Kubernetes
Kubernetes，又称为 k8s（首字母为 k、首字母与尾字母之间有 8 个字符、尾字母为 s，所以简称 k8s）或者简称为 “kube” ，是一种可自动实施 Linux 容器操作的开源平台。它可以帮助用户省去应用容器化过程的许多手动部署和扩展操作。也就是说，您可以将运行 Linux 容器的多组主机聚集在一起，由 Kubernetes 帮助您轻松高效地管理这些集群。而且，这些集群可跨公共云、私有云或混合云部署主机。
Kubernetes 最初由 Google 的工程师开发和设计。Google 是最早研发 Linux 容器技术的企业之一，还曾公布过他们是如何全面实现容器化运行的。（Google 云服务就采用了这一技术。）Google 每周会生成超过 20 亿个容器部署 — 全都通过内部平台 Borg 完成。Borg 是 Kubernetes 的前身，多年来积累的 Borg 开发经验最终成为了催生 Kubernetes 技术的首要动力。
趣事：Kubernetes 徽标的七个轮辐代表着项目最初的名称“九之七项目”(Project Seven of Nine)。
红帽是第一批与 Google 合作研发 Kubernetes 的公司之一，作为 Kubernetes 上游项目的第二大贡献者，我们甚至在这个项目启动之前就已参与其中。2015 年，Google 将 Kubernetes 项目捐赠给新成立的云原生计算基金会。
您为何需要 Kubernetes？
真正的生产型应用会涉及多个容器。这些容器必须跨多个服务器主机进行部署。Kubernetes 可以提供所需的编排和管理功能，以便您针对这些工作负载大规模部署容器。借助 Kubernetes 编排功能，您可以构建跨多个容器的应用服务、跨集群调度、扩展这些容器，并长期持续管理这些容器的健康状况。
Kubernetes 还需要与网络、存储、安全性、遥测和其他服务整合，以提供全面的容器基础架构。
当然，这取决于您如何在您的环境中使用容器。Linux 容器中的基本应用将它们视作高效、快速的虚拟机。一旦您将其扩展至生产环境和多个应用中，显而易见，您需要多个并列容器来协作，以交付各种服务。此举大幅增加了您环境中的容器数量，而且随着其数量不断累积，复杂性也不断提高。
Kubernetes 利用容器扩增解决了许多常见问题，将容器归类到一起，形成“容器集”(pod)。容器集为分组容器增加了一个抽象层，可帮助您调用工作负载，并为这些容器提供所需的联网和存储等服务。Kubernetes 的其它部分可帮助您在这些容器集之间达成负载平衡，同时确保运行正确数量的容器，充分支持您的工作负载。
如果能正确实施 Kubernetes，再辅以其它开源项目（例如 Atomic 注册表、Open vSwitch、heapster、OAuth 以及 SELinux），您就能够轻松编排容器基础架构的各个部分。
Kubernetes 有哪些用途？
在您的环境中使用 Kubernetes 优势明显：它为您提供一个便捷有效的平台，让您可以在物理机和虚拟机集群上调用和运行容器。更广泛一点说，它可以帮助您在生产环境中，完全实施并依托基于容器的基础架构运营。由于 Kubernetes 的实质在于实现操作任务自动化，所以您可以将其它应用平台或管理系统分配给您的许多相同任务交给容器来执行。
利用 Kubernetes，您能够达成以下目标：
- 跨多台主机进行容器编排。
- 更加充分地利用硬件，最大程度获取运行企业应用所需的资源。
- 有效管控应用部署和更新，并实现自动化操作。
- 挂载和增加存储，用于运行有状态的应用。
- 快速、按需扩展容器化应用及其资源。
- 对服务进行声明式管理，以保证所部署的应用始终按照您部署的方式加以运行。
- 利用自动布局、自动重启、自动复制以及自动扩展功能，对应用实施状况检查和自我修复。
但是，Kubernetes 需要依赖其它项目来全面提供这些经过编排的服务。因此，借助其它开源项目可以帮助您将 Kubernetes 的全部功用发挥出来。这些功能包括：
- 注册表，通过 Atomic 注册表或 Docker 注册表等项目实现。
- 联网，通过 OpenvSwitch 和智能边缘路由等项目实现。
- 遥测，通过 heapster、kibana、hawkular 和 elastic 等项目实现。
- 安全性，通过 LDAP、SELinux、RBAC 和 OAUTH 等项目以及多租户层来实现。
- 自动化，参照 Ansible 手册进行安装和集群生命周期管理。
- 服务，可通过自带预建版常用应用模式的丰富内容目录来提供。
学习 Kubernetes 术语
和其它技术一样，Kubernetes 也会采用一些专用的词汇，这可能会对初学者理解和掌握这项技术造成一定的障碍。现在，让我们就一些较常用的术语做些说明，以帮助您了解 Kubernetes。
主机 (Master)：用于控制 Kubernetes 节点的计算机。所有任务分配都来自于此。
节点 (Node)：执行请求和分配任务的计算机。由 Kubernetes 主机负责对节点进行控制。
容器集 (Pod)：被部署在单个节点上的，且包含一个或多个容器的容器组。同一容器集中的所有容器共享同一个 IP 地址、IPC、主机名称及其它资源。容器集会将网络和存储从底层容器中抽象出来。这样，您就能更加轻松地在集群中移动容器。
复制控制器 (Replication controller)： 用于控制应在集群某处运行的完全相同的容器集副本数量。
服务 (Service)：服务可将工作定义与容器集分离。Kubernetes 服务代理会自动将服务请求分配到正确的容器集 — 无论这个容器集会移到集群中的哪个位置，即使它已被替换，也是如此。
Kubelet： 这是一个在节点上运行的服务，可读取容器清单 (container manifest)，确保指定的容器启动并运行。
kubectl： Kubernetes 的命令行配置工具。
在生产环境中运用 Kubernetes
Kubernetes 属于开源技术。所以，它没有正式的支持结构 — 至少不存在能让您放心开展业务的结构。如果生产过程中 Kubernetes 出现实施问题，您一定会感到非常担心，您的客户可能也会如此。
这时就是红帽 OpenShift 大展身手的时候了。OpenShift 是企业版的 Kubernetes，此外，它还具备更多功能。OpenShift 引入了额外的先进技术，从而使 Kubernetes 成为可供企业使用的强大平台，这些技术包括：注册表、联网、遥测、安全性、自动化和服务。借助 OpenShift 的可扩展性以及控制和编排功能，您的开发人员可以构建新的容器化应用、对其进行托管并在云端加以部署，从而轻松快速地将各种奇思妙想转变为新业务。
最棒的是，OpenShift 是由开源领域的领导者红帽所开发，并将由其提供全面支持。
在基础架构中采用 Kubernetes 的方法简介
Kubernetes 基于操作系统运行（例如红帽企业 Linux Atomic Host），并与在节点上运行的容器集交互。由 Kubernetes 主机接收管理员（或 DevOps 团队）发出的命令，然后将这些指令转发给从属的节点。这种移交操作与多种服务同时作用，自动确定哪个节点最适合执行该任务。然后，分配资源，指定该节点中的容器集来完成请求的工作。
因此，就基础架构这一方面而言，管理容器的方式几乎不变。但您对容器的掌控力得以提升，无需对独立的容器或节点实施微观管理，同时获得更高水平的控制能力。当然，某些工作是必须的，但大部分都是关于分配 Kubernetes 主机、定义节点以及定义容器集。
Docker 是何种情况？
Docker 技术的工作仍然如常当 kubernetes 将容器集调度到一个节点上时，该节点上的 kubelet 会发送指令让 docker 启动指定的容器。kubelet 随后会不断从 docker 收集这些容器的状态，并将这些信息汇集至主机。Docker 将容器拉至该节点，并按照常规启动和停止这些容器。不同在于，自动化系统要求 Docker 在所有节点上对所有容器执行这些操作，而非要求管理员手动操作。
Kubernetes（k8s）是自动化容器操作的开源平台，这些操作包括部署，调度和节点集群间扩展。如果你曾经用过Docker容器技术部署容器，那么可以将Docker看成Kubernetes内部使用的低级别组件。Kubernetes不仅仅支持Docker，还支持Rocket，这是另一种容器技术。
使用Kubernetes可以：
- 自动化容器的部署和复制
- 随时扩展或收缩容器规模
- 将容器组织成组，并且提供容器间的负载均衡
- 很容易地升级应用程序容器的新版本
- 提供容器弹性，如果容器失效就替换它，等等...
实际上，使用Kubernetes只需一个部署文件，使用一条命令就可以部署多层容器（前端，后台等）的完整集群：
$ kubectl create -f single-config-file.yaml
kubectl是和Kubernetes API交互的命令行程序。现在介绍一些核心概念。
集群
集群是一组节点，这些节点可以是物理服务器或者虚拟机，之上安装了Kubernetes平台。下图展示这样的集群。注意该图为了强调核心概念有所简化。这里可以看到一个典型的Kubernetes架构图。
上图可以看到如下组件，使用特别的图标表示Service和Label：
- Pod
- Container（容器）
- Label(
)（标签） - Replication Controller（复制控制器）
- Service（
）（服务） - Node（节点）
- Kubernetes Master（Kubernetes主节点）
Pod
Pod（上图绿色方框）安排在节点上，包含一组容器和卷。同一个Pod里的容器共享同一个网络命名空间，可以使用localhost互相通信。Pod是短暂的，不是持续性实体。你可能会有这些问题：
- 如果Pod是短暂的，那么我怎么才能持久化容器数据使其能够跨重启而存在呢？ 是的，Kubernetes支持卷的概念，因此可以使用持久化的卷类型。
- 是否手动创建Pod，如果想要创建同一个容器的多份拷贝，需要一个个分别创建出来么？可以手动创建单个Pod，但是也可以使用Replication Controller使用Pod模板创建出多份拷贝，下文会详细介绍。
- 如果Pod是短暂的，那么重启时IP地址可能会改变，那么怎么才能从前端容器正确可靠地指向后台容器呢？这时可以使用Service，下文会详细介绍。
Lable
正如图所示，一些Pod有Label（）。一个Label是attach到Pod的一对键/值对，用来传递用户定义的属性。比如，你可能创建了一个"tier"和“app”标签，通过Label（tier=frontend, app=myapp）来标记前端Pod容器，使用Label（tier=backend, app=myapp）标记后台Pod。然后可以使用Selectors选择带有特定Label的Pod，并且将Service或者Replication Controller应用到上面。
Replication Controller
是否手动创建Pod，如果想要创建同一个容器的多份拷贝，需要一个个分别创建出来么，能否将Pods划到逻辑组里？
Replication Controller确保任意时间都有指定数量的Pod“副本”在运行。如果为某个Pod创建了Replication Controller并且指定3个副本，它会创建3个Pod，并且持续监控它们。如果某个Pod不响应，那么Replication Controller会替换它，保持总数为3.如下面的动画所示：
如果之前不响应的Pod恢复了，现在就有4个Pod了，那么Replication Controller会将其中一个终止保持总数为3。如果在运行中将副本总数改为5，Replication Controller会立刻启动2个新Pod，保证总数为5。还可以按照这样的方式缩小Pod，这个特性在执行滚动升级时很有用。
当创建Replication Controller时，需要指定两个东西：
现在已经创建了Pod的一些副本，那么在这些副本上如何均衡负载呢？我们需要的是Service。
Service
如果Pods是短暂的，那么重启时IP地址可能会改变，怎么才能从前端容器正确可靠地指向后台容器呢？
Service是定义一系列Pod以及访问这些Pod的策略的一层抽象。Service通过Label找到Pod组。因为Service是抽象的，所以在图表里通常看不到它们的存在，这也就让这一概念更难以理解。
现在，假定有2个后台Pod，并且定义后台Service的名称为‘backend-service’，lable选择器为（tier=backend, app=myapp）。backend-service 的Service会完成如下两件重要的事情：
- 会为Service创建一个本地集群的DNS入口，因此前端Pod只需要DNS查找主机名为 ‘backend-service’，就能够解析出前端应用程序可用的IP地址。
- 现在前端已经得到了后台服务的IP地址，但是它应该访问2个后台Pod的哪一个呢？Service在这2个后台Pod之间提供透明的负载均衡，会将请求分发给其中的任意一个（如下面的动画所示）。通过每个Node上运行的代理（kube-proxy）完成。这里有更多技术细节。
下述动画展示了Service的功能。注意该图作了很多简化。如果不进入网络配置，那么达到透明的负载均衡目标所涉及的底层网络和路由相对先进。如果有兴趣，这里有更深入的介绍。
有一个特别类型的Kubernetes Service，称为'LoadBalancer'，作为外部负载均衡器使用，在一定数量的Pod之间均衡流量。比如，对于负载均衡Web流量很有用。
Node
节点（上图橘色方框）是物理或者虚拟机器，作为Kubernetes worker，通常称为Minion。每个节点都运行如下Kubernetes关键组件：
- Kubelet：是主节点代理。
- Kube-proxy：Service使用其将链接路由到Pod，如上文所述。
- Docker或Rocket：Kubernetes使用的容器技术来创建容器。
Kubernetes Master
集群拥有一个Kubernetes Master（紫色方框）。Kubernetes Master提供集群的独特视角，并且拥有一系列组件，比如Kubernetes API Server。API Server提供可以用来和集群交互的REST端点。master节点包括用来创建和复制Pod的Replication Controller。
下一步
现在我们已经了解了Kubernetes核心概念的基本知识，你可以进一步阅读Kubernetes 用户手册。用户手册提供了快速并且完备的学习文档。
如果迫不及待想要试试Kubernetes，可以使用Google Container Engine。Google Container Engine是托管的Kubernetes容器环境。简单注册/登录之后就可以在上面尝试示例了。
原文链接：Learn the Kubernetes Key Concepts in 10 Minutes（翻译：崔婧雯）
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译者介绍
崔婧雯，现就职于IBM，高级软件工程师，负责IBM WebSphere业务流程管理软件的系统测试工作。曾就职于VMware从事桌面虚拟化产品的质量保证工作。对虚拟化，中间件技术，业务流程管理有浓厚的兴趣。
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