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Kubernetes零基础快速入门!初学者必看!

2019.04.27 18:46 7849浏览

起源

Kubernetes 源自于 google 内部的服务编排系统 - borg,诞生于2014年。它汲取了google 十五年生产环境的经验积累,并融合了社区优秀的idea和实践经验。

名字

Kubernetes 这个名字,起源于古希腊,是舵手的意思,所以它的 logo 即像一张渔网又像一个罗盘,谷歌选择这个名字还有一个深意:既然docker把自己比作一只鲸鱼,驮着集装箱,在大海上遨游,google 就要用Kubernetes去掌握大航海时代的话语权,去捕获和指引着这条鲸鱼按照主人设定的路线去巡游。

核心

得益于 docker 的特性,服务的创建和销毁变得非常快速、简单。Kubernetes 正是以此为基础,实现了集群规模的管理、编排方案,使应用的发布、重启、扩缩容能够自动化。

集群设计

Kubernetes 可以管理大规模的集群,使集群中的每一个节点彼此连接,能够像控制一台单一的计算机一样控制整个集群。

集群有两种角色,一种是 master ,一种是 Node(也叫worker)。

  • master 是集群的"大脑",负责管理整个集群:像应用的调度、更新、扩缩容等。
  • Node 就是具体"干活"的,一个Node一般是一个虚拟机或物理机,它上面事先运行着 docker 服务和 kubelet 服务( Kubernetes 的一个组件),当接收到 master 下发的"任务"后,Node 就要去完成任务(用 docker 运行一个指定的应用)

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Deployment - 应用管理者

当我们拥有一个 Kubernetes 集群后,就可以在上面跑我们的应用了,前提是我们的应用必须支持在 docker 中运行,也就是我们要事先准备好docker镜像。

有了镜像之后,一般我们会通过Kubernetes的 Deployment 的配置文件去描述应用,比如应用叫什么名字、使用的镜像名字、要运行几个实例、需要多少的内存资源、cpu 资源等等。

有了配置文件就可以通过Kubernetes提供的命令行客户端 - kubectl 去管理这个应用了。kubectl 会跟 Kubernetes 的 master 通过RestAPI通信,最终完成应用的管理。
比如我们刚才配置好的 Deployment 配置文件叫 app.yaml,我们就可以通过
"kubectl create -f app.yaml" 来创建这个应用啦,之后就由 Kubernetes 来保证我们的应用处于运行状态,当某个实例运行失败了或者运行着应用的 Node 突然宕机了,Kubernetes 会自动发现并在新的 Node 上调度一个新的实例,保证我们的应用始终达到我们预期的结果。

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Pod - Kubernetes最小调度单位

其实在上一步创建完 Deployment 之后,Kubernetes 的 Node 做的事情并不是简单的docker run 一个容器。出于像易用性、灵活性、稳定性等的考虑,Kubernetes 提出了一个叫做 Pod 的东西,作为 Kubernetes 的最小调度单位。所以我们的应用在每个 Node 上运行的其实是一个 Pod。Pod 也只能运行在 Node 上。如下图:
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那么什么是 Pod 呢?Pod 是一组容器(当然也可以只有一个)。容器本身就是一个小盒子了,Pod 相当于在容器上又包了一层小盒子。这个盒子里面的容器有什么特点呢?

  • 可以直接通过 volume 共享存储。
  • 有相同的网络空间,通俗点说就是有一样的ip地址,有一样的网卡和网络设置。
  • 多个容器之间可以“了解”对方,比如知道其他人的镜像,知道别人定义的端口等。

至于这样设计的好处呢,还是要大家深入学习后慢慢体会啦~
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Service - 服务发现 - 找到每个Pod

上面的 Deployment 创建了,Pod 也运行起来了。如何才能访问到我们的应用呢?

最直接想到的方法就是直接通过 Pod-ip+port 去访问,但如果实例数很多呢?好,拿到所有的 Pod-ip 列表,配置到负载均衡器中,轮询访问。但上面我们说过,Pod 可能会死掉,甚至 Pod 所在的 Node 也可能宕机,Kubernetes 会自动帮我们重新创建新的Pod。再者每次更新服务的时候也会重建 Pod。而每个 Pod 都有自己的 ip。所以 Pod 的ip 是不稳定的,会经常变化的。

面对这种变化我们就要借助另一个概念:Service。它就是来专门解决这个问题的。不管Deployment的Pod有多少个,不管它是更新、销毁还是重建,Service总是能发现并维护好它的ip列表。Service对外也提供了多种入口:

  1. ClusterIP:Service 在集群内的唯一 ip 地址,我们可以通过这个 ip,均衡的访问到后端的 Pod,而无须关心具体的 Pod。
  2. NodePort:Service 会在集群的每个 Node 上都启动一个端口,我们可以通过任意Node 的这个端口来访问到 Pod。
  3. LoadBalancer:在 NodePort 的基础上,借助公有云环境创建一个外部的负载均衡器,并将请求转发到 NodeIP:NodePort。
  4. ExternalName:将服务通过 DNS CNAME 记录方式转发到指定的域名(通过 spec.externlName 设定)。
    avatar

好,看似服务访问的问题解决了。但大家有没有想过,Service是如何知道它负责哪些 Pod 呢?是如何跟踪这些 Pod 变化的?

最容易想到的方法是使用 Deployment 的名字。一个 Service 对应一个 Deployment 。当然这样确实可以实现。但k ubernetes 使用了一个更加灵活、通用的设计 - Label 标签,通过给 Pod 打标签,Service 可以只负责一个 Deployment 的 Pod 也可以负责多个 Deployment 的 Pod 了。Deployment 和 Service 就可以通过 Label 解耦了。
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RollingUpdate - 滚动升级

滚动升级是Kubernetes中最典型的服务升级方案,主要思路是一边增加新版本应用的实例数,一边减少旧版本应用的实例数,直到新版本的实例数达到预期,旧版本的实例数减少为0,滚动升级结束。在整个升级过程中,服务一直处于可用状态。并且可以在任意时刻回滚到旧版本。

conv_ops

Deployment 实践

首先配置好 Deployment 的配置文件(这里用的是 tomcat 镜像)

[ app.yaml ]

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: web
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: web
  replicas: 2
  template:
    metadata:
      labels:
        app: web
    spec:
      containers:
      - name: web
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/liuyi01/tomcat:8.0.51-alpine
        ports:
        - containerPort: 8080
通过 kubectl 命令创建服务
# 创建应用
$ kubectl create -f app.yaml
Deployment.apps/web created

# 等待一会后,查看 Pod 调度、运行情况。
# 我看可以看到 Pod 的名字、运行状态、Pod 的 ip、还有所在Node的名字等信息
$ kubectl get Pods -o wide
NAME                       READY     STATUS    RESTARTS   AGE   IP       NODE
web-c486dd5c4-86fxm        1/1       Running   0          1m        172.24.3.13     node-01
web-c486dd5c4-zxdbb        1/1       Running   0          1m        172.24.0.149    node-02

Service 实践

通过上面创建的 Deployment 我们还没法合理的访问到应用,下面我们就创建一个 service 作为我们访问应用的入口。

首先创建service配置

[ service.yaml ]

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: web
spec:
  ports:
  - port: 80 # 服务端口
    protocol: TCP
    targetPort: 8080 # 容器端口
  selector:
    app: web # 标签选择器,这里的app=web正是我们刚才建立app
创建服务
# 创建
$ kubectl create -f service.yaml
service/web created

# 查看
$ kubectl get service
NAME     TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
web      ClusterIP   10.95.189.143   <none>        80/TCP    9s
访问服务

接下来就可以在任意节点通过ClusterIP负载均衡的访问后端应用了

# 在任意 Node 上访问tomcat服务
$ curl -I 10.95.189.143
HTTP/1.1 200 OK
Server: Apache-Coyote/1.1
Content-Type: text/html;charset=UTF-8
Transfer-Encoding: chunked

One More Thing

好啦~ 以上就是Kubernetes入门的全部内容,看懂这篇文章,你就整体上大概了解了Kubernetes。
想要更多、更深入的学习Kubernetes,去看我的实战课吧!

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