一文带你看透kubernetes 容器编排系统

Kubernetes作为容器编排生态圈中重要一员,是Google大规模容器管理系统borg的开源版本实现,吸收借鉴了google过去十年间在生产环境上所学到的经验与教训。 Kubernetes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。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.kubernetes是一个开放的容器调度管理平台,不限定任何一种言语,支持java/C++/go/python等各类应用程序 。

kubernetes是一个完备的分布式系统支持平台,支持多层安全防护、准入机制、多租户应用支撑、透明的服务注册、服务发现、内建负载均衡、强大的故障发现和自我修复机制、服务滚动升级和在线扩容、可扩展的资源自动调度机制、多粒度的资源配额管理能力,完善的管理工具,包括开发、测试、部署、运维监控,一站式的完备的分布式系统开发和支撑平台。

一. 系统架构

kubernetes系统按节点功能由master和node组成。

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Master

Master作为控制节点,调度管理整个系统,包含以下组件:

API Server作为kubernetes系统的入口,封装了核心对象的增删改查操作,以RESTful接口方式提供给外部客户和内部组件调用。它维护的REST对象将持久化到etcd。

Scheduler:负责集群的资源调度,为新建的pod分配机器。这部分工作分出来变成一个组件,意味着可以很方便地替换成其他的调度器。

Controller Manager:负责执行各种控制器,目前有两类:

Endpoint Controller:定期关联service和pod(关联信息由endpoint对象维护),保证service到pod的映射总是最新的。

Replication Controller:定期关联replicationController和pod,保证replicationController定义的复制数量与实际运行pod的数量总是一致的。

Node

Node是运行节点,运行业务容器,包含以下组件:

Kubelet:责管控docker容器,如启动/停止、监控运行状态等。它会定期从etcd获取分配到本机的pod,并根据pod信息启动或停止相应的容器。同时,它也会接收apiserver的HTTP请求,汇报pod的运行状态。

Kube Proxy:负责为pod提供代理。它会定期从etcd获取所有的service,并根据service信息创建代理。当某个客户pod要访问其他pod时,访问请求会经过本机proxy做转发。

借用一张网图,表达功能组件之间关系:

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二.基本概念 Node

node是kubernetes集群中相对于master而言的工作主机,在较早版本中也被称为minion。Node可以是一台物理主机,也可以是一台虚拟机(VM)。在每个node上运行用于启动和管理pod的服务——kubelet,并能够被master管理。在node上运行的服务进程包括kubelet、kube-proxy和docker daemon。

Node的信息如下:

node地址:主机的IP地址或者nodeid。

node的运行状态: pending,running,terminated。

node condition: 描述running状态node的运行条件,目前只有一种条件Ready,表示node处于健康状态,可以接收master发来的创建pod的指令。

node系统容量:描述node可用的系统资源,包括CPU、内存、最大可调度pod数量等。

Pod

pod 是 kubernetes 的最基本操作单元,包括一个或多个紧密相关的容器,一个 pod 可以被一个容器化的环境看作应用层的“逻辑宿主机”( Logical host )。一个 pod 中的多个容器应用通常是紧耦合的。Pod 在 node 上被创建、启动或者销毁。

为什么 kubernetes 使用 pod 在容器之上再封装一层呢?一个很重要的原因是,docker 容器之间通信受到 docker 网络机制的限制。在 docker 的,世界中,一个容器需要通过 link 方式才能访问另一个容器提供的服务(端口)。大量容器之间的 link 将是一个非常繁重的工作。通过 pod 的概念将多个容器组合在一个虚拟的“主机”内,可以实现容器之间仅需通过 localhost 就能相互通信了。

一个pod中的应用容器共享一组资源,如:

pid命名空间:pod中的不同应用程序可以看到其他的进程PID

网络命名空间:pod中的多个容器能够访问同一个IP和端口范围

IPC命名空间:pod中的多个容器能够使用systemV ipc 或POSIX消息队列进行通信。

UTS命名空间:pod中的多个容器共享一个主机名。

Volumes(共享存储卷):pod中的各个容器可以访问在pod级别定义的volumes。

Label

label是kubernetes系统中的一个核心概念。Label以key/value键值对的形式附加到各种对象上,如pod、service、RC、Node等。Label定义了这些对象的可识别属性,用来对它们进行管理和选择。Label可以在创建对象时附加到对象上,也可以在对象创建后通过API进行管理。

在为对象定义好label后,其他对象就可以使用label selector来定义其他作用的对象了。

label selector的定义由多个逗号分隔的条件组成: “label”: { “key1”: ”value1”, “key2”: ”value2” }

Resource controller(RC)

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