kubernetes介绍

    很早以前就想着把所学知识进行总结和归纳并把部分心得进行分享。
    一直都以最近忙等段时间等诸多借口来搪塞自己，为自己的不安找寻借口。
    最近在学习kubernetes(k8s)的相关知识，正好借此机会将学习内容进行整理。
    
    本文将以以下几点进行概述，文中的概念摘录自kubernetes
    内容的延申部分为个人总结及理解如有偏颇请指正。

• Docker介绍
• Kubernetes介绍
• Kubernetes的内部组件介绍
• Kubernetes基本概念
• Kubernetes的外部组件（组件较多,后续将对每个组件进行单独介绍）

Docker介绍

Docker 是一个开源的应用容器引擎，让开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的容器中，
然后发布到任何流行的 Linux 机器上，也可以实现虚拟化。
容器是完全使用沙箱机制，相互之间不会有任何接口。

Docker架构：
Docker采用 C/S架构 Docker daemon 作为服务端接受来自客户的请求，并处理这些请求（创建、运行、分发容器）。 客户端和服务端既可以运行在一个机器上，也可通过 socket 或者RESTful API 来进行通信。

Docker的作用：
容器是一个抽象出来的系统，在使用中我们可以把程序与容器紧密的结合在一起，为部署带来方便，也解决了程序版本对依赖环境的烦恼，同一程序的不同版本可以封装成不同的镜像。相比于传统的虚拟机，容器更加轻便与小巧。

Kubernetes介绍

Kubernetes是谷歌开源的容器集群管理系统，是Google多年大规模容器管理技术Borg的 开源版本。
在 Docker 技术的基础上，为容器化的应用提供部署运行、资源调度、服务发现和动态伸缩等一系列完整功能，
提高了大规模容器集群管理的便捷性。

Kubernetes 特点有:

-基于容器的应用部署、维护和滚动升级
-负载均衡和服务发现
-跨机器和跨地区的集群调度
-自动伸缩，自动扩展
-自动替换，自动重启
-无状态服务和有状态服务
-广泛的Volume支持
-插件机制保证扩展性

Kubernetes的内部组件介绍

• etcd保存了整个集群的状态；

• apiserver提供了资源操作的唯一入口，并提供认证、授权、访问控制、API注册和 发现等机制；

• controller manager负责维护集群的状态，比如故障检测、自动扩展、滚动更新等；

• scheduler负责资源的调度，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的机器上；

• kubelet负责维护容器的生命周期，同时也负责Volume（CVI）和网络（CNI）的管 理；

• Container runtime负责镜像管理以及Pod和容器的真正运行（CRI）；

• kube-proxy负责为Service提供cluster内部的服务发现和负载均衡

  

Kubernetes基本概念

在Kubernetes中，所有对象都使用manifest（yaml或json）来定义，比如一个简单的 nginx服务可以定义为nginx.yaml，它包含一个镜像为nginx的容器：

   apiVersion:	v1  #必选，版本号，例如v1
   kind:	Pod           #必选，Pod
   metadata:		     #必选，元数据
   	 name:	nginx	 #必选，Pod名称
   	 namespace: default    #Pod所属的命名空间,不写默认为default
   	 labels:	#自定义标签			
   		 app:	nginx      #自定义标签名字
   spec:		#必选，Pod中容器的详细定义
	 containers:		
	 - name:	nginx		 #必选，容器名称		
	   image:	nginx		#必选，容器的镜像名称	
	   imagePullPolicy: [Always | Never | IfNotPresent] #获取镜像的策略 Alawys表示下载镜像 IfnotPresent表示优先使用本地镜像，否则下载镜像，Nerver表示仅使用本地镜像
	   ports:		#需要暴露的端口库号列表		
	   - containerPort:	80     #容器需要监听的端口号

• Node
  Node是集群的工作节点，是Pod真正运行的主机，可以物理机，也可以是虚拟机。
  

• Pod
  Pod是一组紧密关联的容器集合，它们共享IPC、Network和UTC namespace，是 Kubernetes调度的基本单位。Pod的设计理念是支持多个容器在一个Pod中共享网络和 文件系统，可以通过进程间通信和文件共享这种简单高效的方式组合完成服务。
  

• 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。
  namespace 不同的namespace可以理解为软件隔离层。

• 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。
  pod提供的服务，可以通过pod所在集群中的ip:port进行访问，但是pods在集群中存在漂移和随机分配等问题，也就造成了服务的接口无法确定。接口不固定是我们不希望看到的，所以kubernetes实现了service，用户不需要关心后端pod接口的变化，只要访问service就可以直达后台pod。

• Label
  Label是识别Kubernetes对象的标签，以key/value的方式附加到对象上（key最长不能超 过63字节，value可以为空，也可以是不超过253字节的字符串）。
  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。
  Label定义好后其他对象可以使用Label Selector来选择一组相同label的对象（比如 ReplicaSet和Service用label来选择一组Pod）。Label Selector支持以下几种方式：
  1.等式，如 app=nginx 和 env!=production
  2. 集合，如 env in (production, qa)
  3.多个label（它们之间是AND关系），如 app=nginx,env=test

• Annotations
  Annotations是key/value形式附加于对象的注解。不同于Labels用于标志和选择对象， Annotations则是用来记录一些附加信息，用来辅助应用部署、安全策略以及调度策略 等。比如deployment使用annotations来记录rolling update的状态。

Kubernetes的外部组件

• node_export 负责采集节点数据
• kube-state-metrics 监控集群内部资源
• ceph_export 负责监控存储系统
• prometheus
  Prometheus是一个开源的服务监控系统，它通过HTTP协议从远程的机器收集数据并存储在本地的时序数据库上。
  k8s中prometheus将收集以上export及kube-state-metrics 的数据，并进行简单展示。
• grafana
  Grafana 是一个开箱即用的可视化工具，具有功能齐全的度量仪表盘和图形编辑器，有灵活丰富的图形化选项，可以混合多种风格，支持多个数据源特点。
  promehteus虽然提供了数据展示功能，但是展示数据并不齐全，grafana的展示功能更加丰富。
• alertmanager
  Alertmanager 主要用于接收 Prometheus 发送的告警信息，它支持丰富的告警通知渠道，而且很容易做到告警信息进行去重，降噪，分组，策略路由，是一款前卫的告警通知系统

以上所有组件为prometheus的周边组件为k8s提供了数据展示监控报警等功能，鉴于组件之多在k8s中集成时可以使用github上的开源项目prometheus-operator 可以直接部署prometheus 相关组件，也可以使用helm进行安装。

• dashboard
  专门用来管理K8S集群，并可展示集群的状态
  安装：
  https://github.com/kubernetes/kubernetes
  k8s源码中有部署dashboard的yaml文件
  https://github.com/kubernetes/kubernetes/tree/master/cluster/addons/dashboard
  该目录即为dashboard的yaml文件，翻墙下载dashboard镜像，然后在集群中创建该目录下的相关文件即可。
  service文件中默认为clusterIP无法被集群外部访问，将service改成nodeport YAML文件如下:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  annotations:
    kubectl.kubernetes.io/last-applied-configuration: |
  creationTimestamp: 2019-02-14T09:26:22Z
  labels:
    addonmanager.kubernetes.io/mode: Reconcile
    k8s-app: kubernetes-dashboard
    kubernetes.io/cluster-service: "true"
  name: kubernetes-dashboard1
  namespace: kube-system
  resourceVersion: "16194410"
  selfLink: /api/v1/namespaces/kube-system/services/kubernetes-dashboard1
  uid: 97d47603-303a-11e9-9135-525400312f14
spec:
  clusterIP: 10.233.56.134
  externalTrafficPolicy: Cluster
  ports:
  - nodePort: 30082 #开放的节点端口
    port: 443    #CLUSTER-IP 端口
    protocol: TCP
    targetPort: 8443 #容器监控端口
  selector:
    k8s-app: kubernetes-dashboard
  sessionAffinity: None
  type: NodePort
status:
  loadBalancer: {}