K8S | 核心原理分析，你學到了什么？

作者：知了一笑 2023-06-06 08:14:18

云計算

云原生 docker：作為開源的應用容器引擎，可以把應用程序和其相關(guān)依賴打包生成一個Image鏡像文件，是一個標準的運行環(huán)境，提供可持續(xù)交付的能力。

一、背景

基于分布式的架構(gòu)中，需要管理的服務是非常多的，無論是服務的數(shù)量還是體系劃分；

從服務的能力上看，可以進行分層管控，只是其中有相當一部分服務層，改動更新的頻率很低，所以感知也不明顯；

就以自己當下參與研發(fā)的系統(tǒng)來說；

通過K8S進行管理的服務近百個，這中間有部分服務采用集群模式，即便是這個規(guī)模的系統(tǒng)，也幾乎不可能依賴純?nèi)斯み\維的形式，自動化流程必不可少；

二、持續(xù)集成

此前圍繞該主題寫過一個完整的實踐案例，主要圍繞Jenkins、Docker、K8S等組件的使用層面，總結(jié)源碼編譯、打包、鏡像構(gòu)建、部署等自動化管理的流程；

Jenkins：是一個擴展性非常強的軟件，用于自動化各種任務，包括構(gòu)建、測試和部署等；

Docker：作為開源的應用容器引擎，可以把應用程序和其相關(guān)依賴打包生成一個Image鏡像文件，是一個標準的運行環(huán)境，提供可持續(xù)交付的能力；

Kubernetes：作為開源的容器編排引擎，用來對容器化應用進行自動化部署、 擴縮和管理；

三、K8S架構(gòu)

1、核心組件

Control-Plane-Components：控制平面組件

對集群做出全局決策，例如：資源調(diào)度、檢測、事件響應，可以在集群中的任何節(jié)點上運行；

• api：開放K8S的API，組件之間通過API交互，相當于控制面的前端；
• controllermanager：運行控制器進程，邏輯上是一個單獨的進程；
• scheduler：監(jiān)聽新建未指定運行節(jié)點的Pods，并為Pod選擇運行節(jié)點；
• etcd：兼具一致性和高可用性的鍵值數(shù)據(jù)庫，作為保存K8S數(shù)據(jù)的后臺庫;

Node：節(jié)點組件

該組件會在每個節(jié)點上運行，負責維護運行的Pod并提供Kubernetes運行環(huán)境；

• kubelet：在每個節(jié)點上運行的代理，保證容器都運行在Pod中；
• kube-proxy：每個節(jié)點上運行的網(wǎng)絡代理， 維護節(jié)點上的網(wǎng)絡規(guī)則；

Container-Runtime：容器運行時

負責運行容器的軟件，支持Docker、containerd、CRI-O等多個容器運行環(huán)境，以及任何實現(xiàn)Kubernetes-CRI容器運行環(huán)境接口；

2、分層結(jié)構(gòu)

從整體的功能上來考慮，K8S集群可以分為：用戶、控制平面、節(jié)點三個模塊；

用戶側(cè)：不論是CLI命令行還是UI界面，會與控制面板的APIserver進行交互，APIserver再與其他組件交互，最終執(zhí)行相應的操作命令；

控制平面：以前也稱為Master，核心組件包括APIserver、controller、scheduler、etcd，主要用來調(diào)度整個集群，以及做出全局決策；

節(jié)點：通過將容器放入在節(jié)點上運行的Pod中來執(zhí)行工作負載，簡單的理解工作負載就是各種應用程序等，節(jié)點上的核心組件包括Pod、kubelet、Container-Runtime、kube-proxy等；

3、核心能力

站在研發(fā)的視角來看，K8S提供極其強大的應用服務管理能力；

3.1 發(fā)現(xiàn)與負載

服務Service可以將運行在一個或一組Pod上的網(wǎng)絡應用程序公開為網(wǎng)絡服務的方法，通常使用標簽對資源對象進行篩選過濾；

3.2 調(diào)度

調(diào)度器通過監(jiān)測機制來發(fā)現(xiàn)集群中新創(chuàng)建且尚未被調(diào)度到節(jié)點上的Pod，由于Pod中的容器和Pod本身可能有不同的資源要求，調(diào)度會將Pod放置到合適的節(jié)點上；

3.3 自動伸縮

K8S可以通過指標檢查工作負載的資源需求，例如CPU利用率、響應時長、內(nèi)存利用率、或者其他，從而判斷是否需要執(zhí)行伸縮，垂直維度可以是更多的資源分配，水平維度可以是更多的集群部署；

K8S可以自動伸縮，也具備自動修復的能力，當節(jié)點故障或者應用服務異常時，會被檢查到，可能會進行節(jié)點遷移或者重啟；

四、應用案例

1、服務部署

在此前的實踐案例中，用CLI命令行和腳本文件的方式，完成的部署動作，而在整個流程中涉及集群的多個組件協(xié)作，多次的通信和調(diào)度；

kubectl create -f pod.yaml

2、交互流程

【1】CLI命令行和UI界面，都是通過APIserver接口，與集群內(nèi)部組件交互，比如上述的Pod部署操作；

【2】在APIserver收到請求之后，會將序列化狀態(tài)的對象寫入到etcd中完成存儲操作；

【3】Scheduler調(diào)度器通過監(jiān)測（Watch）機制來發(fā)現(xiàn)集群中新創(chuàng)建且尚未被調(diào)度到節(jié)點上的Pod；

【4】在集群中找到一個Pod的所有可調(diào)度節(jié)點，對這些可調(diào)度節(jié)點打分，選出其中得分最高的節(jié)點來運行Pod，然后調(diào)度器將這個調(diào)度決定通知給APIserver；

【5】APIserver完成信息存儲后，然后通知相應節(jié)點的Kubelet；

【6】Kubelet是基于PodSpec來工作的，確保這些PodSpec中描述的容器處于運行狀態(tài)且運行狀況良好，每個PodSpec是一個描述Pod的YAML或JSON對象；

【7】Pod是可以在Kubernetes中創(chuàng)建和管理的、最小的可部署的計算單元，包括一個或多個容器；

五、參考源碼

文檔倉庫：
https://gitee.com/cicadasmile/butte-java-note

腳本倉庫：
https://gitee.com/cicadasmile/butte-auto-parent

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