欢迎来到K8S

欢迎来到K8S

一、学习目标

看k8s系统架构图. 知道集群有哪些组件, master和node上有什么组件, 什么职责.
pod有哪些状态, 这些状态如何流转.
如果pod计划对外提供服务, 怎么办?
pod间是如何联网的, underlay和overlay的差异.
pause容器的用途.

二、k8s概念

什么是k8s

kubernetes，简称K8s，是用8代替名字中间的8个字符“ubernete”而成的缩写。是一个开源的，用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用，Kubernetes的目标是让部署容器化的应用简单并且高效（powerful）,Kubernetes提供了应用部署，规划，更新，维护的一种机制。

k8s资源关系

k8s资源类型主要有Deployment、Service、Pod、ReplicaSet，它们的关系如图:

即Deployment管理ReplicaSet，ReplicaSet管理pod，service请求转发，由一个或多个pod组成一个服务，统一对外提供服务。

名称	描述
pod	k8s 集群的最小单元，一个 pod 可以包含一个或者多个容器。
Namespace	命名空间，用于将一个 k8s 集群隔离成不同的空间，pod, service, rc, volume 都可以在创建的时候指定其 namespace。
ReplicaSet	ReplicaSet是Replication Controller升级版，确保Pod以指定的副本个数运行。
Deployment	Deployment用于管理Pod、ReplicaSet，可实现滚动升级和回滚应用、扩容和缩容。
Service	k8s的Service定义了一个服务的访问入口地址，前端的应用通过这个入口地址访问其背后的一组由Pod副本组成的集群实例，来自外部的访问请求被负载均衡到后端的各个容器应用上，Service与其后端Pod副本集群之间则是通过Label Selector实现关联。
NordPort	将外部请求转发到到k8s集群内部访问的node节点端口，外部请求通过nodeIP:nodePort到服务器，系统通过nodePort->service端口的映射，将请求转发到对应service。
Label	标签（Label）是附在kubernetes 对象（如pod，deployment等）上的键值对（key-value），可以在创建时指定，也可以在创建后指定，一个资源拥有多个标签，可以实现不同维度的管理，通过 selector 进行集群内标签选择对象概念，并进行后续操作。

四、k8s组件

组件介绍

k8s集群由Master控制节点和Node（Worker）工作节点组成，每个节点上都会安装不同的组件。

Master节点（管理）

Master节点指的是集群控制节点，管理和控制整个集群，基本上k8s的所有控制命令都发给它，它负责具体的执行过程。在Master上主要运行着：

ApiServer
Scheduler
Controller-Manager
Etcd
add-ons

Node节点（工作）

除了master以外的节点被称为Node或者Worker节点，可以在master中使用命令 kubectl get nodes查看集群中的node节点。每个Node都会被Master分配一些工作负载（Docker容器），当某个Node宕机时，该节点上的工作负载就会被Master自动转移到其它节点上。在Node上主要运行着：

kubelet
kube-proxy
Docker

组件职责

ApiServer：集群中所有资源的统一访问入口,接收用户输入的命令，提供认证、授权、API注册和发现等机制；
Scheduler：负责集群资源调度，将新创建的pod根据策略调度到合适的节点上；
Controller-Manager：负责维护集群的状态，集群中所有资源对象的自动化控制中心，比如程序部署安排、故障检测、自动扩展、滚动更新等；
Etcd：负责存储集群中各种资源对象的信息，保存集群中的所有资源对象的数据；
Kubelet：负责pod对应的容器的创建、启动、停止、更新等任务，同时与Master节点密切协作，实现集群管理的基本功能；
Kube-proxy：负责提供集群内部的服务发现和负载均衡，将对service的访问转发到后端的一组pod上；
Docker：负责节点上容器的各种操作，Docker本身并不是容器，它是创建容器的工具，是应用容器引擎。Docker技术的三大核心概念，分别是镜像（Image）、容器（Container）、仓库（Repository），k8s是一个开源的容器集群管理系统，常用的就是用来编排调度Docker引擎。

五、k8s基本工作流程

从kubectl开始，看一下K8s的基本工作流程：

kubectl 客户端首先将CLI命令(命令行界面)转化为RESTful(一种网络应用程序的设计风格和开发方式)的API调用，然后发送到kube-apiserver。
kube-apiserver 在验证这些 API 调用后，将任务元信息并存储到etcd，接着调用 kube-scheduler 开始决策一个用于作业的Node节点。
一旦 kube-scheduler 返回一个适合调度的目标节点后，kube-apiserver 就把任务的节点信息存入etcd，并创建任务。
此时目标节点中的 kubelet正监听apiserver，当监听到有新任务需要调度到本节点后，kubelet通过本地runtime创建任务容器，执行作业。
接着kubelet将任务状态等信息返回给apiserver存储到etcd。
这样我们的任务已经在运行了，此时control-manager发挥作用保证任务一直是我们期望的状态。

通过deployment部署pod的常规流程：

运维人员通过kubectl向apiserver发送部署请求
apiserver将 Deployment 持久化到etcd；etcd与apiserver进行一次http通信,创建Deployment资源并初始化（期望状态）；
controller-manager通过list-watch机制,监听apiserver，deployment controller看到了一个新创建的deplayment对象后，将其从队列中拉出，根据Deployment的描述创建一个ReplicaSet并将 ReplicaSet 对象返回apiserver并持久化回etcd；

以此类推，当replicaset控制器看到新创建的replicaset对象，将其从队列中拉出，根据描述创建pod对象。
- list-watch：监视列表，K8S 统一的异步消息处理机制,保证了消息的实时性,可靠性,顺序性,性能。
- Deployment：通过管理replicaset来间接管理pod，即：deployment管理replicaset，replicaset管理pod。
- replicaset：简称RS，取代 ReplicationController，确保Pod以你指定的副本数运行，即如果有容器异常退出，会自动创建新的 Pod 来替代；而异常多出来的容器也会自动回收，实现了集群的高可用性。
- controller：集群上管理和运行容器的对象
接着scheduler调度器看到未调度的pod对象，根据调度规则选择一个可调度的节点，加载到pod描述中nodeName字段，并将pod对象返回apiserver并写入etcd；
- scheduler通过list-watch机制,监测发现新的pod,经过主机过滤、主机打分规则,将pod绑定(binding)到合适的主机；
- 将绑定结果存储到etcd；
kubelet每隔 20s(可以自定义)向apiserver通过NodeName 获取自身Node上所要运行的pod清单.通过与自己的内部缓存进行比较,新增加pod；
kube-proxy为新创建的pod注册动态DNS到CoreOS。给pod的service添加iptables/ipvs规则，用于服务发现和负载均衡；
Controller-Manager通过control loop(控制循环)将当前pod状态与用户所期望的状态做对比，如果当前状态与用户期望状态不同，则controller会将pod修改为用户期望状态，实在不行会将此pod删掉，然后重新创建pod。

pod的生产

用户提交创建POD请求
API Server 处理用户请求，存储Pod数据到Etcd
Schedule通过和 API Server的监听机制，查看到新的pod，尝试为Pod绑定Node
过滤主机：调度器用一组规则过滤掉不符合要求的主机，比如Pod指定了所需要的资源，那么就要过滤掉资源不够的主机
主机打分：对第一步筛选出的符合要求的主机进行打分，在此阶段，调度器会考虑一些整体优化策略，比如把一个Replication Controller的副本分布到不同的主机上，使用最低负载的主机等
选择主机：选择得分最高的主机，进行binding(绑定)操作，结果存储到Etcd中
kubelet根据调度结果执行Pod创建操作：绑定成功后，会启动container, Docker run, scheduler会调用API Server的API在etcd中创建一个bound pod对象，描述在一个工作节点上绑定运行的所有pod信息。运行在每个工作节点上的kubelet也会定期与etcd同步bound pod信息，一旦发现应该在该工作节点上运行的bound pod对象没有更新，则调用Docker API创建并启动pod内的容器
POD创建完成

六、Pod生命周期

如图展示了Pod的生命周期，分为三个阶段

initialization-初始化阶段
在此期间 pod 的 init 容器运行
run-运行阶段
Pod 的常规容器在其中运行
termination-终止阶段
在该阶段终止 pod 的容器

pod状态

Kubernetes pod 的阶段

用户发起创建pod请求到apiserver，apiserver存储pod信息到etcd中。pod还未调度，pod的nodeName是空的，此时pod处于Pending状态。
scheduler监听到 pending状态的pod，经过调度策略（资源请求，tolerations，亲和度等）选择一个节点，调度后此时pod处于ContainerCreating状态。
node上的kublet调用CRI，CNI，CSI接口启动容器，启动后pod处于Running状态。
用户删除pod时，pod立即处于Terminating状态。停止容器进程，删除网络，卸载目录挂载，删除finalizer。即删除所有和pod有关的对象（gone）。
假如pod中的所有容器进程都异常退出了，或者至少有一个容器进程exit非0，且重启策略为Never，那么pod处于Failed状态。
假如node由于网络原因，无法上报状态，那么pod处于Unknown状态。
假如pod中的所有容器进程都正常退出了，且重启策略为Never，那么pod处于Successd状态。
假如pod被kubelet驱逐了，那么pod处于Evicted状态。

pod状态表

状态值	描述
Pending	创建 Pod 对象后，在 pod 被调度到一个节点并且它的容器的镜像被拉取和启动之前，它一直处于这个阶段。
Running	Pod内所有容器均已创建，且至少有一个容器处于运行状态，正在启动状态或正在重启状态。
Succeeded	Pod内所有容器均成功执行后退出，且不会再重启。
Failed	Pod内所有容器均以退出，但至少有一个容器为退出失败状态。
Unknown	由于某种原因无法获取该Pod的状态，可能由于网络通信不畅导致。

显示pod状态

//通过yaml文件查看pod的状态
$ kubectl get pod <pod-name> -o yaml | grep phase

//以nginx-pod为例
[root@localhost ~]# kubectl get pod | grep nginx-pod
nginx-pod                   1/1     Running     0          7d18h
[root@localhost ~]# kubectl get pod nginx-pod -o yaml | grep phase
        f:phase: {}
  phase: Running     #表示正在运行nginx-pod这个pod正在运行
 
//Completed
[root@localhost ~]# kubectl get pod | grep nginx-pod
nginx-pod                         0/1     Completed   0          7d18h
[root@localhost ~]# kubectl get pod nginx-pod  -o yaml | grep phase
        f:phase: {}
  phase: Succeeded   #表示这个nginx-Pod内所有容器均成功执行后退出，且不会再重启

Pod状况(Condition)

简介
可以通过查看Pod的Condition列表了解更多信息，pod的Condition指示pod是否已达到某个状态，以及为什么会这样，与状态相反，一个Pod同时具有多个Conditions

Pod条件表

Pod Condition	描述
PodScheduled	表示pod是否已调度到节点
Initialized	Pod的 `init`容器都已成功完成
ContainersReady	Pod 中所有容器都已就绪
Ready	Pod 可以为请求提供服务，并且应该被添加到对应服务的负载均衡池中

显示pod状况

//通过describe命令，详细信息的方式查看pod的状况
$ kubectl describe po <pod-name> | grep Conditions: -A5

//示例
[root@localhost ~]# kubectl get pod | grep nginx-pod
nginx-pod                   1/1     Running     0          7d18h
[root@localhost ~]# kubectl describe pod nginx-pod | grep Conditions: -A5
Conditions:
  Type              Status
  Initialized       True
  Ready             True
  ContainersReady   True
  PodScheduled      True
[root@localhost ~]# kubectl get pod | grep nginx-pod
nginx-pod                         0/1     Completed   0          7d18h
[root@localhost ~]# kubectl describe pod nginx-pod | grep Conditions: -A5
Conditions:
  Type              Status
  Initialized       True
  Ready             False
  ContainersReady   False
  PodScheduled      True

容器状态

容器状态最重要的部分是它的 state，容器可以处于下图所示的状态之一

容器状态表

Container State	描述
Waiting	容器正在等待启动
Running	容器已创建并且进程正在其中运行，`startAt`字段指示此容器启动的时间
Terminated	已在容器中运行的进程已终止，`finishedAt` 字段指示容器何时终止，主进程终止的退出代码位于`exitCode`字段中
Unknown	无法确定容器的状态

显示pod容器状态

$ kubectl describe po <pod-name> | grep Containers: -A15
$ kubectl get po <pod-name> -o json | jq .status.containerStatuses
$ kubectl get po <pod-name> -o json | jq .status

七、pod对外提供服务

k8s集群的三种IP

Node IP：Node节点的IP地址，即物理网卡的IP地址。
Pod IP：Pod的IP地址，即docker容器的IP地址，此为虚拟IP地址。
Cluster IP：Service的IP地址，此为虚拟IP地址。

Service资源

Service是服务的访问入口地址，是一组由pod副本组成的集群实例，service和pod通过标签选择器Lbel Selector实现关联。

暴露服务的方式

1、port-forward 映射服务到端口

通过命令的方式把pod端口映射到本地的端口上

//这种方式是将pod临时映射出来，会占用当前终端的标准输出，在后面添加&，指定后台运行
kubectl port-forward <资源类型>/<资源名> <本机端口>:<资源端口>

2、HostNetwork

HostNetwork设置对象是pod，当hostnetwork为true时，pod中的容器直接暴露再宿主机的网络环境中，可以直接通过宿主机的网络访问pod中的应用程序，即pod的ip就是node的ip，该模式下，每一个node只能启动一个同deployment的pod。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: influxdb
spec:
  hostNetwork: true        #使用主机网络
  containers:
    - name: influxdb
      image: influxdb

可以直接通过宿主机的IP+端口来访问这个pod

curl -v 主机IP:pod内部容器的端口

3、HostPort

HostPost设置对象是容器，将容器的端口通过hostIP:hostPort的方式暴露出来。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: influxdb
spec:
  containers:
    - name: influxdb
      image: influxdb
      ports:
        - containerPort: 8086
          hostPort: 8087        #指定hostPort，关键配置

访问方式如下：

curl -v 127.0.0.1:8087

4、NodePort

NodePort的设置对象是service，默认情况下service只能在集群内部通过ClusterIP访问。首先定义pod如下：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: influxdb
  labels:
    name: influxdb
spec:
  containers:
    - name: influxdb
      image: influxdb
      ports:
        - containerPort: 8086

创建NodePort service时，用户可以指定范围为30000-32767的端口，对该端口的访问就能通过 kube-proxy 代理到service后端的pod中。NodePort service的配置如下：

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: influxdb
spec:
  type: NodePort        #Service的类型为NodePort
  ports:
    - port: 8086        #Service在集群内部的服务端口
      nodePort: 30000  #集群外访问端口，范围：30000~32767
  selector:
    name: influxdb      #关联pod的标签

NodePort 访问方式，集群内任意node的ip+NodePort端口号，即可访问，如下：

curl -v 127.0.0.1:30000

该方式集群内pod已实现负载均衡；

5、LoadBalane 云服务器场景

Service利用load balancer （服务或设备）对外提供服务，LB负责将流量导向service，适用于云平台。

6、Ingress

Ingress 生产环境建议使用，作用于nginx类似，需要部署一个ingress-controller的服务，该服务使用以上几种方式提供集群外的访问；再根据业务配置路由规则，访问集群内的其它服务。

可以理解为就是一个nginx的服务器，本质就是一个nginx和许多配置文件

posted @ 2023-01-05 15:41 我爱吃芹菜~ 阅读(159) 评论(0) 编辑收藏举报

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二、k8s概念

四、k8s组件

组件介绍

组件职责

五、k8s基本工作流程

六、Pod生命周期

pod状态

Pod状况(Condition)

容器状态

七、pod对外提供服务

k8s集群的三种IP

Service资源

暴露服务的方式

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