知识点13--认识K8s

在前面知识点docker的就提到过k8s，相当于到docker的一个脚手架或者说是一个管理编排容器的工具，但这个脚手架是怎么来的呢？

最开始专门的运维工作很复杂，因此在运维工程师技术领域出现了一个技术叫Ansible，使得运维工程师很多工作可以定制化出来交给程序执行。

到2014年左右随着docker的出现，使得运维工作，可以让我们开发人员也参与进来，但是docker在早期，它的功能还不是很强大，只能对于单台docker host主机，进行容器的操作，同时它自带了一个管理工具docker compose，随着后期的发展，docker在docker host的基础上发展出了虚拟资源池的概念，也就是到docker swarm，但是使用起来还是不方便。因为所有资源池内的服务器不只要满足自身是docker的主机，还要满足加入swarm的条件，所以docker又出了一个预处理工具machine，可以让docker主机满足加入资源池的条件。

这三个玩意儿在当年业界被称为docker运维三剑客。但是后期k8s杀出重围，在大厂之间被广泛应用，甚至有很多的大厂能够将自己的k8s体系开放出去，让用户直接在其上做容器的托管，占据了80%多的市场份额，可想而知k8s当时是多么的强势。所以迫使docker官方在2017年底没有办法捏着鼻子认了，把k8s加入到自己的体系内，同时支持swarm和k8s两种容器编排方式。

k8s其实是个简称，它的全称叫kubernetes。根据官方的说法，k8s可以实现的技术特点有自动装箱，也就是前面docker知识中提到的容器的生成，不过K8s是自己根据配置好的约束生成。自我修复因为容器的轻量化，它的启动很快，所以k8s可以在一个容器崩了之后，在秒级内重启，但其实在实际使用上，会发现k8s很少会去重启某个容器，而是在一个容器崩了之后直接Kill掉，用备份的容器顶上，这也可以说是k8s的一种思想，抛弃对单个容器的关注，保证整个大集群本身的安全。自动实现水平扩展，就比如前面docker的知识点，提到过阿里双11，怎样保证服务器足够？这就是k8s的水平扩展100个，不行就扩展200个，200个不行再扩，只要你物理宿主机资源能够撑得住。自动实现服务发现和负载均衡，服务发现就是说在k8s里面的有运行的容器，都可以通过k8s查找到它的信息，而当一类服务对应的启动了多个容器，可以自动实现负载均衡。还可以实现自动发布和回滚。以及提供密钥和容器的配置管理的功能。
注意：K8s底层操作的最小可运行单元不是容器，而是pod，下面会解释pod，为了方便理解，这里暂时称作为容器。

从k8s技术本身来说，整个k8s也是使用高可用的搭建模式，主节点一般两到三个，其他的都是node节点，用来跑容器。和大数据hadoop差不多，也是有一个yarn那样的资源调度体系，所以docker本身其实不关注于资源的把控，只要宿主机就撑得住，就可以一直run容器，但有了k8s这样的容器编排技术之后，就显得更加完整。

在k8s的master节点里，有四个很重要的东西，一个叫API Server用来接收容器的操作请求，第二个叫Scheduler，和yarn一样是一个调度器，第三个叫Controller Manager叫做控制器管理器，这个组件比较绕，它是用来确保控制器健康，而控制器是用来确保容器处于健康状态。之所以看上去有点绕，是因为k8s支持不同种类的控制器，每种控制器是K8s对Pod操作的直接负责对象，比如Pod状态监控、筛选、水平扩容、容器的多退少补等等。当然还有最后一个保证k8s各节点任务运行的kubelet。

说完master节点，同样的node节点相对的也有几个角色，第一个是kubelet，这一点就和hadoop很像但又不同，hadoop节点之间的资源通讯主要是依靠yarn体系下的resourcemanager和nodemanager，而k8s是相对独立的kubelet和scheduler。第二个就是第三方容器引擎，比如docker。第三个是kule-proxy，它负责和主节点的API Server通信，维护所有Pod的所在地址。

上面提到过，对于k8s来说，最小可运行的逻辑单元，不再是单一的容器而是pod。不过在操作上仍然可以操作到容器这一层，是属于pod的一个部分。在k8s内部将容器用pod的概念管理，让一个pod下的容器有着密切的关系，且一个pod下的容器一定是在同一节点上的。如果这个pod整个崩掉，k8s会重新给node节点分配任务。pod和控制器依靠着心跳机制实现状态的通信。不过一般情况下项目上一个pod只运行一个容器，这样有利于pod的管理，当然也有多个的时候比如用另一个容器去查日志之类的辅助操作，总之一个pod下多个容器的情况很少发生，还有一个根本原因就是在实际使用中如果一个pod下多容器时，其中一个容器挂掉，你会发现k8s只会将这个容器的状态改为不可用，而不是去容灾这个容器，而我们通常会有很多pod，要在这么多的pod中找到哪个pod出了问题？再去想办法去修复它，这无论是在实操还是容器技术本身的用意上都是背道而驰的，所以除特殊情况外，我们都是一个pod中，只有一个容器，使得容器挂掉，整个pod就挂了让k8s去容灾，就连上面说到的负载均衡，其实本质上也是让k8s实例了很多pod副本。

Pod的也分三种，当然官方并没有给Pod分类，只是在我们使用上的划分，一种叫自主式Pod，当你使用配置清单方式操作时生成的pod通常就是自主式的，这类pod可以操作的颗粒度很细。另一种叫控制器管理的Pod，这种Pod出现在命令行操作时产生，操作起来非常方便，但是可配置性不高。第三种不是我们用户使用的，而是k8s中基础架构的一部分也就是附件类的Pod，这种Pod使得k8s的功能更健壮。是不是自主式如果大家无法区分，目前可以通俗地理解为，只要这个pod没有对应的控制器，它就是自主式的，K8s不会去管它的死活。

最后一个知识点是整个k8s集群，有三个网络概念，各节点之间系统通讯有着节点网路负责，比如master和node的通信。不同Pod之间有着Pod网络，使得同一节点下的Pod它们可以通过直接路由等方式通信，后面的知识点会提到这是依赖于宿主机上的虚拟网卡。不同节点Pod的通信，靠的是Service网络，本质上是一个k8s的附件Pod，它和各节点之间的kule-proxy配合，使得Pod可以跨节点通讯。

应该注意的是Service网络和Pod网络其实很相似，它们都是用来在集群内部使用，让Pod之间可以实现互通，不同的是，Pod网络是让pod拥有可通信地址，而service是用来代理pod网络的。我们在实际操作的时候，不同节点之间抛开service网络，k8s自己集群内部不同节点的pod是没有办法通讯的，但是我们实操的时候，可以发现在不同节点，我们通过ping命令可以发现不同节点的pod，这个能力不是k8s自身提供的，而是容器引擎基于虚拟网卡提供了直接路由的条件，如果k8s自己只使用pod网络，那么不同节点之间的pod通信是会出问题的，而Service是k8s提供的用来代理Pod网络，默认只面向所有Pod端，提供一个固定的能让不同节点上所有pod都可以访问到的DNS网络，并且解决了所有Pod之间由于Pod重启等原因造成的访问方式改变等问题。这一点后面的知识点会体现。不过默认情况下，service是不让非代理pod节点直接去使用的，这一点后面的知识点会有例子。

最后

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