，企业对高效、灵活且可扩展的 IT 基础设施的需求日益增长。虚拟化技术作为云计算和数据中心的核心技术，已成为企业构建现代化 IT 架构的重要基石。OpenStack、Docker 和 Kubernetes 作为虚拟化领域的三大核心技术，广泛应用于企业的生产环境中，为企业提供了强大的资源管理、应用部署和运维能力。然而，随着技术的不断成熟和社区的持续支持，企业正逐步克服这些挑战，并从中获得巨大的机遇，包括提升 IT 效率、优化资源利用和加速业务创新。本文将详细介绍 OpenStack 虚拟机、Docker 容器和 Kubernetes Pod 的创建流程，帮助企业更好地理解和应用这些技术，以实现高效、灵活的 IT 架构。

首先介绍，OpenStack 虚拟机创建流程

在 OpenStack 中，创建虚拟机的过程涉及多个组件的协同工作。以下是结合 OpenStack 七大核心组件(Nova、Glance、Neutron、Cinder、Keystone、Horizon、Swift)的虚拟机创建流程：

1.用户发起请求

用户通过 Horizon Web 界面或命令行工具(如`openstack`或`nova`)发起创建虚拟机的请求。

2.Keystone 身份认证

用户请求首先发送到 Keystone，进行身份认证。Keystone 验证用户凭证后，返回一个认证 Token。

3.Nova-api 接收请求

用户携带认证 Token 向 Nova-api 发送创建虚拟机的请求(如`openstack server create`)。Nova-api 验证 Token 的有效性，并与数据库通信，初始化虚拟机的数据库记录。

4.调度虚拟机

Nova-api 调度请求：Nova-api 通过消息队列(如 RabbitMQ)向 Nova-scheduler 发送调度请求。

Nova-scheduler 选择主机：Nova-scheduler 查询数据库中的计算资源，根据调度算法选择合适的计算节点。

更新数据库记录：调度完成后，Nova-scheduler 更新数据库，记录虚拟机将要部署的目标主机。

5.Nova-compute 创建虚拟机

 Nova-scheduler 发送指令：Nova-scheduler 通过消息队列向目标节点的 Nova-compute 发送创建虚拟机的指令。

Nova-compute 请求资源：

镜像资源：Nova-compute 通过 Keystone 认证后，向 Glance-api 请求虚拟机镜像。

网络资源：Nova-compute 向 Neutron-api 请求网络资源(如 IP 地址、端口)。

存储资源(可选)：如果虚拟机需要持久化存储，Nova-compute 会向 Cinder-api 请求块存储。

Nova-compute 调用虚拟化驱动：Nova-compute 根据获取的资源信息，调用虚拟化驱动(如 libvirt)创建虚拟机。

6.虚拟机启动

虚拟机创建完成后，Nova-compute 启动虚拟机实例。Nova-compute 将虚拟机的状态更新到数据库，并通过消息队列通知其他组件。

7.数据存储与备份

如果配置了 Swift 对象存储，虚拟机的镜像或持久化数据可以备份到 Swift 中。

Cinder 提供的块存储可以用于虚拟机的持久化存储。

8.用户监控与管理

用户可以通过 Horizon 界面或命令行工具查看虚拟机的状态、日志和性能指标。

简单总结一下：OpenStack 虚拟机的创建流程是一个复杂的过程，涉及多个组件的交互：

Keystone：负责身份认证。

Nova：核心组件，负责计算资源的管理和调度。

 Glance：提供镜像服务。

Neutron：提供网络服务。

Cinder：提供块存储服务。

Swift：提供对象存储服务(可选)。

Horizon：提供用户界面，方便用户操作。

通过这些组件的协同工作，OpenStack 能够高效地创建和管理虚拟机。

下面介绍Docker中容器创建流程，Docker 容器的创建流程是一个系统化的操作过程，从用户发起命令开始，到容器成功运行，涉及多个步骤和组件的协同工作。以下是 Docker 容器创建的详细流程：

1.用户发起命令

用户通过命令行工具(CLI)输入`docker run`命令来请求创建并运行一个容器。例如：

docker run -it ubuntu /bin/bash

2.Docker 客户端解析命令

Docker 客户端(CLI)解析用户输入的命令，提取关键信息，例如：

• 镜像名称(如`ubuntu`)。

• 容器运行的参数(如`-it`表示交互模式)。

• 容器启动后要运行的命令(如`/bin/bash`)。

3.客户端与服务器通信

Docker 客户端通过 Unix 套接字(`unix:///var/run/docker.sock`)或 TCP 套接字(如果配置了远程访问)与 Docker 服务器(守护进程`dockerd`)进行通信，将用户的请求发送给服务器。

4.检查镜像是否存在

Docker 服务器接收到请求后，首先检查本地是否已经存在指定的镜像(如`ubuntu`)：

• 如果镜像存在：直接进入下一步。

• 如果镜像不存在：Docker 服务器会从默认的镜像仓库(如 Docker Hub)或用户指定的仓库拉取镜像。

5.拉取镜像(如果需要)

如果本地没有指定的镜像，Docker 服务器会执行以下操作：

• 连接到镜像仓库：默认连接到 Docker Hub，或者用户指定的私有仓库。

• 拉取镜像：根据镜像名称和标签(如`ubuntu:latest`)，从仓库中下载镜像的各个层(Layer)。

• 存储镜像：将下载的镜像存储到本地镜像仓库中。

6.创建容器

当镜像准备好后，Docker 服务器开始创建容器：

• 分配容器 ID：为新容器生成一个唯一的 ID。

• 创建文件系统：使用镜像的文件系统层创建一个可读写的容器文件系统。容器的文 件系统是镜像的副本，但独立于镜像，允许容器在运行时进行修改。

• 设置网络：为容器分配网络接口，包括 IP 地址、端口映射等。

• 配置资源限制：根据用户指定的参数(如 CPU、内存限制)配置容器的资源限制。

• 分配伪终端：如果用户指定了`-it`参数，为容器分配一个伪终端(TTY)。

7.启动容器

容器创建完成后，Docker 服务器启动容器：

• 执行用户指定的命令：在容器中运行用户指定的命令(如`/bin/bash`)。

• 容器进入运行状态：容器开始运行，用户可以通过`docker ps`查看容器的状态。

8.容器运行

容器运行后，用户可以通过以下方式与容器交互：

• 进入容器：使用`docker exec`命令进入容器内部。

• 查看日志：使用`docker logs`查看容器的输出日志。

• 停止容器：使用`docker stop`或`docker kill`停止容器。

9.容器退出

当容器运行的主进程结束时，容器会自动退出：

• 如果用户指定了`--rm`参数，容器退出后会自动删除。

• 如果没有指定`--rm`，容器会保留，用户可以再次启动或删除。

简单总结，Docker 容器的创建流程可以概括为以下几个关键步骤：

• 用户通过 CLI 发起命令。

• 客户端与服务器通信。

• 检查并拉取镜像。

• 创建容器的文件系统、网络和资源限制。

• 启动容器并执行用户指定的命令。

• 容器运行或退出。

这个流程涉及 Docker 的多个组件(如客户端、守护进程、镜像仓库等)的协同工作，确保容器能够快速、高效地创建和运行。

最后，再来介绍Kubernetes 中最小管理单元Pod 的创建流程，在 Kubernetes 中，Pod 的创建过程涉及多个组件的协同工作。以下是 Pod 创建流程的详细说明，结合 Kubernetes 的核心组件：

1.用户提交 Pod 定义

用户通过`kubectl`或其他客户端工具提交 Pod 的 YAML 或 JSON 定义文件到 Kubernetes API Server。例如：

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

name: my-pod

spec:

containers:

- name: my-container

image: nginx

运行命令：

kubectl apply -f pod-definition.yaml

2.API Server 接收请求

API Server 是 Kubernetes 集群的入口点，负责接收并验证用户提交的请求：

• 验证请求的合法性，包括用户权限、Pod 配置是否符合规范等。

• 将 Pod 的定义存储到 etcd 数据库中。

3.Scheduler 调度 Pod

Kube-scheduler 负责为 Pod 选择一个合适的节点，调度过程包括：

• 节点筛选：根据 Pod 的资源需求(如 CPU、内存)、节点的资源状态、亲和性规则等条件，筛选出符合条件的节点。

• 节点评分：对筛选出的节点进行评分，选择最优节点。

• 绑定：将 Pod 绑定到选定的节点上，并将绑定信息存储到 etcd 中。

4.Kubelet 创建 Pod

目标节点上的 Kubelet 通过监听 API Server，发现需要在本节点上创建的 Pod，并执行以下操作：

• 拉取镜像：根据 Pod 定义中的容器镜像信息，从镜像仓库拉取所需的容器镜像。

• 创建容器：调用容器运行时(如 Docker 或 containerd)创建容器。

• 设置网络：为 Pod 分配网络资源(如 IP 地址)，并配置网络接口。

• 挂载卷：如果 Pod 配置了卷(如 Persistent Volume)，Kubelet 会负责将卷挂载到容器中。

5.容器运行时运行 Pod

容器运行时(如 Docker、Containerd)根据 Kubelet 的指令创建并运行容器，负责管理容器的生命周期。

6.Kubelet 更新 Pod 状态

一旦容器启动并运行，Pod 进入运行状态。Kubelet 会持续监控 Pod 的状态，并将状态信息反馈给 API Server，API Server 再将状态信息存储到 etcd 中。

7.健康检查

Kubernetes 支持对 Pod 进行健康检查，以确保 Pod 的服务正常运行：

• Liveness Probe：检查容器是否存活，如果容器不健康，Kubelet 会重启容器。

• Readiness Probe：检查容器是否准备好接受流量，如果容器未准备好，Kubernetes 会将流量从该 Pod 上移除。

下来总结一下，Pod 的创建流程涉及多个 Kubernetes 核心组件的协同工作：

• 用户通过`kubectl`提交 Pod 定义。

• API Server 接收请求并存储到 etcd。

• Scheduler 负责调度 Pod 到合适的节点。

• Kubelet 在目标节点上创建并管理 Pod。

• 容器运行时运行 Pod 中的容器。

• Kubelet 持续监控 Pod 状态并反馈给 API Server。

通过这些步骤，Pod 从定义到运行的整个过程得以完成。

pod创建流程如下图：