二 kubernetes基礎

2.1kubernetes簡介

• kubernetes最初源於Google內部的Borg，Borg是Google內部的大規模叢集管理系統，負責對Google內部很多核心服務的排程和管理，Borg的目的是讓使用者能夠不必操心資源管理的問題，讓他們專注於自己的核心業務，並且做到跨多個數據中心的資源利用率最大化。
• Brog主要由BrogMaster、Borglet、Borgcfg和Scheduler組成。
• https://kubernetes.io/zh/ #官網
• https://github.com/kubernetes/kubernetes #github

2.2kubernetes 架構圖

2.3 kubernetes 元件

2.3.1 kube-apiserver

• https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kube-apiserver/
• kubernetes API server提供了k8s各類資源物件的增刪改查及watch等HTTP Rest介面，這些物件包括 pods、services、replicationcontrollers 等。 API 伺服器為 REST 操作提供服務，併為叢集的共享狀態提供前端， 所有其他元件都通過該前端進行互動。
  • RESTful API：是REST風格的網路介面，REST描述的是在網路中client和server的一種互動形式。
  • REST：是一種軟體架構風格，或者說是一種規範，其強調HTTP應當以資源為中學，並且規範了URI的風格，規範了HTTP請求動作(GET/PUT/POST/DELETE/HEAD/OPTIONS)的使用，具有對應得語義。
• kubernetes API server提供了資源操作的唯一入口，並提供認證、授權、訪問控制、API註冊和發現等機制；
  • 身份認證 token
  • 驗證許可權
  • 驗證指令
  • 執行操作
  • 返回結果
• 預設埠6443，可通過啟動引數“--secure-port”來修改預設值。該埠用於接收客戶端、dashboard等外部HTTPS請求。
• 預設IP地址為非本地(Non-Localhost)網路埠，通過啟動引數“--bind-address”來修該。
• 用於基於Tocken檔案或客戶端證書及HTTP Base的認證。
• 用於基於策略的授權。

2.3.2 kube-scheduler

2.3.2.1kube-scheduler簡介

• https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kube-scheduler/
• Kubernetes 排程器是一個控制面程序，負責將 Pods 指派到節點上。 在同一個叢集中可以使用多個不同的排程器；
• 通過排程演算法為待排程Pod列表的每個Pod從可用Node列表中選擇一個最合適的Node，並將資訊寫入到etcd中；
• Node節點上對應得kubelet通過API Server監聽到kubernetes Scheduler產生的Pod繫結資訊，然後獲取對應得Pod清單，下載Image，並啟動容器。

2.3.2.2 排程策略

• LeastRequestedPriority(預設)
  • 優先從備選節點列表中選擇資源消耗最小的節點(CPU+記憶體)。
• CalculateNodeLabelPriority
  • 優先選擇含有指定Lable的節點。
• BalancedResourceAllocation
  • 優先從備選節點列表選擇各項資源使用率最均衡的節點。

2.3.2.3 排程過程

1. 建立pod；
2. 過濾掉資源不足的節點；
3. 在剩餘可用節點進行刪選；
4. 選中節點；

2.3.3kube-controller-manager

2.3.3.1kube-controller-manager簡介

• https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kube-controller-manager/
• Controller Manager包括一些子控制器(副本控制器、節點控制器、名稱空間控制器和賬號控制器等)，控制器作為叢集內部的管理控制中心，負責叢集內部的Node、Pod副本、服務端點(Endpoint)、名稱空間(Namespace)，服務賬號(ServiceAccount)、資源定額(ResourceQuota)的管理，當某個Node意外宕機時，Controller Manager會及時發現並執行自動化修復流程，確保叢集中的Pod副本始終處於預期的工作狀態。

2.3.3.2 kube-controller-manager維護pod為期望狀態

1. controller-manager控制器每間隔5秒檢查一次node節點狀態；
2. 如果controller-manager控制器沒有收到來自node節點的心跳，則將該node節點被標識為不可達；
3. controller-manager將在標記為無法訪問之前等待40秒；
4. 如果該node節點被標記為無法訪問後5分鐘還沒有恢復，controller-manager會刪除當前node節點的所有pod並在其它可用節點重建這些pod。

2.3.3.3 pod高可用機制

1. node monitor preiod：節點監視週期，每隔5秒一次。
2. node monitor grace period：節點監視寬限期預設40秒。
3. pod eviction timeout：pod驅逐超時時間預設5分鐘。

2.3.4kube-proxy

2.3.4.1kube-proxy簡介

• https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kube-proxy/
• kuberbetes網路代理執行在node上，它反應了node上kuberbetes API中定義的服務，並通過一組後端進行簡單的TCP、UDP和SCTP流轉發或者在一組後端進行迴圈TCP、UDP和SCTP轉發，使用者必須使用apiserver API建立一個服務來配置代理，其實就是kube-proxy通過在主機上維護網路規劃並執行連線轉發來實現kuberbetes服務訪問。
• kube-proxy執行在每個節點上，監聽API Server中服務物件的變化，在通過管理IPtables或者IPVS規則來實現網路轉發。

2.3.4.2 kube-proxy工作模式

2.3.4.2.1 kube-proxy工作模式介紹

• UserSpace：k8s v1.1之前使用，k8s v1.2及以後就已經淘汰。
• IPtables：k8s v1.1版本開始支援，v1.2開始預設。
• IPVS: k8s v1.9引入到v1.11為正式版本，需要安裝ipvsadm、ipset工具包和載入ip_vs核心模組。IPVS相對於IPtables效率會更高一些，當kube-proxy以IPVS代理模式啟動時，kube-proxy將驗證節點上是否安裝了IPVS模組，如果為安裝則kube-proxy將回退到IPtables代理模式。

2.3.4.2.2 IPVS模式

• 使用IPVS模式，kube-proxy會監視kubernetes Service物件和Endpoints,呼叫宿主機核心Netlink介面以相應地建立IPVS規則並定期與kubernetes Service物件Endpoint物件同步IPVS規則，以確保IPVS狀態與期望一致，訪問服務時，流量將被重定向到其中一個後端Pod，IPVS使用雜湊表作為底層資料結構並在訥河空間中工作，這意味著IPVS可以更快的重定向流量，並且在同步代理規則時具有更好的效能，此外，IPVS為負載均衡演算法提供了更多選選，例如：rr(輪詢排程)、lc(最小連線數)、dh(目標雜湊)、sh(源雜湊)、sed(最短期望延遲)、nq(不排隊排程)等。
• https://kubernetes.io/zh/docs/reference/config-api/kube-proxy-config.v1alpha1/#ClientConnectionConfiguration

2.3.5 kubelet

2.3.5.1 kubelet簡介

• https://kubernetes.io/zh/docs/reference/command-line-tools-reference/kubelet/
• kubelet是執行在每個worker節點的代理元件，它會監視已分配給節點的pod。

2.3.5.2 kubelet功能

• 向master彙報node節點的狀態資訊；
• 接受指令並在Pod中建立docker容器；
• 準備Pod所需的資料卷；
• 返回Pod的執行狀態；
• 在node節點執行容器健康檢查。

2.3.6 kubectl

• https://kubernetes.io/zh/docs/reference/kubectl/kubectl/
• 是一個通過命令列對kubernetes叢集進行管理的客戶端工具。

2.3.7 etcd

• https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/administer-cluster/configure-upgrade-etcd/
• etcd是CoreOS公司開發目前是kubernetes預設使用的key-value資料儲存系統，用於儲存kubernetes的所有叢集資料，etcd支援分散式叢集功能，生產環境使用時需要為etcd資料提供定期備份機制。
• https://etcd.io #官網
• https://guthub.com/etcd-io/etcd #github

2.3.8 DNS

• https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/administer-cluster/dns-custom-nameservers/
• DNS負載為整個叢集提供DNS服務，從而實現服務之間的訪問。
  • coredns
  • kube-dns：k8s v1.18之後不在支援。
  • sky-dns：k8s v1.9之後被kube-dns替代。

2.3.9 Dashboard

• https://kubernetes.io/zh/docs/tasks/access-application-cluster/web-ui-dashboard/
• Dashboard是基於網頁的kubernetes使用者介面，可以使用Dashboard獲取執行在叢集中的應用的概覽資訊，也可以建立或修改kubernetes資源(如Deployment、Job、DaemonSet等等)，也可以對Deployment實現彈性伸縮、發起滾動升級、重啟Pod或者使用嚮導建立新的應用。