一文读懂云原生时代的“掌舵者”Kubernetes-优快云博客

在当今数字化时代，云计算技术的迅猛发展正深刻地改变着软件开发和部署的方式。云原生作为云计算领域的前沿理念，正引领着一场技术变革的浪潮。云原生技术以容器化、微服务、持续集成 / 持续部署（CI/CD）和自动化运维等为核心，致力于构建弹性、高效、可扩展的应用系统，使其能够更好地适应云环境，充分发挥云计算的优势。

随着云原生理念的普及，越来越多的企业开始将应用迁移到云原生架构上。容器化技术作为云原生的基础，将应用及其依赖打包成独立的容器，实现了应用的快速部署和隔离运行。然而，当企业面临大规模容器集群的管理时，如何高效地调度、部署和扩展这些容器成为了新的挑战。在这样的背景下，Kubernetes 应运而生，它凭借强大的容器编排和管理能力，迅速成为云原生架构的核心支柱。

Kubernetes 的起源可以追溯到 Google 内部的 Borg 项目，Borg 是 Google 开发的大规模集群管理系统，用于管理 Google 内部的海量容器化工作负载。经过多年的实践和优化，Google 积累了丰富的容器管理经验。2014 年，Google 基于 Borg 的经验和技术，开源了 Kubernetes 项目，旨在为社区提供一个通用的容器编排解决方案。

自开源以来，Kubernetes 得到了全球开发者和企业的广泛关注与积极参与，其社区迅速壮大。2015 年，Kubernetes 加入了云原生计算基金会（CNCF），成为其第一个托管项目，这进一步推动了 Kubernetes 的发展和普及。在社区的共同努力下，Kubernetes 不断迭代更新，功能日益强大和完善。如今，Kubernetes 已经成为容器编排领域的事实标准，被广泛应用于各个行业，无论是互联网企业、金融机构，还是传统制造业，都能看到 Kubernetes 的身影。

二、Kubernetes 的核心功能揭秘

Kubernetes 之所以能够成为云原生架构的中流砥柱，得益于其强大而丰富的核心功能。这些功能涵盖了服务发现与负载均衡、智能调度、自动修复以及弹性伸缩等多个方面，为容器化应用的高效运行和管理提供了全方位的支持。

2.1 服务发现与负载均衡

在 Kubernetes 集群中，服务的动态性使得传统的静态服务发现方式难以满足需求。Kubernetes 通过两种主要方式实现服务发现：环境变量和 DNS 名称解析。当 Pod 被分配到某个节点上时，Kubernetes 会在该 Pod 的环境中插入一些关于集群中其他服务的环境变量，这样一来，Pod 可以通过这些环境变量找到其他服务。比如，Kubernetes 会为每个 Service 资源生成包括{SVCNAME}_SERVICE_HOST和{SVCNAME}_SERVICE_PORT形式的环境变量，在同一名称空间中创建的 Pod 对象都会自动拥有这些变量。不过，基于环境变量的服务发现存在一定局限，仅有那些与创建的 Pod 对象在同一名称空间中且事先存在的 Service 对象的信息才会以环境变量的形式注入。

而 DNS 名称解析则更为灵活和常用。Kubernetes 内部的 DNS 服务会将服务名称解析为服务的 IP 地址，每个服务都会在集群的 DNS 系统中得到一个域名，例如my-service.my-namespace.svc.cluster.local。通过这种方式，Pod 资源可直接使用标准的 DNS 名称来访问这些 Service 资源，不受 Service 资源所在的名称空间和创建时间的限制。

负载均衡是 Kubernetes 的另一大关键能力，它负责在多个服务实例之间分配请求流量，确保每个实例都得到均衡的负载，避免某个实例因负载过重而发生故障。Kubernetes 通过 Service 对象来实现负载均衡，Service 定义了一组逻辑上的 Pod 及其访问策略，它会创建一个唯一的 IP 和 DNS 名称，用于访问一组 Pod，并自动将请求按一定策略分配给后端的 Pod。

Kubernetes 提供了多种类型的 Service 来满足不同场景的负载均衡需求。ClusterIP是默认的 Service 类型，它提供集群内部的负载均衡，通过一个可以在 Kubernetes 集群内部访问的虚拟 IP 地址，将流量分发到后端的 Pod 上，适用于集群内部服务的通信。NodePort则允许外部流量通过集群节点上的特定端口（范围是 30000 - 32767）访问集群内部的服务，它在每个节点上打开一个指定端口，并将该端口上的流量转发到集群内部的服务。LoadBalancer会自动为服务创建一个外部负载均衡器（通常依赖于云提供商），外部客户端可以通过云提供商分配的公共 IP 地址访问集群内部的服务，它建立在 ClusterIP 和 NodePort 之上，提供了更高级别的负载均衡功能。Ingress是一种用于管理外部访问到集群内服务的 HTTP 和 HTTPS 路由的资源对象，与 LoadBalancer 不同，它提供了更灵活和全面的路由、负载均衡和 SSL 终止功能，可用于管理流量分发、路径重写、基于主机名或路径的路由等，通常需要配合一个 Ingress Controller 使用。

2.2 智能调度，精准部署

Kubernetes 调度器（kube - scheduler）肩负着将新创建的 Pod 分配到合适节点上的重任。在复杂的集群环境中，如何确保 Pod 能够被准确地放置在满足其资源需求和其他约束条件的节点上，是调度器需要解决的核心问题。

调度器的工作流程可以分为两个主要阶段：过滤阶段和打分阶段。在过滤阶段，调度器会依据一系列的规则，排除那些不满足条件的节点。这些规则涵盖了多个方面，比如节点的资源状况，如果节点的 CPU、内存等资源不足，无法满足 Pod 的资源请求，那么该节点就会被过滤掉；再比如节点的标签，如果 Pod 对节点的标签有特定要求，而某些节点的标签不匹配，这些节点也会被排除在外。通过过滤阶段，调度器筛选出所有有可能运行该 Pod 的节点，形成一个候选节点列表。

在打分阶段，调度器会对候选节点列表中的每个节点进行评估和打分。打分的依据同样包含多种因素，例如节点的负载情况，负载较低的节点通常会获得更高的分数，因为将 Pod 调度到这样的节点上，可以更好地利用节点资源，避免节点因负载过高而出现性能问题；还有节点与 Pod 之间的亲和性和反亲和性，亲和性表示 Pod 更倾向于被调度到某些特定节点上，反亲和性则表示 Pod 不希望被调度到某些节点上，这些因素都会影响节点的