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十分鐘帶你理解Kubernetes核心概念

本文將會簡單介紹 Kubernetes 的核心概念。因為這些定義可以在Kubernetes的文檔中找到,所以文章也會避免用大段的枯燥的文字介紹。相反,我們會使用一些圖表(其中一些是動畫)和示例來解釋這些概念。我們發現一些概念(比如service)如果沒有圖表的輔助就很難全面地理解。在合適的地方我們也會提供Kubernetes文檔的鏈接以便讀者深入學習。

這就開始吧。

什麽是Kubernetes?

Kubernetes(k8s)是自動化容器操作的開源平臺,這些操作包括部署,調度和節點集群間擴展。如果你曾經用過Docker容器技術部署容器,那麽可以將Docker看成Kubernetes內部使用的低級別組件。Kubernetes不僅僅支持Docker,還支持Rocket,這是另一種容器技術。使用Kubernetes可以:

自動化容器的部署和復制
隨時擴展或收縮容器規模
將容器組織成組,並且提供容器間的負載均衡
很容易地升級應用程序容器的新版本
提供容器彈性,如果容器失效就替換它,等等...
實際上,使用Kubernetes只需一個 部署文件 ,使用一條命令就可以部署多層容器(前端,後臺等)的完整集群:

$kubectlcreate-fsingle-config-file.yaml
kubectl是和Kubernetes API交互的命令行程序。現在介紹一些核心概念。

集群

集群是一組節點,這些節點可以是物理服務器或者虛擬機,之上安裝了Kubernetes平臺。下圖展示這樣的集群。註意該圖為了強調核心概念有所簡化。 這裏 可以看到一個典型的Kubernetes架構圖。

十分钟带你理解Kubernetes核心概念

上圖可以看到如下組件,使用特別的圖標表示Service和Label:

Pod
Container(容器)
Label()(標簽)
Replication Controller(復制控制器)
Service()(服務)
Node(節點)
Kubernetes Master(Kubernetes主節點)
Pod

Pod (上圖綠色方框)安排在節點上,包含一組容器和卷。同一個Pod裏的容器共享同一個網絡命名空間,可以使用localhost互相通信。Pod是短暫的,不是持續性實體。你可能會有這些問題:

如果Pod是短暫的,那麽我怎麽才能持久化容器數據使其能夠跨重啟而存在呢? 是的,Kubernetes支持 卷 的概念,因此可以使用持久化的卷類型。
是否手動創建Pod,如果想要創建同一個容器的多份拷貝,需要一個個分別創建出來麽?可以手動創建單個Pod,但是也可以使用Replication Controller使用Pod模板創建出多份拷貝,下文會詳細介紹。
如果Pod是短暫的,那麽重啟時ip地址可能會改變,那麽怎麽才能從前端容器正確可靠地指向後臺容器呢?這時可以使用Service,下文會詳細介紹。
Lable

正如圖所示,一些Pod有Label()。一個Label是attach到Pod的一對鍵/值對,用來傳遞用戶定義的屬性。比如,你可能創建了一個"tier"和“app”標簽,通過Label(tier=frontend, app=myapp)來標記前端Pod容器,使用Label(tier=backend, app=myapp)標記後臺Pod。然後可以使用 Selectors 選擇帶有特定Label的Pod,並且將Service或者Replication Controller應用到上面。

Replication Controller

是否手動創建Pod,如果想要創建同一個容器的多份拷貝,需要一個個分別創建出來麽,能否將Pods劃到邏輯組裏?

Replication Controller確保任意時間都有指定數量的Pod“副本”在運行。如果為某個Pod創建了Replication Controller並且指定3個副本,它會創建3個Pod,並且持續監控它們。如果某個Pod不響應,那麽Replication Controller會替換它,保持總數為3.如下面的動畫所示:

十分钟带你理解Kubernetes核心概念

如果之前不響應的Pod恢復了,現在就有4個Pod了,那麽Replication Controller會將其中一個終止保持總數為3。如果在運行中將副本總數改為5,Replication Controller會立刻啟動2個新Pod,保證總數為5。還可以按照這樣的方式縮小Pod,這個特性在執行滾動 升級 時很有用。

當創建Replication Controller時,需要指定兩個東西:

Pod模板 :用來創建Pod副本的模板
Label :Replication Controller需要監控的Pod的標簽。
現在已經創建了Pod的一些副本,那麽在這些副本上如何均衡負載呢?我們需要的是Service。

Service

如果Pods是短暫的,那麽重啟時IP地址可能會改變,怎麽才能從前端容器正確可靠地指向後臺容器呢?

Service 是定義一系列Pod以及訪問這些Pod的策略的一層抽象。Service通過Label找到Pod組。因為Service是抽象的,所以在圖表裏通常看不到它們的存在,這也就讓這一概念更難以理解。

現在,假定有2個後臺Pod,並且定義後臺Service的名稱為‘backend-service’,lable選擇器為(tier=backend, app=myapp)。 backend-service 的Service會完成如下兩件重要的事情:

會為Service創建一個本地集群的DNS入口,因此前端Pod只需要DNS查找主機名為 ‘backend-service’,就能夠解析出前端應用程序可用的IP地址。
現在前端已經得到了後臺服務的IP地址,但是它應該訪問2個後臺Pod的哪一個呢?Service在這2個後臺Pod之間提供透明的負載均衡,會將請求分發給其中的任意一個(如下面的動畫所示)。通過每個Node上運行的代理(kube-proxy)完成。 這裏 有更多技術細節。
下述動畫展示了Service的功能。註意該圖作了很多簡化。如果不進入網絡配置,那麽達到透明的負載均衡目標所涉及的底層網絡和路由相對先進。如果有興趣, 這裏 有更深入的介紹。

十分钟带你理解Kubernetes核心概念

有一個特別類型的Kubernetes Service,稱為' LoadBalancer ',作為外部負載均衡器使用,在一定數量的Pod之間均衡流量。比如,對於負載均衡Web流量很有用。

Node

節點(上圖橘色方框)是物理或者虛擬機器,作為Kubernetes worker,通常稱為Minion。每個節點都運行如下Kubernetes關鍵組件:

Kubelet:是主節點代理。
Kube-proxy:Service使用其將鏈接路由到Pod,如上文所述。
Docker或Rocket:Kubernetes使用的容器技術來創建容器。
Kubernetes Master

集群擁有一個Kubernetes Master(紫色方框)。Kubernetes Master提供集群的獨特視角,並且擁有一系列組件,比如Kubernetes API Server。API Server提供可以用來和集群交互的REST端點。master節點包括用來創建和復制Pod的Replication Controller。

下一步

現在我們已經了解了Kubernetes核心概念的基本知識,你可以進一步閱讀Kubernetes 用戶手冊 。用戶手冊提供了快速並且完備的學習文檔。

如果迫不及待想要試試Kubernetes,可以使用 Google Container Engine 。Google Container Engine是托管的Kubernetes容器環境。簡單註冊/登錄之後就可以在上面嘗試示例了。

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