容器化技术与微服务结合---Kubernetes基本介绍（二）

系列

容器化技术与微服务结合—docker（一）
容器化技术与微服务结合—Kubernetes基本介绍（二）
容器化技术与微服务结合—Pod详解（三）

首语

仅仅只是有了docker并不够，因为docker的跨节点通信、维护性都是比较麻烦的，在中小型甚至中型业务集群中，你会发现仅仅使用简单的docker做容器然后部署，只能解决服务器的利用率问题（1台机器部署多个docker），但是docker跨地域的通信以及docker的管理却变得非常麻烦。甚至想想，还不如直接云原生独占式来的爽，瞧瞧人家aws的auto scaling，瞧瞧阿里云的api编排，再看看你docker，什么渣渣，相当于服务器上在挂几个服务器。

所以在大型集群中，需要重新定义infra，重新定义网关、安全、通信等等，基于所谓云上，而重新建立一套容器化平台，管理这些容器各种操作和连接，就可以利用酷半儿内提斯（Kubernetes）。
一般来说，Kubernetes的运用，可以将java cloud微服务体系直接代替，不再使用eureka等组件，不过这也是看需求而定，如果你追求的是，在任意云或者是自建infra层都可以部署上线，那么Kubernetes对于你来说，仅仅只是用于容器化的编排，更多的devops脚本可能需要你重新编写。

Kubernetes是个什么玩意

Kubernetes是工业级的容器编排平台，远超一个业务系统级，你可以将阿里云的ecs或者aws的ec2比作docker，那么整个你操作的平台便是Kubernetes。

用技术层面来讲，Kubernetes其实就是一个自动化的容器编排平台，自动化肯定包含

• 部署：自动化的部署方式及操作
• 弹性：极强的弹性扩充，快速自动进行弹性水平或者垂直扩容
• 管理：管理好内部所有的容器
  如下图：
  

Kubernetes调度

Kubernetes内置的调度器，会去执行调度，将用户提交的容器，放在Kubernetes所管理的集群的某一台机器上。Kubernetes会根据容器所需要的参数如cpu、mem等，然后根据集群中资源的情况进行安置，这里有点类似hadoop的hdfs（habse数据库）将数据切分后，放置在某个资源上（参考博主的大数据系列博客）

Kubernetes的自动恢复

Kubernetes 有一个节点健康检查的功能，它会监测这个集群中所有的宿主机，当宿主机本身出现故障，或者软件出现故障的时候，这个节点健康检查会自动对它进行发现。
Kubernetes 会把运行在这些失败节点上的容器进行自动迁移，迁移到一个正在健康运行的宿主机上，来完成集群内容器的一个自动恢复。

Kubernetes的水平伸缩

Kubernetes 有业务负载检查的能力，它会监测业务上所承担的负载，如果这个业务本身的 CPU 利用率过高，或者响应时间过长，它可以对这个业务进行一次扩容。
比如说当某个容器A过度忙碌，Kubernetes 就可以把A的负载从一份变为三份。接下来，它就可以通过负载均衡把A的负载分配到B和C上，以此来提高响应的时间。
其实说白了，就是内置的检查机制，检测到负载居高不下，就自动在扩充几个，分摊流量。

Kubernetes架构

Kubernetes的架构其实很好理解，是一个二层架构，有master作为boss，来掌控全局（参考hadoop、zk等）。 所以任何请求都不会直接和node进行通信，都是通过master，master才是真正的爹！！！！

Master

如图，master其实包含四个组件：

Api Server

API Server是用来处理 API 操作的，Kubernetes 中所有的组件都会和 API Server 进行连接，组件与组件之间一般不进行独立的连接，都依赖于 API Server 进行消息的传送；

APIServer负责对外提供RESTful的Kubernetes API服务，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。如架构图中所示，kubectl（Kubernetes提供的客户端工具，该工具内部就是对Kubernetes API的调用）是直接和APIServer交互的。

Controller

Controller是控制器，它用来完成对集群状态的一些管理。比如刚刚我们提到的两个例子之中，第一个自动对容器进行修复、第二个自动进行水平扩张，都是由 Kubernetes 中的 Controller 来进行完成的；

如果说APIServer做的是“前台”的工作的话，那controller manager就是负责“后台”的。每个资源一般都对应有一个控制器，而controller manager就是负责管理这些控制器的。比如我们通过APIServer创建一个pod，当这个pod创建成功后，APIServer的任务就算完成了。而后面保证Pod的状态始终和我们预期的一样的重任就由controller manager去保证了。

Scheduler

Scheduler是调度器，“调度器”顾名思义就是完成调度的操作，把一个用户提交的 Container，依据它对 CPU、对 memory 请求大小，找一台合适的节点，进行放置, 就是上面介绍的；

scheduler的职责很明确，就是负责调度pod到合适的Node上。如果把scheduler看成一个黑匣子，那么它的输入是pod和由多个Node组成的列表，输出是Pod和一个Node的绑定，即将这个pod部署到这个Node上。Kubernetes目前提供了调度算法，但是同样也保留了接口，用户可以根据自己的需求定义自己的调度算法。

Etcd

etcd是一个高可用的键值存储系统，Kubernetes使用它来存储各个资源的状态，从而实现了Restful的API。

Etcd是一个分布式的一个存储系统，API Server 中所需要的这些原信息都被放置在 etcd 中，etcd 本身是一个高可用系统，通过 etcd 保证整个 Kubernetes 的 Master 组件的高可用性。

我们刚刚提到的 API Server，它本身在部署结构上是一个可以水平扩展的一个部署组件；Controller 是一个可以进行热备的一个部署组件，它只有一个 active，它的调度器也是相应的，虽然只有一个 active，但是可以进行热备。

Node

Kubernetes 的 Node 是真正运行业务负载的，Kubernetes 的 Node 并不会直接和 user 进行 interaction，它的 interaction 只会通过 Master。而 User 是通过 Master 向节点下发这些信息的。

• Pod: 每个业务负载会以 Pod 的形式运行。一个 Pod 中运行的一个或者多个容器，真正去运行这些 Pod 的组件的是叫做 kubelet，也就是 Node 上最为关键的组件，它通过 API Server 接收到所需要 Pod 运行的状态，然后提交到 Container Runtime 组件中。
• Storage Plugin: 在 OS 上去创建容器所需要运行的环境，最终把容器或者 Pod 运行起来，也需要对存储跟网络进行管理。Kubernetes 并不会直接进行网络存储的操作，他们会靠 Storage Plugin 或者是网络的 Plugin 来进行操作。用户自己或者云厂商都会去写相应的 Storage Plugin 或者 Network Plugin，去完成存储操作或网络操作。
• Network: 在 Kubernetes 自己的环境中，也会有 Kubernetes 的 Network，它是为了提供 Service network 来进行搭网组网的。
• Kube-proxy: 真正完成 service 组网的组件的是 Kube-proxy，它是利用了 iptable 的能力来进行组建 Kubernetes 的 Network。

组件交互

我们来看一个例子，看Kubernetes的组件如何进行交互：

1. 用户可以通过 UI 或者 CLI 提交一个 Pod 给 Kubernetes 进行部署，这个 Pod 请求首先会通过 CLI 或者 UI 提交给 Kubernetes API Server，
2. API Server 会把这个信息写入到它的存储系统 etcd，
3. Scheduler 会通过 API Server 的 watch 或者叫做 notification 机制得到这个信息：有一个 Pod 需要被调度。这个时候 Scheduler 会根据它的内存状态进行一次调度决策，
4. 完成这次调度之后，它会向 API Server report 说：“OK！这个 Pod 需要被调度到某一个节点上。”
5. API Server 接收到请求操作，会把这次的结果再次写到 etcd 中，然后 API Server 会通知相应的节点进行这次 Pod 真正的执行启动。
6. 相应节点的 kubelet 会得到这个通知，kubelet 就会去调 Container runtime 来真正去启动配置这个容器和这个容器的运行环境，去调度 Storage Plugin 来去配置存储，network Plugin 去配置网络。

这个例子我们可以看到：这些组件之间是如何相互沟通相互通信，协调来完成一次Pod的调度执行操作的。

Kubernetes核心概念以及APi

核心概念

Pod

Pod被分配到一个Node上之后，就不会离开这个Node，直到被删除。当某个Pod失败，首先会被Kubernetes清理掉，之后ReplicationController将会在其它机器上（或本机）重建Pod，重建之后Pod的ID发生了变化，那将会是一个新的Pod。所以，Kubernetes中Pod的迁移，实际指的是在新Node上重建Pod。以下给出Pod的生命周期图。

Pod 是 Kubernetes 的一个最小调度以及资源单元。用户可以通过 Kubernetes 的 Pod API 生产一个 Pod，让 Kubernetes 对这个 Pod 进行调度，也就是把它放在某一个 Kubernetes 管理的节点上运行起来。一个 Pod 简单来说是对一组容器的抽象，它里面会包含一个或多个容器。

• 最小的调度及资源单元
• 由一个或者多个容器组成
• 定义容器的运行方式（环境变量、command命令等）
• 提供容器的共享运行环境（网络、进程等），容器可以用 localhost 来进行直接的连接，而 Pod 与 Pod 之间，是互相有 isolation 隔离的。

如上图，它包含了两个容器，每个容器可以指定它所需要资源大小。比如说，一个核一个 G，或者说 0.5 个核，0.5 个 G。
当然在这个 Pod 中也可以包含一些其他所需要的资源：比如说我们所看到的 Volume 卷这个存储资源；比如说我们需要 100 个 GB 的存储或者 20GB 的另外一个存储。

Volume

Volume 就是卷的概念，它是用来管理 Kubernetes 存储的，是用来声明在 Pod 中的容器可以访问文件目录的，一个卷可以被挂载在 Pod 中一个或者多个容器的指定路径下面。

Volume 本身是一个抽象的概念，一个 Volume 可以去支持多种的后端的存储。比如说 Kubernetes 的 Volume 就支持了很多存储插件，它可以支持本地的存储，可以支持分布式的存储，比如说像 ceph，GlusterFS ；它也可以支持云存储，比如说阿里云上的云盘、AWS 上的云盘、Google 上的云盘等等。

Deployment

Deployment 是在 Pod 这个抽象上更为上层的一个抽象，它可以定义一组 Pod 的副本数目、以及这个 Pod 的版本。一般大家用 Deployment 这个抽象来做应用的真正的管理，而 Pod 是组成 Deployment 最小的单元。

• 定义一组Pod副本数、版本等
• 通过控制器（Controller）维持Pod的数目，自动恢复失败的Pod
• 通过控制器（Controller）来制定版本策略及控制，如：滚动升级、重新生成、回滚等

比如说我可以定义一个 Deployment，这个 Deployment 里面需要两个 Pod，当一个 Pod 失败的时候，控制器就会监测到，它重新把 Deployment 中的 Pod 数目从一个恢复到两个，通过再去新生成一个 Pod。通过控制器，我们也会帮助完成发布的策略。比如说进行滚动升级，进行重新生成的升级，或者进行版本的回滚。

Service

Service 提供了一个或者多个 Pod 实例的稳定访问地址。这点类似于DDD中的service，更多的是做调用链的处理。
对一个外部用户来讲，提供了多个具体的 Pod 地址，这个用户要不停地去更新 Pod 地址，当这个 Pod 再失败重启之后，我们希望有一个抽象，把所有 Pod 的访问能力抽象成一个第三方的一个 IP 地址，实现这个的 Kubernetes 的抽象就叫 Service。

• 提供访问一个或者多个Pod实例的稳定的访问地址（一定是稳定的不变的，否则各种变化的情况下，就无法访问了，这里固定并不是指IP固定）
• 支持多种访问方式，如ClusterIP、NodePort、LB

比如在上面的例子中，我们看到：一个 Deployment 可能有两个甚至更多个完全相同的 Pod。对于一个外部的用户来讲，访问哪个 Pod 其实都是一样的，所以它希望做一次负载均衡，在做负载均衡的同时，我只想访问某一个固定的 VIP，也就是 Virtual IP 地址，而不希望得知每一个具体的 Pod 的 IP 地址。
这个 pod 本身可能出错或者终止，如果一个 Pod 失败了，可能会换成另外一个新的。

实现 Service 有多种方式，Kubernetes 支持 Cluster IP，上面我们讲过的 kuber-proxy 的组网，它也支持 nodePort、 LoadBalancer 等其他的一些访问的能力。

Namespace

Namespace 是用来做一个集群内部的逻辑隔离的，它包括鉴权、资源管理等。Kubernetes 的每个资源，比如刚才讲的 Pod、Deployment、Service 都属于一个 Namespace，同一个 Namespace 中的资源需要命名的唯一性，不同的 Namespace 中的资源可以重名。

你可以将它当做是一个大模块的隔离，类似于DDD中domain领域，有明确的边界，是一个大型group的概念

• 提供一个集群内部的逻辑隔离机制（比如鉴权、资源调度等）
• 每个资源都被一个Namespace包含
• 同一个集群内，Namespace名称唯一
• 同一个Namespace中，资源名称不可重复，不同Namespace中，资源名称可重复

Kubernetes API

Kubernetes API 是由 HTTP+JSON 组成的：用户访问的方式是 HTTP，访问的 API 中 content 的内容是 JSON 格式的。
Kubernetes 的 kubectl 也就是 command tool，Kubernetes UI，或者有时候用 curl，直接与 Kubernetes 进行沟通，都是使用 HTTP + JSON 这种形式。

Pod的配置信息中有几个重要部分，apiVersion、kind、metadata、spec以及status。其中apiVersion和kind是比较固定的，status是运行时的状态，所以最重要的就是metadata和spec两个部分。

对于这个 Pod 类型的资源，它的 HTTP 访问的路径，就是 API，然后是 apiVesion: V1, 之后是相应的 Namespaces，以及 Pods 资源，最终是 Podname，也就是 Pod 的名字。
如果我们去提交一个 Pod，或者 get 一个 Pod 的时候，它的 content 内容都是用 JSON 或者是 YAML 表达的。上图就是一个yaml。

• Api version： 比如在这个例子中是 V1，它也会描述我在操作哪个资源；
• Kind： 资源的类型，比如我想要操作pod资源；
• metadata: 资源的元信息，比如名称、标签label(label 可以是一组 KeyValuePair。
  比如下图的第一个 pod 中，label 就可能是一个 color 等于 red，即它的颜色是红颜色。当然你也可以加其他 label，比如说 size: big 就是大小，定义为大的，它可以是一组 label。
  这些 label 是可以被 selector，也就是选择器所查询的。这个能力实际上跟我们的 sql 类型的 select 语句是非常相似的，比如下图中的三个 Pod 资源中，我们就可以进行 select。name color 等于 red，就是它的颜色是红色的，我们也可以看到，只有两个被选中了，因为只有他们的 label 是红色的，另外一个 label 中写的 color 等于 yellow，也就是它的颜色是黄色，是不会被选中的。)。在 Metadata 中，有时候也会去写 annotation，也就是对资源的额外的一些用户层次的描述。
• SPec: 比较重要的一个部分叫做 Spec，Spec 也就是我们希望 Pod 达到的一个预期的状态。比如说它内部需要有哪些 container 被运行；比如说这里面有一个 nginx 的 container，它的 image 是什么？它暴露的 port 是什么？

简单的demo，操作一下k8s

mac准备

先安装一下docker，之前博客有介绍，这里不再赘述

首先得安装好环境，我们先下载虚拟机：

https://www.virtualbox.org/wiki/Downloads

其次我们需要在虚拟机中启动 Kubernetes，Kubernetes 有一个非常有意思的项目，叫 minikube，也就是启动一个最小的 local 的 Kubernetes 的一个环境。

https://yq.aliyun.com/articles/221687 （你没看错，就是阿里爹的资源，毕竟阿里爹无所不能）

最后在安装完 virtualbox 和 minikube 之后，大家可以对 minikube 进行启动，也就是下面这个命令。

minikube start —vm-driver virtualbox

其他系统参考：
https://kubernetes.io/docs/tasks/tools/install-minikube/

安装错误

如果安装后，各种启动失败，或者ssh tcp 拒绝连接，就使不要使用阿里的改装版本
使用下面命令安装

brew cask install minikube
或者
curl -Lo minikube https://storage.googleapis.com/minikube/releases/v0.29.0/minikube-darwin-amd64 && chmod +x minikube && sudo cp minikube /usr/local/bin/ && rm minikube
然后
minikube start

参考：https://www.jianshu.com/p/3b419cc7d290

如果还是有问题，比如：
The connection to the server x.x.x.x:x was refused - did you specify the right host or port?，有下面几种解决方式：

• minikube delete 然后minikube start
• minikube stop -> kubectl config use-context minikube -> minikube start
• 实在不行的话，minikube stop, minikube delete, rm -rf ~/.minikube, minikube start

操作起来

先用常用的命令看一下

按照官网做一个测试

以下步骤均来自于官网，更多信息点击标题进入官网查看

创建和探究一个nginx deployment

创建一个deployment.yaml文件

apiVersion: apps/v1 # for versions before 1.9.0 use apps/v1beta2
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  replicas: 2 # tells deployment to run 2 pods matching the template
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80

执行kubectl apply -f deployment.yaml

更新deployment

我们创建一个deployment-scale.yaml，更新ngxin镜像版本：

apiVersion: apps/v1 # for versions before 1.9.0 use apps/v1beta2
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.8 # Update the version of nginx from 1.7.9 to 1.8
        ports:
        - containerPort: 80

执行 kubectl apply -f deployment-update.yaml, 然后kubectl get pods -l app=nginx 查看pod信息, kubectl describe deployment nginx-deployment查看具体的 pod信息

通过增加副本数来弹缩应用

和上面步骤一样，创建一个deployment-scale.yaml，里面修改副本个数：

apiVersion: apps/v1 # for versions before 1.9.0 use apps/v1beta2
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  replicas: 4 # Update the replicas from 2 to 4
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.8
        ports:
        - containerPort: 80

执行 kubectl apply -f deployment-scale.yaml, 然后kubectl get pods -l app=nginx 查看pod信息, kubectl describe deployment nginx-deployment查看具体的 pod信息

问题须知

大家可以看到上面启动后，一直都是creating，并且ready一直是0.这个时候通过：

minikube logs

可以看到镜像没获取成功，这是因为，博主家里网络太tm渣。

小结

提供几个不错的博客参考链接
Kubernetes核心概念总结
kubernetes系列二：概念梳理
Kubernetes 配置Pod和容器(八) 拉取私有仓库镜像