Kubernetes简介

Kubernetes简介

 

 

Kubernetes（常称 K8s）是一个用于自动部署、扩展和管理“容器化应用”的开源容器编排平台。

 

简单来说，它就像一个“云操作系统”，是你从单机Docker时代迈向大规模、分布式云原生架构的关键一步，负责在大规模集群中调度和管理成千上万个容器。

 

🚀 核心功能和价值：为什么需要K8s？

K8s的核心价值在于解决了大规模容器管理的诸多痛点：

• 服务发现与负载均衡：为容器组（Pod）提供统一访问入口（Service）和内置负载均衡，无需关心其具体IP。

• 自动部署和回滚：通过声明式配置描述"期望状态"，K8s自动变更，更新出错时可一键回滚。

• 自我修复：强大的自愈能力是K8s的关键特性，它能自动重启故障容器、重新调度宕机节点上的容器。

• 自动调度：如同"交通指挥员"，为新Pod选择最合适的节点以最大化资源利用率。

• 存储编排：支持挂载多种类型的存储系统，如本地存储、云存储和网络存储。

• 密钥与配置管理：安全地管理应用的敏感信息和配置文件，无需重建镜像即可更新。

 

架构详解：集群的 "大脑" 与 "四肢"

一个K8s集群由控制平面（Control Plane） 和工作节点（Worker Nodes） 两部分组成。

控制平面：集群的 "大脑"

负责管理整个集群，做出全局决策。通常会以高可用（HA）模式在多个节点上运行。

• 核心组件1: kube-apiserver (API服务器)：集群的唯一入口，所有操作都必须通过它。

• 核心组件2: etcd：K8s的后端数据库，以键值对格式存储所有集群数据。

• 核心组件3: kube-scheduler (调度器)：为新Pod选择最合适的运行节点。

• 核心组件4: kube-controller-manager (控制器管理器)：集群的"问题监控与修复"大脑，持续运行控制器使集群状态趋近用户期望。

• 核心组件5: cloud-controller-manager (云控制器管理器)：将K8s与云厂商特定功能（如负载均衡器）解耦的中间层。

 

工作节点 (Worker Node): 集群的 "四肢"

承载实际运行的容器化应用，是执行任务的地方。

• 核心组件1: kubelet：工作节点的"管家"，负责与API Server通信，并确保节点上的容器健康运行。

• 核心组件2: kube-proxy：维护网络规则，实现Service的负载均衡和服务发现。

• 核心组件3: 容器运行时 (Container Runtime)：负责真正运行容器的底层软件，如 containerd、CRI-O 等。

 

核心概念 (K8s的对象模型)

在K8s中，对象是对集群状态的持久化描述，通常以YAML或JSON文件定义。

• Pod：最小的部署和调度单元。可包含一个或多个紧密相关的容器。k8s是通过定义一个Pod的资源，然后在Pod里面运行容器，容器需要指定镜像，用来运行具体的服务。Pod代表集群上正在运行的一个进程，一个Pod封装一个容器（也可以封装多个容器），Pod里的容器共享存储、网络等。也就是说，应该把整个pod看作虚拟机，然后每个容器相当于运行在虚拟机的进程。

• label：k8s中的资源对象大都可以打上标签，如Node、Pod、Service 等，一个资源可以绑定任意多个label，k8s 通过 Label 可实现多维度的资源分组管理，后续可通过 Label Selector 查询和筛选拥有某些 Label 的资源对象，例如创建一个 Pod，给定一个 Label是app=tomcat，那么service可以通过label selector选择拥有app=tomcat的pod，和其相关联，也可通过 app=tomcat 删除拥有该标签的 Pod 资源。

• Service：定义一组Pod的稳定访问策略，提供一个虚拟IP和负载均衡器。

  在kubernetes中，Pod是有生命周期的，如果Pod重启IP很有可能会发生变化。如果我们的服务都是将Pod的IP地址写死，Pod的挂掉或者重启，和刚才重启的pod相关联的其他服务将会找不到它所关联的Pod，为了解决这个问题，在kubernetes中定义了service资源对象，Service 定义了一个服务访问的入口，客户端通过这个入口即可访问服务背后的应用集群实例，service是一组Pod的逻辑集合，这一组 Pod 能够被 Service 访问到，通常是通过 Label Selector实现的。

  

• Ingress：管理从集群外部访问集群内部Service的规则。

• Deployment：管理Pod和ReplicaSet，提供声明式更新。

  Deployment是管理Replicaset和Pod的副本控制器，Deployment可以管理多个Replicaset，是比Replicaset更高级的控制器，也即是说在创建Deployment的时候，会自动创建Replicaset，由Replicaset再创建Pod，Deployment能对Pod扩容、缩容、滚动更新和回滚、维持Pod数量。

• StatefulSet：专为有状态应用设计，提供稳定的网络标识和持久化存储。

• DaemonSet：确保在集群的每个节点上都运行一个Pod副本，常用于日志或监控。

• Namespace：实现多租户资源隔离。

总结

Kubernetes通过其控制平面 + 工作节点的架构，为容器化应用提供了一套声明式、自动化的管理平台，是构建、运行现代云原生应用的核心基础设施。