• 第2篇Kubernetes架构


     
    一、Kubernetes 架构:
    Kubernetes Cluster 由 Master 和 Node 组成,节点上运行着若干 Kubernetes 服务。
    Master 节点
    Master 是 Kubernetes Cluster 的大脑,运行着如下 Daemon 服务:kube-apiserver、kube-scheduler、kube-controller-manager、etcd 和 Pod 网络(例如 flannel)。

    API Server(kube-apiserver)

    API Server 提供 HTTP/HTTPS RESTful API,即 Kubernetes API。API Server 是 Kubernetes Cluster 的前端接口,各种客户端工具(CLI 或 UI)以及 Kubernetes 其他组件可以通过它管理 Cluster 的各种资源。

    Scheduler(kube-scheduler)

    Scheduler 负责决定将 Pod 放在哪个 Node 上运行。Scheduler 在调度时会充分考虑 Cluster 的拓扑结构,当前各个节点的负载,以及应用对高可用、性能、数据亲和性的需求。

    Controller Manager(kube-controller-manager)

    Controller Manager 负责管理 Cluster 各种资源,保证资源处于预期的状态。Controller Manager 由多种 controller 组成,包括 replication controller、endpoints controller、namespace controller、serviceaccounts controller 等。
    不同的 controller 管理不同的资源。例如 replication controller 管理 Deployment、StatefulSet、DaemonSet 的生命周期,namespace controller 管理 Namespace 资源。

    etcd

    etcd是一种非关系型数据库,以key=value的形式存储数据的。 负责保存 Kubernetes Cluster 的配置信息和各种资源的状态信息。当数据发生变化时,etcd 会快速地通知 Kubernetes 相关组件。

    Pod 网络

    Pod 要能够相互通信,Kubernetes Cluster 必须部署 Pod 网络,flannel 是其中一个可选方案。
    以上是 Master 上运行的组件,下一节我们讨论 Node。
     

    node节点

    Node 是 Pod 运行的地方,Kubernetes 支持 Docker、rkt 等容器 Runtime。 Node上运行的 Kubernetes 组件有 kubelet、kube-proxy 和 Pod 网络(例如 flannel)。

    kubelet

    kubelet 是 Node 的 agent,当 Scheduler 确定在某个 Node 上运行 Pod 后,会将 Pod 的具体配置信息(image、volume 等)发送给该节点的 kubelet,kubelet 根据这些信息创建和运行容器,并向 Master 报告运行状态。

    kube-proxy

    service 在逻辑上代表了后端的多个 Pod,外界通过 service 访问 Pod。service 接收到的请求是如何转发到 Pod 的呢?这就是 kube-proxy 要完成的工作。
    每个 Node 都会运行 kube-proxy 服务,它负责将访问 service 的 TCP/UPD 数据流转发到后端的容器。如果有多个副本,kube-proxy 会实现负载均衡。

    Pod 网络

    Pod 要能够相互通信,Kubernetes Cluster 必须部署 Pod 网络,flannel 是其中一个可选方案。

    完整的架构图

    结合实验环境,我们得到了如下的架构图:
    你可能会问:为什么 k8s-master 上也有 kubelet 和 kube-proxy 呢?
    这是因为 Master 上也可以运行应用,即 Master 同时也是一个 Node。
    几乎所有的 Kubernetes 组件本身也运行在 Pod 里,执行如下命令:
    kubectl get pod --all-namespaces -o wide
    Kubernetes 的系统组件都被放到 kube-system namespace 中。这里有一个 kube-dns 组件,它为 Cluster 提供 DNS 服务,我们后面会讨论。kube-dns是在执行 kubeadm init 时(第 ⑤ 步)作为附加组件安装的。
     
    二、Kubernetes 实践:
    通过例子理解 k8s 架构 
     
    执行如下命令:
    kubectl run httpd-app --image=reg.yunwei.edu/learn/httpd:latest --replicas=2
    kubectl get deployment
    kubectl get pod -n default -o wide
     
    Kubernetes 部署了 deployment httpd-app,有两个副本 Pod,分别运行在k8s-node2 和 k8s-node3上。
     
    详细讨论整个部署过程。
     
    ① kubectl 发送部署请求到 API Server。
    ② API Server 通知 Controller Manager 创建一个 deployment 资源。
    ③ Scheduler 执行调度任务,将两个副本 Pod 分发到 k8s-node1 和 k8s-node2。
    ④ k8s-node1 和 k8s-node2 上的 kubectl 在各自的节点上创建并运行 Pod。
    补充两点:
    1. 应用的配置和当前状态信息保存在 etcd 中,执行 kubectl get pod 时 API Server 会从 etcd 中读取这些数据。
    2. flannel 会为每个 Pod 都分配 IP。因为没有创建 service,目前 kube-proxy 还没参与进来。
    Kubernetes 架构就讨论到这里。从下节开始,我们将通过实践深入学习 Kubernetes 的各种特性。作为容器编排引擎,最重要也是最基本的功能当然是运行容器化应用。
     
     
     
    用 Deployment 运行应用
     
    Kubernetes 作为容器编排引擎,最重要也是最基本的功能当然是运行容器化应用。

     

    Deployment

    前面我们已经了解到,Kubernetes 通过各种 Controller 来管理 Pod 的生命周期。为了满足不同业务场景,Kubernetes 开发了 Deployment、ReplicaSet、DaemonSet、StatefuleSet、Job 等多种 Controller。我们首先学习最常用的 Deployment。
    (1)上面我们运行了一个http-app,下面详细分析 Kubernetes 都做了些什么工作。
     
    kubectl get deployment -n default -o wide
     
    接下来我们用 kubectl describe deployment httpd-app了解更详细的信息。
    大部分内容都是自解释的,我们重点看最下面部分。这里告诉我们创建了一个 ReplicaSet httpd-app-cfb6dc947,Events 是 Deployment 的日志,记录了 ReplicaSet 的启动过程。
     
    (2)通过上面的分析,也验证了 Deployment 通过 ReplicaSet 来管理 Pod 的事实。接着我们将注意力切换到 httpd-app-cfb6dc947,执行 kubectl describe replicaset:
     
    两个副本已经就绪,用 kubectl describe replicaset 查看详细信息:
    Controlled By 指明此 ReplicaSet 是由 Deployment/httpd-app 创建。Events 记录了两个副本 Pod 的创建。
     
    (3)接着我们来看 Pod,执行 kubectl get pod -n default
    两个副本 Pod 都处于 Running 状态,用 kubectl describe pod -n default 查看更详细的信息:
     
     
     
    Controlled By 指明此 Pod 是由 ReplicaSet/httpd-app-cfb6dc947 创建。Events 记录了 Pod 的启动过程(httpd-app-cfb6dc947-mrtlz 和 httpd-app-cfb6dc947-rhgbs)。如果操作失败(比如 image 不存在),也能在这里查看到原因。
    总结一下这个过程:
    1. 用户通过 kubectl 创建 Deployment。
    2. Deployment 创建 ReplicaSet。
    3. ReplicaSet 创建 Pod。
    从上图也可以看出,对象的命名方式是:子对象的名字 = 父对象名字 + 随机字符串或数字。
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