一、簡介
1、什么是Kubernetes
簡稱K8s,用8代替8個字符“ubernerte”而成的速寫，K8s是一個開源的容器編排平台，它是一個跨主機集群的開源容器調度平台，用於管理雲平台中多個主機上的容器化的應用，它可以自動化應用容器的部署、擴展、的操作，k8s的目標是讓部署容器化的應用簡單並且高效，構建一個軟件和工具的生態系統，以減輕企業在公有雲或私有雲運行應用程序的負擔，；K8s提供了應用部署、規划，更新，維護的一種機制。
K8s項目由Google公司在2014年啟動，Kubernetes建立在google公司超過十余年阿運維經驗基礎之上，Google所有的應用都運行在容器上，再與社區中最好的想法和實踐相結合，也許它是現在最受歡迎的容器平台。
2、使用K8s可以快速高效響應客戶的需求：
快速、可預測地部署您的應用程序
擁有即使擴展應用程序的能力
不影響現有業務的情況下，無縫地發布新功能
優化了硬件資源，降低成本
3、K8s具有如下特點：
便捷性：無論公有雲、私有雲、混合雲還是多雲架構都全面支持
可擴展性：它是模塊化、可插拔、可掛載、可組合，支持各種形式的擴展
自修復：它可以自保持應用狀態、可自重啟、自復制、自縮放的，通過聲明式語法提供了強大的自修復能力
4、三個時代說明，K8s為什么如此有用
傳統部署時代：早期，組織都是再物理服務器上運行應用程序，無法位物理服務器中的應用定義資源邊界，着會導致資源分配問題。比如，如果再物理服務器上運行多個應用程序，可能會出現一個應用占用大部分資源，其他應用程序的性能就將下降，解決方案往往是在不同服務器上運行每個應用程序，但這並沒有隨着資源利用不足而擴展資源，並且維護諸多物理服務器成本也很高。
虛擬化部署時代：為了解決上面提到的資源分配問題，引入了虛擬化，它允許在單個物理服務器的CPU上允許多個虛擬機（VM）。虛擬化允許應用程序在VM之間隔離，並提供安全級別，因為一個應用程序的信息不能被另一個應用程序自由訪問。
虛擬化可以更好的利用物理服務器中資源，並可以實現更好的可伸縮性，因為可以輕松地添加或更新應用程序，降低硬件成本等等。借助虛擬化，您可以將一組物理資源呈現位一組一次性虛擬機。
每個VM是一台完整的計算機，在虛擬化硬件上運行所有組件，包括其自己的操作系統
容器部署時代：容器類似VM，但是他們具有輕松的隔離屬性，可以在應用程序之間共享操作系統。因此，容器被認為是輕量的，與VM相似，容器具有自己的文件系統，CPU，內存，進程空間等。由於他們與基礎架構分離，因此可以跨雲和OS分發進行移植
5、補充使用容器的好處
敏捷的應用程序創建和部署：與使用VM鏡像相比，容器鏡像創建的簡便性和效率更高。
持續的開發，集成和部署：通過快速簡單的回滾（鏡像不可更改），提供可靠且頻繁的容器鏡像構建和部署。
開發和運營的關注點分離：在構建/發布時，而不時在部署時創建應用程序容器鏡像，從而將應用程序與基礎架構分離。
可觀察性不僅可以顯示操作系統級別的信息和指標，還可以顯示應用程序的運行狀況和其他信號。
跨開發，測試和生成環境一致性：在便捷式計算機上與在雲中相同的運行。
雲和操作系統分發的可移植性：可在Ubuntu，RHEL，coreOS，本地，google kubernetes engine和其他任何地方運行。
松散耦合，分布式，彈性，解放的微服務：應用程序被分解成較小的獨立部分，並且可以動態部署和管理，而不時在一台大型單機上運行的整體堆棧。
資源隔離：可預測的應用程序性能。
資源利用：高效率和高密度。
6、K8s提供了哪些功能
服務發現和負載均衡
K8s可以使用DNS名稱或使用其自己的IP地址公開容器。如果到容器的流量很高，K8s可以負載均衡分配流量，使部署穩定
存儲編排
允許自動掛載選擇的存儲系統，例如本地存儲，公有雲提供商等。
自動部署和回滾
可以使用Kunbernetes描述已經部署容器的所需狀態，並可以以控制速率將實際狀態更改所需狀態。比如可以自動化Kubernetes來位您的部署創建新容器，刪除現有容器並將他們的所有資源用於新容器
自動包裝
一個Kubernetes集群，可以用於容器化任務，可以指定每個容器需要多少CPU和內存，使其充分利用資源。
自檢
Kubernetes可以重新啟動失敗的容器，替換容器，殺死對用戶定義的運行狀態檢查沒有響應的容器，並且在准備好服務之前不會將其通告給客戶端
加密管理
Kubernetes允許存儲和管理敏感信息，如密碼，auth令牌和ssh密鑰，可以部署和更新機密的應用程序配置，而無需重新構建容器鏡像，也無需在堆棧配置中公開。
7、kubernetes不是什么
不是一個傳統意義上包羅萬象的Paas系統，它保留用戶的自由選擇，比如：
不限制支持的應用程序類型，不限制應用程序框架，不限制支持的語言（java/python/ruby）支持多種多樣的工作負載，包括無狀態，有狀態和數據處理工作負載。
不提供內置服務的中間件（例如：消息中間件）、數據處理框架（例如：spark）、數據庫（例如：mysql）和分布式存儲（例如Ceph），這些應用可以允許在K8s上。
沒有提供點擊即部署的服務市場。
源代碼到鏡像都是開源的，它不部署源代碼且不構建您的應用程序。持續集成，交付和部署（CI/CD）工作流取決各公司組織的文化和偏好。
允許用戶選擇其他的日志記錄，監控和告警系統，（它也提供一些集成作為概念證明）。
不提供也不要求應用程序配置語言/系統，提供一個聲明性API，可以通過任意形式的聲明性規范。
不提供也不采用任何全面的機器配置，維護，管理或自動修復系統。
另外許多Paas系統運行在K8s上面，比如openshift，deis，eldarion，可以自定義自己的paas與自己選擇的CI系統集成，或與K8s一起使用，將容器鏡像部署到K8s上。
由於K8s在應用級別而不是僅僅在硬件級別運行，因此它提供Paas產品通用的一些功能，如：部署、擴展、負載均衡、日志記錄、監控等。但是K8s不是單一的，默認是可選和可插拔的。
K8s也不僅僅是一個編排系統，它消除了編排的需要，編排代表工作流的執行為從A到B，然后到C，相反，K8s是包括一套獨立、可組合的控制過程，通過聲明式語法使其連續地朝向期望狀態驅動當前狀態，不需要告訴它具體的從A到C的過程，只需要告訴到C的狀態即可，也不需要集中控制，這使得系統更易於使用，並且強大，更具有彈性和擴展性。
二、K8s架構
1、整體架構
三、常見組件
請見圖示1：分別包含1、2、3、4
1、master：
Kubernetes管理節點
2、apiserver：
提供接口服務，用戶通過apiserver來管理整個容器集群平台。API Server負責和Etcd交互（其他組件不會直接操作etcd，只有API Server這么做），整個Kubernetes集群的所有交互都是以API server為核心的。如：1、所有對集群進行的查詢和管理都要通過API來進行；2、所有模塊之間並不會互相調用，而是通過和API Server打交道來完成自己那部分的工作、API Server提供的驗證和授權保證了整個集群的安全
3、scheduler Kubernetes 調度服務：
4、Replication Controllers 復制：
保證pod的高可用
Replication Controller是Kubernetes系統中最有用的功能，實現復制多個Pod副本，往往一個應用需要多個Pod來支撐，並且可以保證其復制的副本數，即使副本所調度分配的宿主機出現異常，通過Replication Controller 可以保證在其它宿主機啟用同等數量的Pod。Replication Controller 可以通過repcon模板來創建多個Pod副本，同樣也可以直接復制已存在Pod，需要通過Label selector來關聯
請見圖示2：包含5、6、7、8
5、minion：
真正運行容器container的物理機。Kubernets中需要很多minion集群，來提供運算
6、container：
容器，可以運行服務和程序
7、Pod：
Kubernetes系統中，調度的最小顆粒不是單純的容器，而是抽象成一個Pod，Pod是一個可以被創建、銷毀、調度、管理的最小部署單元。pod中可以包括一個或一組容器。
pod：豆莢的意思，如下圖示理解pod及容器實例：
8、Kube_prox 代理：
做端口轉發，相當於LVS-NAT模式中的復制調度器
Proxy解決了同一宿主機，相同服務端口沖突的問題，還提供了對外服務的能力，Proxy后端使用了隨機、輪詢負載均衡算法。
9、etcd：
存儲Kubernetes的配置信息，可以理解為K8s數據庫，存儲這K8s容器平台所有節點、pods、網絡等信息
10、services：
services是Kunbernetes最外圍的單元，通過虛擬一個訪問IP及服務端口，可以訪問我們定義好的Pod資源。目前的版本是通過iptables的nat轉發來實現，鑽發的目標端口為Kube_proxy生成的隨機端口。
11、Lables標簽：
Lables是用於區分Pod、Service、Replication Controller的key/value鍵值對，僅使用在Pod、Service、Replication Controller之間的關系識別，但對這些單元本身進行操作時得使用name標簽。
12、Deployment部署
Kubernetes Deployment用於更新Pod和Replica Set（下一代的Replication Controller）的方法，可以在Deployment對象中只描述你所期望的理想專題（預期運行狀態），Deployment控制器會將現在的實際狀態轉換成期望的狀態。例如，將所有的webapp：v1.0.9升級成webapp：v1.1.0，只需要創建Deployment，Kubernetes會按照Deployment自動進行升級，通過Deployment可以用來創建新的資源
Deployment可以幫我們實現無人值守的上學，大大降低我們上線的復雜和風險
13、Kubelet命令
Kubelet和Kube-proxy都運行在minion節點上
Kube-proxy實現Kubernetes網絡相關內容
Kubelet命令管理pod、pod中容器機讓其的鏡像和卷等信息
14、總結：各組件之間的關系
1）、kubernetes由一個master和多個minion組成，master通過api提供服務接收kubectl的請求來調度管理集群，kubectl是k8s平台的一個管理命令
2）、Replication controller定義了多個pod或者容器需要運行，如果當前集群中運行的pod或容器達不到配置的數量，replication controller會調度容器在多個minion上運行，保證集群中的pod數量
3）、service則定義真實對外提供的服務，一個service會對應后端運行的多個container。
4）、Kubernetes是一個管理平台，minion上的kube-proxy擁有提供真實服務公網IP，客戶端訪問K8S中提供的服務，是直接訪問到kube-proxy上的。
5）、在kubernetes中pod是一個基本單元，一個pod可以是提供相同功能的多個container，這些容器會被部署在同一個minion上，minion是運行Kubelet中容器的物理機，minion介紹master的指令創建pod或者容器。
參考：互聯網內容
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