kubernetes相关概念

最新推荐文章于 2023-11-20 10:34:56 发布
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分类专栏： k8s 文章标签： devops
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_42715225/article/details/109198788
本文深入浅出地介绍了K8s的关键概念，包括管理节点、工作节点、命名空间、Pod、副本控制器、副本集、部署、服务、标签、存储卷、持久存储卷声明、Ingress等，帮助读者更好地理解K8s的架构与运作机制。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

前言

想要深入浅出的认识，并熟悉k8s，需要掌握其相关的概念

相关概念
管理节点(Master Node)

管理节点是k8s集群的管理者，运行着的服务包括kube-apiserver、kube-scheduler、kube-controller-manager、etcd和容器网络等组件，一般3个管理节点组成HA(高可用)的架构

工作节点(Worker Node)

工作节点是k8s集群中承担工作负载的节点，可以是虚拟机，也可以是物理机。工作节点承担实际的Pod调度，以及与管理节点的通信等。一个工作节点上的服务包括Docker运行时环境、kubelet、kube-proxy，以及其它一些可选的Addon组件

命名空间(Namespace)

命名空间为k8s集群提供虚拟的隔离作用。k8s集群初始有3个命名空间，分别是:默认命名空间default、系统命名空间kube-system和kube-public，除此以外，管理员可以创建新的命名空间已满足需求

Pod

  • 概述
    Pod是k8s部署应用或服务的最小的基本单位。一个pod封装多个应用容器(也可以只有一个容器)、存储资源、一个独立的网络ip，以及管理控制容器运行方式的策略选项

  • 相位
    一般有5个状态，分别为Pending、Running、Succeeded、Failed和Unkow，其表示如下所示

Pending: Pod未完成调度，通常由于没有符合调度需求的节点
Running: Pod已经调度成功，且已被kubectl创建完成
Succeeded: Pod中的所有容器已经成功部署，且不会被重启
Failed: Pod中至少有一个容器终止失败
Unknow: APIserver无法获取Pod对象的状态信息，通常由于其无法与所在的工作节点的kubectl通信所致

可通过describe查询到该pod的状态，对于定位报错很有用

kubectl describe pod pod_name -n namespace_name
副本控制器(Replication Controller, RC)

RC确保任何时候k8s集群中有指定数量的pod副本(replicas)在运行，通过监控运行中的Pod来保证集群中运行指定书目的Pod副本。指定书目可以是多个，也可以是1个；少于指定书目，RC就会启动运行新的Pod副本；多余指定书目，RC就会终止多余的Pod副本

副本集(Replica Set, RS)

ReplicaSet(RS)是RC的升级版本，唯一区别是对选择器的支持，RS能支持更多种类的匹配模式。副本集对象一般不单独使用，而是作为Deployment的理想状态参数使用

部署(Deployment)

部署表示用户对k8s集群的依次更新操作。部署比RS应用更广，可以是创建一个新的服务，更新一个新的服务，也可以是滚动升级一个服务。滚动升级一个服务，实际是创建一个新的RS，然后逐渐将新的RS中副本数增加到理想状态，将旧的RS中的副本数减小到0的复合操作；这样一个复合操作用一个RS是不太好描述的，所以用一个更通用的Deployment来描述。不建议手动管理利用Deployment创建的RS

服务(Service)

  • 概述
    Service也是k8s的基本操作单元，是真是应用服务的抽象，每一个服务后面都有很多对应的容器来提供支持，通过kube-proxy的port和服务selector决定服务请求传递给后端的容器，对外表现为一个单一访问接口，外部不需要了解后端如何运行，这给扩展和维护后端带来很大的好处

  • 作用
    a. 防止Pod失联(服务发现)
    b. 定义一组访问pod的策略(负载均衡)
    c. 支持ClusterIP,NodePort及LoadBalancer三种类型

  • 样例
    一个Service在Kubernetes中是一个REST对象，和Pod类似。像所有的REST对象一样，Service定义可以基于POST方式，请求API server创建新的实例
    假定有一组Pod，它们对外暴露了9376端口，同时还被打上app=MyApp标签

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
    name: ng
    namespace: default
spec:
    selector:
        app: ng			# Pod标签为app=ng的资源
    type: ClusterIP	# NodePort、LoadBalancer
    ports:
       - protocol: TCP
         targetPort: 80	# 容器端口
         port: 80			# 对外暴露服务端口

上述配置创建一个名称为“my-service”的Service对象，它会将请求代理到使用TCP端口9376，并且具有标签"app=MyApp"的Pod上。Kubernetes为该服务分配一个IP地址（有时称为“集群IP”），该IP地址由服务代理使用

Service能够将一个接收port映射到任意的targetPort。默认情况下，targetPort将被设置为与port字段相同的值

  • 延伸
    lvs是负载均衡器(k8s自带ipvs,1.11版本后)，能承载数以百万/千万计的并发量
    eg:阿里云基于lvs实现slb(四层),基于nginx实现(七层)tengent

  • service与pod的关系
    在这里插入图片描述

  • service类型说明
    在这里插入图片描述

标签(Labels)

Labels的实质是附着在资源对象上的一系列Key/Value键值对，用于指定对用户有意义的对象的属性，标签对内核系统是没有直接意义的。标签可以在创建一个对象的时候直接赋予，也刻意在后续随时修改，每一个对象可以拥有多个标签，但key值必须唯一

  • 作用
    附在某个资源上，用于关联对象，进行查询和筛选

  • 组成
    key的组成

1. 不得超过63个字符
2. 可以使用前缀，使用/分隔，前缀必须是DNS子域，不得超过253个字符，系统中的自动化组件创建的label必须指定前缀，kubernetes.io/由kubernetes保留
3. 起始必须是字母（大小写都可以）或数字，中间可以有连字符、下划线和点

value组成

1. 不得超过63个字符
2. 起始必须是字母（大小写都可以）或数字，中间可以有连字符、下划线和点
  • 注
    Kubernetes最终将对labels最终索引和反向索引用来优化查询和watch，在UI和命令行中会对它们排序。不要在label中使用大型、非标识的结构化数据，记录这样的数据应该用annotation
Label selector

Label不是唯一的，很多object可能有相同的label
通过label selector，客户端／用户可以指定一个object集合，通过label selector对object的集合进行操作

  • 类型：
  1. equality-based：可以使用=、==、!=操作符，可以使用逗号分隔多个表达式
  2. set-based：可以使用in、not in、!操作符，另外还可以没有操作符，直接写出某个label的key，表示过滤有某个key的object而不管该key的value是何值，!表示没有该label的object
  • 示例
~]# kubectl get nodes -l xxx.com/persistent-env=dev 
NAME          STATUS   ROLES    AGE    VERSION
xxx   Ready    <none>   319d   v1.14.8-aliyun.1
~]# kubectl get nodes -l "xxx.com/persistent-env in (dev)"
NAME          STATUS   ROLES    AGE    VERSION
xxx   Ready    <none>   319d   v1.14.8-aliyun.1
~]# kubectl get nodes -l "xxx.com/persistent-env in (dev,uat)"
NAME          STATUS   ROLES    AGE    VERSION
xxx   Ready    <none>   355d   v1.14.8-aliyun.1
xxx   Ready    <none>   319d   v1.14.8-aliyun.1
~]# kubectl get nodes -l "xxx.com/persistent-env notin (dev)"
NAME          STATUS   ROLES    AGE    VERSION
xxx   Ready    <none>   355d   v1.14.8-aliyun.1
xxx   Ready    <none>   355d   v1.14.8-aliyun.1
常用命令使用

  • 查看master/node服务器的label标签
    kubectl get nodes --show-labels
    示例:
    ~]# kubectl get nodes --show-labels
    NAME STATUS ROLES AGE VERSION LABELS
    xxx Ready 355d v1.14.8-aliyun.1 ack.aliyun.com=c358ac1cf2…

  • 给master/node打label标签
    kubectl label node master_name/node_name key/value
    示例:
    ~]# kubectl label node xxx a=b
    ~]# kubectl get nodes -l a=b
    NAME STATUS ROLES AGE VERSION
    xxx Ready 355d v1.14.8-aliyun.1

  • 删除label标签
    kubectl label node master_name/node_name key- # -表示
    示例:
    ~]# kubectl label node xxx a-
    ~]# kubectl get nodes -l a=b
    No resources found in default namespace.

Pod示例
示例
cat > frps/frps-pod.yaml <<-EOF 
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: frps
  namespace: dev     
  labels:
    app: frps
spec:
  nodeSelector:
    xxx.com/persistent-env: dev      # 使用dev的label标签 
  imagePullSecrets:
  - name: ali-shenzhen-registry-secret     
  containers:
  - name: frps
    image: registry-vpc.cn-shenzhen.aliyuncs.com/xxx/frps:latest
    env: 
    - name: FRPS_TOKEN
      value: xxx
    ports:
    - containerPort: 7000
      containerPort: 7500
EOF

存储卷(Volume)

k8s集群中的存储卷跟Docker的存储卷有些类似，只不过Docker的存储卷作用范围为一个容器，而k8s的存储卷的生命周期和作用范围是一个Pod。每个Pod中声明的存储卷由Pod中的所有容器共享。支持使用Persistent Volume Claim，即PVC这种逻辑存储，使用者可以忽略后台的实际存储技术，具体关于Persistent Volume(PV)的配置由存储管理者来配置

持久存储卷(Persistent Volume, PV)和持久存储卷声明(Persistent Volume Claim, PVC)

PV和PVC使得k8s机器具备了存储的逻辑抽象能力，使得在配置Pod的逻辑里可以忽略对实际后台存储技术的配置，而把这项配置的工作交给PV的配置者。存储的PV和PVC的这种关系，跟计算的Node和Pod的关系是非常类似；PV和Node是资源的提供者，根据集群的基础设施变化而变化，由k8s集群管理员配置；而PVC和Pod是资源的使用者，根据业务服务的需求变化而变化，由k8s集群的使用者，即服务的管理员来配置

Ingress

  • 概述
    Ingress是授权入站连接到达集群服务的规则集合。可以通过Ingress配置提供外部可访问的URL、负载均衡、SSL、基于名称的虚拟主机等。用户通过POST Ingress资源到API server的方式来请求Ingress。Ingress controller负责实现Ingress，通常使用负载均衡器，它还可以配置边界路由和其它前端，这有助于以HA方式处理流量

  • ingress controller拓扑图
    在这里插入图片描述

  • pod与Ingress的关系
    在这里插入图片描述

Pod

  • 概述
    pod表示的是一個容器或多個容器的組合，它是K8s最基本的操作和調度單元。在同一个pod中的容器总会被调度和部署到同一个节点上，并共享相同的数据卷和网络栈。这意味着在Pod里定义的几个容器能够同时挂载同一个外部数据卷，还能够通过localhost作为地址相互访问，这个特性对于部署关系紧密的服务具有十分重要的作用。

  • 作用
    a. 最小容器单元
    b. 一组容器的集合
    c. 一个Pod中的容器，共享网络命名空间
    d. Pod是短暂的

  • pod为亲密性应用而存在 亲密性应用场景如下
    a. 两个应用之间发生文件交互
    b. 两个应用需要通过127.0.0.1或socket通信
    c. 两个应用需要发生频繁的调用

  • 实现机制
    a. 共享网络
    b. 共享存储

  • 容器分类与设计模式

  1. Infrastructure Container:基础容器
    1.1 维护整个Pod网络空间

  2. InitContainers: 初始化容器
    2.1 先于业务容器开始执行

  3. Containers: 业务容器
    3.1 并行启动

annotations

其同样是附属于其他资源上的一种键值对标记，但这些标记通常被作为k8s系统服务常见资源时的特殊参数。用户无法使用它来通过API查找资源时进行过滤和匹配。每种资源上能够标记的annotations键的名称是预定义好的，而且每个键都具有特定的作用。

ComfigMap(cm)

  • 概述
    其是k8s存储应用配置的对象，对于使用"cloud native架构"的服务，将服务进程本身的代码与它的配置区分开管理，是一个非常好的实践。其使得用户能够在服务部署时，动态地将配置与服务进行绑定，而不需要再代码中预先设置。

  • 使用场景
    1.使用配置项定义Pod环境变量
    2.通过配置项设置命令行参数
    3.在数据卷中使用配置项

Controllers

  • 概述
    更高级层次对象，部署和管理pod

  • 管理对象如下
    a. deployment
    b. statefuset
    c. daemonset
    d. job
    e. cronjob

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