开源容器集群管理系统Kubernetes架构及组件介绍

本文来源于Infoq的一篇文章（见参考部分），并在难懂的地方自己理解的基础上做了修改。实际在Ubuntu上部署 kubernetes 操作另见 文章 。

Together we will ensure that Kubernetes is a strong and open container management framework for any application and in any environment, whether in a private, public or hybrid cloud. --Urs Hölzle, Google

Kubernetes 作为Docker生态圈中重要一员，是Google多年大规模容器管理技术的开源版本，是产线实践经验的最佳表现。如Urs Hölzle所说，无论是公有云还是私有云甚至混合云，Kubernetes将作为一个为任何应用，任何环境的容器管理框架无处不在。正因为如此，目前受到各大巨头及初创公司的青睐，如Microsoft、VMWare、Red Hat、CoreOS、Mesos等，纷纷加入给Kubernetes贡献代码。随着Kubernetes社区及各大厂商的不断改进、发展，Kuberentes将成为容器管理领域的领导者。

接下来我们一起探索Kubernetes是什么、能做什么以及怎么做。

1. 什么是Kubernetes

Kubernetes是Google开源的容器集群管理系统，使用Golang开发，其提供应用部署、维护、扩展机制等功能，利用Kubernetes能方便地管理跨机器运行容器化的应用，其主要功能如下：

使用Docker对应用程序包装(package)、实例化(instantiate)、运行(run)。

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。

Kubernetes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。

当前Kubernetes支持GCE、vShpere、CoreOS、OpenShift、Azure等平台，除此之外，也可以直接运行在物理机上。

这个官方给出的完整的架构图：（可放大看）

2. Kubernetes的主要概念 2.1 Pods

在Kubernetes系统中，调度的最小颗粒不是单纯的容器，而是抽象成一个Pod，Pod是一个可以被创建、销毁、调度、管理的最小的部署单元。把相关的一个或多个容器（Container）构成一个Pod，通常Pod里的容器运行相同的应用。Pod包含的容器运行在同一个Minion(Host)上，看作一个统一管理单元，共享相同的volumes和network namespace/IP和Port空间。

2.2 Services

Services也是Kubernetes的基本操作单元，是真实应用服务的抽象，每一个服务后面都有很多对应的容器来支持，通过Proxy的port和服务selector决定服务请求传递给后端提供服务的容器，对外表现为一个单一访问地址，外部不需要了解后端如何运行，这给扩展或维护后端带来很大的好处。

这一点github上的官网文档services.md讲的特别清楚。

2.3 Replication Controllers

Replication Controller，理解成更复杂形式的pods，它确保任何时候Kubernetes集群中有指定数量的pod副本(replicas)在运行，如果少于指定数量的pod副本(replicas)，Replication Controller会启动新的Container，反之会杀死多余的以保证数量不变。Replication Controller使用预先定义的pod模板创建pods，一旦创建成功，pod 模板和创建的pods没有任何关联，可以修改 pod 模板而不会对已创建pods有任何影响，也可以直接更新通过Replication Controller创建的pods。对于利用 pod 模板创建的pods，Replication Controller根据 label selector 来关联，通过修改pods的label可以删除对应的pods。Replication Controller主要有如下用法：

Rescheduling
如上所述，Replication Controller会确保Kubernetes集群中指定的pod副本(replicas)在运行， 即使在节点出错时。

Scaling
通过修改Replication Controller的副本(replicas)数量来水平扩展或者缩小运行的pods。

Rolling updates
Replication Controller的设计原则使得可以一个一个地替换pods来滚动更新（rolling updates）服务。

Multiple release tracks
如果需要在系统中运行multiple release的服务，Replication Controller使用labels来区分multiple release tracks。

以上三个概念便是用户可操作的REST对象。Kubernetes以RESTfull API形式开放的接口来处理。

2.4 Labels

service和replicationController只是建立在pod之上的抽象，最终是要作用于pod的，那么它们如何跟pod联系起来呢？这就引入了label的概念：label其实很好理解，就是为pod加上可用于搜索或关联的一组key/value标签，而service和replicationController正是通过label来与pod关联的。为了将访问Service的请求转发给后端提供服务的多个容器，正是通过标识容器的labels来选择正确的容器；Replication Controller也使用labels来管理通过 pod 模板创建的一组容器，这样Replication Controller可以更加容易，方便地管理多个容器。