前言

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。

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1. 内容简介

Kubernetes是Google开源的一个容器编排引擎，它支持自动化部署、大规模可伸缩、应用容器化管理。在生产环境中部署一个应用程序时，通常要部署该应用的多个实例以便对应用请求进行负载均衡。

  在Kubernetes中，我们可以创建多个容器，每个容器里面运行一个应用实例，然后通过内置的负载均衡策略，实现对这一组应用实例的管理、发现、访问，而这些细节都不需要运维人员去进行复杂的手工配置和处理。

  传统的应用部署方式是通过插件或脚本来安装应用。这样做的缺点是应用的运行、配置、管理、所有生存周期将与当前操作系统绑定，这样做并不利于应用的升级更新/回滚等操作，当然也可以通过创建虚拟机的方式来实现某些功能，但是虚拟机非常重，并不利于可移植性。
  新的方式是通过部署容器方式实现，每个容器之间互相隔离，每个容器有自己的文件系统 ，容器之间进程不会相互影响，能区分计算资源。相对于虚拟机，容器能快速部署，由于容器与底层设施、机器文件系统解耦的，所以它能在不同云、不同版本操作系统间进行迁移。

  容器占用资源少、部署快，每个应用可以被打包成一个容器镜像，每个应用与容器间成一对一关系也使容器有更大优势，使用容器可以在build或release 的阶段，为应用创建容器镜像，因为每个应用不需要与其余的应用堆栈组合，也不依赖于生产环境基础结构，这使得从研发到测试、生产能提供一致环境。类似地，容器比虚拟机轻量、更“透明”，这更便于监控和管理。

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  Kuberentes 是基于容器的集群管理平台，它的简称，是K8S。
K8s是Go语言开发，是Docker的上层架构，就好像Java与J2EE的关系一样。K8s是一个开放的开发平台，不局限于任何语言。其主要功能：

• k8s能方便地管理跨机器运行容器化的应用
• 提供应用部署、维护、扩展机制
• 集群管理、安全防护、准入机制、多应用支撑、服务注册、服务发现、智能负载均衡、故障发现、自我修复、服务滚动升级、在线扩容、资源配额管理
• 使用Docker对应用程序包装、实例化、运行
• 以集群的方式运行、管理跨机器的容器
• 解决Docker跨机器容器之间的通讯问题
• k8s的自我修复机制使得容器集群总是运行在用户期望的状态

2. 特点

• 可移植: 支持公有云，私有云，混合云，多重云（multi-cloud）
• 可扩展: 模块化，插件化，可挂载，可组合
• 自动化: 自动部署，自动重启，自动复制，自动伸缩/扩展

3. 组件

本文介绍了Kubernetes集群所需的各种二进制组件。

3.1 Master 组件

  Master组件提供集群的管理控制中心。
  Master组件可以在集群中任何节点上运行。但是为了简单起见，通常在一台VM/机器上启动所有Master组件，并且不会在此VM/机器上运行用户容器。请参考构建高可用群集以来构建multi-master-VM。

3.2 kube-apiserver

  kube-apiserver用于暴露Kubernetes API。任何的资源请求/调用操作都是通过kube-apiserver提供的接口进行。请参阅构建高可用集群。

3.3 ETCD

  etcd是Kubernetes提供默认的存储系统，保存所有集群数据，使用时需要为etcd数据提供备份计划。

3.4 kube-controller-manager

  kube-controller-manager运行管理控制器，它们是集群中处理常规任务的后台线程。逻辑上，每个控制器是一个单独的进程，但为了降低复杂性，它们都被编译成单个二进制文件，并在单个进程中运行。
这些控制器包括：

• 节点（Node）控制器。
• 副本（Replication）控制器：负责维护系统中每个副本中的pod。
• 端点（Endpoints）控制器：填充Endpoints对象（即连接Services&Pods）。
• Service Account和Token控制器：为新的Namespace创建默认帐户访问API Token。

3.5 cloud-controller-manager

  云控制器管理器负责与底层云提供商的平台交互。云控制器管理器是Kubernetes版本1.6中引入的，还是Alpha的功能。
  云控制器管理器仅运行云提供商特定的（controller loops）控制器循环。可以通过将–cloud-providerflag设置为external启动kube-controller-manager ，来禁用控制器循环。
cloud-controller-manager 具体功能：

• 节点（Node）控制器
• 路由（Route）控制器
• Service控制器
• 卷（Volume）控制器

3.6 kube-scheduler

  kube-scheduler监视新创建没有分配到Node的Pod，为Pod选择一个Node。

3.7 插件 addons

  插件（addon）是实现集群pod和Services功能的。Pod由Deployments，ReplicationController等进行管理。Namespace 插件对象是在kube-system Namespace中创建。

3.8 DNS

  虽然不严格要求使用插件，但Kubernetes集群都应该具有集群 DNS。
群集 DNS是一个DNS服务器，能够为 Kubernetes services提供 DNS记录。
  由Kubernetes启动的容器自动将这个DNS服务器包含在他们的DNS searches中。
用户界面
kube-ui提供集群状态基础信息查看。
容器资源监测
容器资源监控提供一个UI浏览监控数据。

3.9 Cluster-level Logging

  Cluster-level logging，负责保存容器日志，搜索/查看日志。
节点 Node 组件
节点组件运行在Node，提供Kubernetes运行时环境，以及维护Pod。

3.10 kubelet

  kubelet是主要的节点代理，它会监视已分配给节点的pod，具体功能：

• 安装Pod所需的volume。
• 下载Pod的Secrets。
• Pod中运行的 docker（或experimentally，rkt）容器。
• 定期执行容器健康检查。
• Reports the status of the pod back to the rest of the system, by creating amirror podif necessary.
• Reports the status of the node back to the rest of the system.

3.11 kube-proxy

  kube-proxy通过在主机上维护网络规则并执行连接转发来实现Kubernetes服务抽象。
docker
docker用于运行容器。
RKT
rkt运行容器，作为docker工具的替代方案。
supervisord
supervisord是一个轻量级的监控系统，用于保障kubelet和docker运行。
fluentd
fluentd是一个守护进程，可提供cluster-level logging.。

4. 架构

• Master主要包含 API Server、Scheduler、Controllers 三个组成部分， 以及用作存储的 etcd ，它用来储存整个集群的状态。
• etcd： 由CoreOS开发，是一个高可用、强一致性的键值存储，为Kubernetes集群提供储存服务，类似于zookeper。 它会存储集群的整个配置和状态。主节点通过查询 etcd 以检查节点，容器的现状。
• API Server： kubernetes最重要的核心元件之一，提供资源操作的唯一入口（其他模块通过API Server查询或修改资源对象，只有API Server才能直接操作etcd），并提供认证、授权、访问控制、API注册和发现等机制。
• Scheduler： 负责资源的调度，按照预定的调度策略将 Pod（k8s中调度的基本单位）调度到相应的Node上，这里说的 Node 就是Work Node，当然如果是只有一个节点的集群，Master 也会同时作为 Work Node。
• Controllers： 通过 API Server 查询要控制的资源对象的预期状态，它检查其管控的对象的当前状态，确保它们始终处于预期的工作状态，它们的工作包括比如故障检测、自动扩充、减少、滚动更新等。

5. 数据库etcd

  etcd保存了整个集群的状态，作为一个数据库使用。主节点可以做成一个分布式的，以做到高可用。
  etcd是kubernetes集群的主数据库，存储着所有资源对象以及状态，默认与master组件部署在一个Node上。注意etcd的数据变更都是通过API server进行。

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