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Kubernetes 核心概念

什麼是Kubernetes?

Kubernetes(k8s)是自動化容器操作的開源平臺,這些操作包括部署,排程和節點叢集間擴充套件。如果你曾經用過Docker容器技術部署容器,那麼可以將Docker看成Kubernetes內部使用的低級別元件。Kubernetes不僅僅支援Docker,還支援Rocket,這是另一種容器技術。
使用Kubernetes可以:

  • 自動化容器的部署和複製
  • 隨時擴充套件或收縮容器規模
  • 將容器組織成組,並且提供容器間的負載均衡
  • 很容易地升級應用程式容器的新版本
  • 提供容器彈性,如果容器失效就替換它,等等...


實際上,使用Kubernetes只需一個

部署檔案,使用一條命令就可以部署多層容器(前端,後臺等)的完整叢集:

$ kubectl create -f single-config-file.yaml


kubectl是和Kubernetes API互動的命令列程式。現在介紹一些核心概念。

 

叢集

叢集是一組節點,這些節點可以是物理伺服器或者虛擬機器,之上安裝了Kubernetes平臺。下圖展示這樣的叢集。注意該圖為了強調核心概念有所簡化。這裡可以看到一個典型的Kubernetes架構圖。

1.png


上圖可以看到如下元件,使用特別的圖標表示Service和Label:

  • Pod
  • Container(容器)
  • Label(label)(標籤)
  • Replication Controller(複製控制器)
  • Service(enter image description here)(服務)
  • Node(節點)
  • Kubernetes Master(Kubernetes主節點)

 

Pod

Pod(上圖綠色方框)安排在節點上,包含一組容器和卷。同一個Pod裡的容器共享同一個網路名稱空間,可以使用localhost互相通訊。Pod是短暫的,不是持續性實體。你可能會有這些問題:

  • 如果Pod是短暫的,那麼我怎麼才能持久化容器資料使其能夠跨重啟而存在呢? 是的,Kubernetes支援的概念,因此可以使用持久化的卷型別。
  • 是否手動建立Pod,如果想要建立同一個容器的多份拷貝,需要一個個分別創建出來麼?可以手動建立單個Pod,但是也可以使用Replication Controller使用Pod模板創建出多份拷貝,下文會詳細介紹。
  • 如果Pod是短暫的,那麼重啟時IP地址可能會改變,那麼怎麼才能從前端容器正確可靠地指向後臺容器呢?這時可以使用Service,下文會詳細介紹。

 

Lable

正如圖所示,一些Pod有Label(enter image description here)。一個Label是attach到Pod的一對鍵/值對,用來傳遞使用者定義的屬性。比如,你可能建立了一個"tier"和“app”標籤,通過Label(tier=frontend, app=myapp)來標記前端Pod容器,使用Label(tier=backend, app=myapp)標記後臺Pod。然後可以使用Selectors選擇帶有特定Label的Pod,並且將Service或者Replication Controller應用到上面。

 

Replication Controller

是否手動建立Pod,如果想要建立同一個容器的多份拷貝,需要一個個分別創建出來麼,能否將Pods劃到邏輯組裡?

Replication Controller確保任意時間都有指定數量的Pod“副本”在執行。如果為某個Pod建立了Replication Controller並且指定3個副本,它會建立3個Pod,並且持續監控它們。如果某個Pod不響應,那麼Replication Controller會替換它,保持總數為3.如下面的動畫所示:

2.gif


如果之前不響應的Pod恢復了,現在就有4個Pod了,那麼Replication Controller會將其中一個終止保持總數為3。如果在執行中將副本總數改為5,Replication Controller會立刻啟動2個新Pod,保證總數為5。還可以按照這樣的方式縮小Pod,這個特性在執行滾動升級時很有用。

當建立Replication Controller時,需要指定兩個東西:

  1. Pod模板:用來建立Pod副本的模板
  2. Label:Replication Controller需要監控的Pod的標籤。


現在已經建立了Pod的一些副本,那麼在這些副本上如何均衡負載呢?我們需要的是Service。

 

Service

如果Pods是短暫的,那麼重啟時IP地址可能會改變,怎麼才能從前端容器正確可靠地指向後臺容器呢?

Service是定義一系列Pod以及訪問這些Pod的策略的一層抽象。Service通過Label找到Pod組。因為Service是抽象的,所以在圖表裡通常看不到它們的存在,這也就讓這一概念更難以理解。

現在,假定有2個後臺Pod,並且定義後臺Service的名稱為‘backend-service’,lable選擇器為(tier=backend, app=myapp)。backend-service 的Service會完成如下兩件重要的事情:

  • 會為Service建立一個本地叢集的DNS入口,因此前端Pod只需要DNS查詢主機名為 ‘backend-service’,就能夠解析出前端應用程式可用的IP地址。
  • 現在前端已經得到了後臺服務的IP地址,但是它應該訪問2個後臺Pod的哪一個呢?Service在這2個後臺Pod之間提供透明的負載均衡,會將請求分發給其中的任意一個(如下面的動畫所示)。通過每個Node上執行的代理(kube-proxy)完成。這裡有更多技術細節。


下述動畫展示了Service的功能。注意該圖作了很多簡化。如果不進入網路配置,那麼達到透明的負載均衡目標所涉及的底層網路和路由相對先進。如果有興趣,這裡有更深入的介紹。

3.gif


有一個特別型別的Kubernetes Service,稱為'LoadBalancer',作為外部負載均衡器使用,在一定數量的Pod之間均衡流量。比如,對於負載均衡Web流量很有用。

 

Node

節點(上圖橘色方框)是物理或者虛擬機器器,作為Kubernetes worker,通常稱為Minion。每個節點都執行如下Kubernetes關鍵元件:

  • Kubelet:是主節點代理。
  • Kube-proxy:Service使用其將連結路由到Pod,如上文所述。
  • Docker或Rocket:Kubernetes使用的容器技術來建立容器。

 

Kubernetes Master

叢集擁有一個Kubernetes Master(紫色方框)。Kubernetes Master提供叢集的獨特視角,並且擁有一系列元件,比如Kubernetes API Server。API Server提供可以用來和叢集互動的REST端點。master節點包括用來建立和複製Pod的Replication Controller。

 

下一步

現在我們已經瞭解了Kubernetes核心概念的基本知識,你可以進一步閱讀Kubernetes 使用者手冊。使用者手冊提供了快速並且完備的學習文件。
如果迫不及待想要試試Kubernetes,可以使用Google Container Engine。Google Container Engine是託管的Kubernetes容器環境。簡單註冊/登入之後就可以在上面嘗試示例了。

原文連結:Learn the Kubernetes Key Concepts in 10 Minutes(翻譯:崔婧雯) 
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譯者介紹
崔婧雯,現就職於IBM,高階軟體工程師,負責IBM WebSphere業務流程管理軟體的系統測試工作。曾就職於VMware從事桌面虛擬化產品的質量保證工作。對虛擬化,中介軟體技術,業務流程管理有濃厚的興趣。