Kubernetes笔记 (1) - 系统概述

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Kubernetes概述

Kubernetes由google开源,它的开发和设计都深受Google内部久负盛名的系统Borg的影响,而且,它的许多顶级贡献者之前也是Borg系统的开发者。Borg是Google内部使用的大规模集群管理系统。

Kubernetes吸取了Borg在过去十数年间积累的经验和教训,刚刚面世就立即广受关注和青睐,目前已经成为容器编排领域事实上的标准。很多人将Kubernetes视为Borg系统的一个开源实现版本。

Kubernetes使用共享网络将多个物理机或虚拟机汇集到一个集群中,在各服务器之间进行通信,该集群是配置Kubernetes的所有组件、功能和工作负载的物理平台。集群包含Master和Node。
Master
Master是集群的网关和中枢,负责诸如为用户和客户端暴露API、跟踪其他服务器的健康状态、以最优方式调度工作负载,以及编排其他组件之间的通信等任务,它是用户或客户端与集群之间的核心联络点,并负责Kubernetes系统的大多数集中式管控逻辑。

Node
Node是Kubernetes集群的工作节点,负责接收来自Master的工作指令并根据指令相应地创建或销毁Pod对象,以及调整网络规则以合理地路由和转发流量等。

Kubernetes集群组件

一个典型的Kubernetes集群由一个或一组Master和多个Node、一个集群状态存储系统(etcd)和add-ons组成。
Kubernetes的系统架构:
在这里插入图片描述

Master节点主要由apiserver、controller-manager和scheduler三个组件,以及一个用于集群状态存储的etcd存储服务组成,而每个Node节点则主要包含kubelet、kube-proxy及容器引擎等组件。

Master组件

API Server

API Server负责输出RESTful风格的KubernetesAPI,它是发往集群的所有REST操作命令的接入点,并负责接收、校验并响应所有的REST请求,结果状态被持久存储于etcd中。

Controller Manager

Kubernetes中,集群级别的大多数功能都是由几个被称为控制器的进程执行实现的,这几个进程被集成于kube-controller-manager守护进程中。由控制器完成的功能主要包括生命周期功能和API业务逻辑.

  • 生命周期功能:包括Namespace创建和生命周期、Event垃圾回收、Pod终止相关的垃圾回收、级联垃圾回收及Node垃圾回收等。
  • API业务逻辑:例如,由ReplicaSet执行的Pod扩展等
Scheduler

在API Server确认Pod对象的创建请求之后,Scheduler就会根据集群内各节点的可用资源状态,以及要运行的容器的资源需求做出调度决策。

Cluster State Store

etcd被用作Kubernetes集群状态的存储,etcd是独立的服务组件,并不隶属于Kubernetes集群自身。生产环境中应该以etcd集群的方式运行以确保其服务可用性。

Node组件

kubelet

kubelet是Node的核心代理程序,它是运行于工作节点之上的守护进程,从API Server接收关于Pod对象的配置信息并确保它们处于期望的状态(desired state)。kubelet会在API Server上注册当前工作节点,定期向Master汇报节点资源使用情况,并通过cAdvisor监控容器和节点的资源占用状况。

容器运行时环境

每个Node都需要容器运行时(ContainerRuntime)环境,才能下载镜像、启动容器。kubelet以插件的方式载入配置的容器环境,目前支持Docker、RKT、cri-o和Fraki等容器环境。

kube-proxy

每个Node都需要运行一个kube-proxy守护进程,它能够按需为Service资源对象生成iptables或ipvs规则,从而捕获访问当前Service的ClusterIP的流量并将其转发至正确的后端Pod对象。

Addons

Kubernetes集群还依赖于一系列add-ons以提供完整的功能,它们通常是由第三方提供的特定应用程序,且托管运行于Kubernetes集群之上,比如

  • KubeDNS:在Kubernetes集群中调度运行提供DNS服务的Pod,同一集群中的其他Pod可使用此DNS服务解析主机名。
  • Kubernetes Dashboard:可以通过Dashboard来管理集群中的应用甚至是集群自身。
  • Heapster:容器和节点的性能监控与分析系统,其功能会逐渐由Prometheus结合其他组件所取代。
  • Ingress Controller:与负载均衡相关。

Kubernetes网络模型基础

云计算的核心是虚拟化技术,网络虚拟化技术又是其最重要的组成部分,用于在物理网络上虚拟多个相互隔离的虚拟网络,实现网络资源切片,提高网络资源利用率,实现弹性化网络。

为了提供更灵活的解决方式,Kubernetes的网络模型需要借助于外部插件实现,它要求任何实现机制都必须满足以下需求:

  • 所有Pod间均可不经NAT(网络地址转换)机制而直接通信
  • 所有节点均可不经NAT机制而直接与所有容器通信
  • 容器自己使用的IP也是其他容器或节点直接看到的地址,所有Pod对象都位于同一平面网络中,而且可以使用Pod自身的地址直接通信。

Kubernetes集群包含三种网络:

  • 各主机(Master、Node和etcd等)自身所属的网络,用于各主机之间的通信,其地址配置于主机的网络接口,且在Kubernetes集群构建之前就已配置好,它并不能由Kubernetes管理。
  • 专用于Pod资源对象的网络,它是一个虚拟网络,用于为各Pod对象设定IP地址等网络参数,其地址配置于Pod中容器的网络接口之上。Pod网络需要借助kubenet插件或CNI插件实现,插件可独立部署于Kubernetes集群之外,也可托管于Kubernetes之上,在创建Pod对象时由其自动完成各网络参数(Pod IP)的动态配置。
  • 专用于Service资源对象的网络,也是虚拟网络,用于为Kubernetes集群之中的Service配置IP地址,但此地址并不配置于任何主机或容器的网络接口之上,而是通过Node之上的kube-proxy配置为iptables或ipvs规则,从而将发往此地址的所有流量调度至其后端的各Pod对象之上。Service网络在Kubernetes集群创建时予以指定,而各Service的地址(Cluster IP)则在用户创建Service时予以动态配置。

综上,Kubernetes为Pod和Service资源对象分别使用了各自的专用网络,Pod网络由Kubernetes的网络插件配置实现,而Service的网络则由Kubernetes集群予以指定。

学习资料

《Kubernetes实战进阶》 马永亮著

本文链接http://www.dzjqx.cn/news/show-617363.html