K8s核心组件理解

　Kubernetes(k8s)是Google开源的容器集群管理系统（谷歌内部:Borg），目前已经成为容器编排一个标准。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、高可用等一系列完整功能，提高了大规模容器集群管理的便捷性。
Kubernetes优势:

容器编排
轻量级
开源
弹性伸缩
负载均衡

container(pod)：由docker开源的容器引擎接口

2.1 核心组件

2.1.1 Kubernetes Master控制组件，调度管理整个系统（集群），包含如下组件:

a、Kubernetes API Server

　　　　作为Kubernetes系统的入口，其封装了核心对象的增删改查操作，以RESTful API接口方式提供给外部客户和内部组件调用。它是系统管理指令的统一入口，任何对资源进行增删改查的操作都要交给APIServer处理后再提交给etcd。kubectl是直接和APIServer交互的。

a,提供了资源对象的唯一操作入口，其他所有组件都必须通过它提供的API来操作资源数据，只有API Server与存储通信，其他模块通过API Server访问集群状态。实现集群故障检测和恢复的自动化工作，负责执行各种控制器，主要有：
第一，是为了保证集群状态访问的安全。
第二，是为了隔离集群状态访问的方式和后端存储实现的方式：API Server是状态访问的方式，不会因为后端存储技术etcd的改变而改变。
b,作为kubernetes系统的入口，封装了核心对象的增删改查操作，以RESTFul接口方式提供给外部客户和内部组件调用。对相关的资源数据“全量查询”+“变化监听”，实时完成相关的业务功能

b、Kubernetes Scheduler

为新建立的Pod进行节点(node)选择(即分配机器)，**负责集群的资源调度**。组件抽离，可以方便替换成其他调度器。
a,

Scheduler收集和分析当前Kubernetes集群中所有Minion/Node节点的资源(内存、CPU)负载情况，然后依此分发新建的Pod到Kubernetes集群中可用的节点。
b,实时监测Kubernetes集群中未分发和已分发的所有运行的Pod。
c,Scheduler也监测Minion/Node节点信息，由于会频繁查找Minion/Node节点，Scheduler会缓存一份最新的信息在本地。
d,Scheduler在分发Pod到指定的Minion/Node节点后，会把Pod相关的信息Binding写回API Server。

c、Kubernetes Controller

负责执行各种控制器，目前已经提供了很多控制器来保证Kubernetes的正常运行。高级功能基本由这个来提供

　　　- Replication Controller
　　　　管理维护Replication Controller，关联Replication Controller和Pod，保证Replication Controller定义的副本数量与实际运行Pod数量一致。
　　　- Node Controller
　　　　管理维护Node，定期检查Node的健康状态，标识出(失效|未失效)的Node节点。
　　　- Namespace Controller
　　　　管理维护Namespace，定期清理无效的Namespace，包括Namesapce下的API对象，比如Pod、Service等。
　　　- Service Controller
　　　　管理维护Service，提供负载以及服务代理。
　　　- EndPoints Controller
　　　　管理维护Endpoints，关联Service和Pod，创建Endpoints为Service的后端，当Pod发生变化时，实时更新Endpoints。
　　　- Service Account Controller
　　　　管理维护Service Account，为每个Namespace创建默认的Service Account，同时为Service Account创建Service Account Secret。
　　　- Persistent Volume Controller
　　　　管理维护Persistent Volume和Persistent Volume Claim，为新的Persistent Volume Claim分配Persistent Volume进行绑定，为释放的Persistent Volume执行清理回收。
　　　- Daemon Set Controller
　　　　管理维护Daemon Set，负责创建Daemon Pod，保证指定的Node上正常的运行Daemon Pod。
　　　- Deployment Controller
　　　　管理维护Deployment，关联Deployment和Replication Controller，保证运行指定数量的Pod。当Deployment更新时，控制实现Replication Controller和　Pod的更新。
　　　- Job Controller
　　　　管理维护Job，为Jod创建一次性任务Pod，保证完成Job指定完成的任务数目
　　　- Pod Autoscaler Controller
　　　　实现Pod的自动伸缩，定时获取监控数据，进行策略匹配，当满足条件时执行Pod的伸缩动作。

2.1.2 Kubernetes Node运行节点，运行管理业务容器，包含如下组件:

a、Kubelet

　负责管控容器，Kubelet会从Kubernetes API Server接收Pod的创建请求，启动和停止容器-就是做心跳

，监控容器运行状态并汇报给Kubernetes API Server。做负载均衡

b、Kubernetes Proxy

　负责为Pod创建代理服务，Kubernetes Proxy会从Kubernetes API Server获取所有的Service信息，并根据Service的信息创建代理服务，实现Service到Pod的请求路由和转发，从而实现Kubernetes层级的虚拟转发网络。该模块实现了Kubernetes中的服务发现和反向代理功能。
反向代理方面：kube-proxy支持TCP和UDP连接转发，默认基于Round Robin算法**将客户端流量转发到与service对应的一组后端pod。
** 服务发现方面: kube-proxy使用etcd的watch机制，监控集群中service和endpoint对象数据的动态变化，并且维护一个service到endpoint的映射关系，从而保证了后端pod的IP变化不会对访问者造成影响。另外kube-proxy还支持session affinity。
c、Docker
Node上需要运行容器服务。

2.1.3 master和node之外的组件：

a、etcd 和consul一样的

一个高可用的K/V键值对存储和服务发现系统，etcd的功能是给flannel 提供数据存储，可以单机部署或者集群部署。

b、flannel

这里并不一定非要是flannel，也可以是其他。所有node上都是以flannel为主流来进行部署。**所有node节点上的docker启动的时候需要flannel分发IP地址，而flannel 就会去请求etcd中的配置，各个node分配不同的IP网段，类似于咱路由器DHCP 的功能，这样就有效的避免了IP地址的冲突，同时flannel 对docker容器的数据包进行转发到另一个node节点上，flannel服务这样就实现了整个K8S集群中docker容器网络互通问题。**

k8S三大核心功能

1.自动调度：k8s 将用户部署提交的容器放到 k8s 集群的任意一个节点中，k8s 可以根据容器所需要的资源大小，以及节点的负载情况来决定容器放在哪个节点上面。

2.自动修复：当 k8s 的健康检查机制发现某个节点出现问题，它会自动将该节点上的资源转移到其它节点上面完成自动恢复。

3.横向自动扩缩容

由给期望值：预先定义负载指标,比如10个pod。然后根据这个指标进行自动扩容缩容

Pod

是 k8s 最重要而且是最基本的一个资源对象，它的结构如下：

Label

在 k8s 中是一个非常核心的概念

我们可以将 Label 指定到对应的资源对象中，例如 Node、Pod、Replica Set、Service 等，一个资源可以绑定任意个 Label，k8s 通过 Label 可实现多维度的资源分组管理，后续可通过 Label Selector 查询和筛选拥有某些 Label 的资源对象，例如创建一个 Pod，给定一个 Label，workerid=123，后续可通过 workerid=123 删除拥有该标签的 Pod 资源。

k8s集群节点分为两个角色 Master和Node

Master:控制节点

API Server：提供了 HTTP Rest 接口的服务进程，所有资源对象的增、删、改、查等操作的唯一入口；
Controller Manager：k8s 集群所有资源对象的自动化控制中心；
Scheduler：k8s 集群所有资源对象自动化调度控制中心；
ETCD：k8s 集群注册服务发现中心，可以保存 k8s 集群中所有资源对象的数据。

Node:承接Masger分配的工作

kubelet：负责 Pod 对应容器的创建、启停等操作，与 Master 节点紧密协作；
kube-porxy：实现 k8s 集群通信与负载均衡的组件。
从图上可看出，在 Node 节点上面，还需要一个容器运行环境，如果使用 Docker 技术栈，则还需要在 Node 节点上面安装 Docker Engine，专门负责该节点容器管理工作。

Replica Set

Replica Set 目的是为了定义一个期望的场景，比如定义某种 Pod 的副本数量在任意时刻都处于 Peplica Set 期望的值，假设 Replica Set 定义 Pod 的副本数目为：replicas=2，当该 Replica Set 提交给 Master 后，Master 会定期巡检该 Pod 在集群中的数目，如果发现该 Pod 挂掉了一个，Master 就会尝试依据 Replica Set 设置的 Pod 模版创建 Pod，以维持 Pod 的数量与 Replica Set 预期的 Pod 数量相同。

通过 Replica Set，k8s 集群实现了用户应用的高可用性，而且大大减少了运维工作量。因此生产环境一般用 Deployment 或者 Replica Set 去控制 Pod 的生命周期和期望值，而不是直接单独创建 Pod。

类似 Replica Set 的还有 Deployment，它的内部实现也是通过 Replica Set 实现的，可以说 Deployment 是 Replica Set 的升级版，它们之间的 yaml 配置文件格式大部分都相同。

Service （服务注册与发现+负载均衡）

Service 是 k8s 能够实现微服务集群的一个非常重要的概念，顾名思义，k8s 的 Service 就是我们平时所提及的微服务架构中的“微服务”，本文上面提及的 Pod、Replica Set 等都是为 Service 服务的资源，如下图表示 Service、Pod、Replica Set 的关系：