关于后端:k8s的认知与学习

对于 K8s 的基本概念咱们将会围绕如下七点开展：

• Docker 的治理痛点
• 什么是 K8s？
• 云架构 & 云原生
• K8s 架构原理
• K8s 外围组件
• K8s 的服务注册与发现
• 关键问题

Docker 的治理痛点

如果想要将 Docker 利用于宏大的业务实现，是存在艰难的编排、治理和调度问题。

于是，咱们迫切需要一套管理系统，对 Docker 及容器进行更高级更灵便的治理。

Kubernetes 应运而生！Kubernetes，名词源于希腊语，意为「舵手」或「飞行员」。

Google 在 2014 年开源了 Kubernetes 我的项目，建设在 Google 在大规模运行生产工作负载方面领有十几年的教训的根底上，联合了社区中最好的想法和实际。

K8s 是 Kubernetes 的缩写，用 8 代替了「ubernete」，下文咱们将应用简称。

什么是 K8s？

K8s 是一个可移植的、可扩大的开源平台，用于治理容器化的工作负载和服务，可促成申明式配置和自动化。

K8s 领有一个宏大且快速增长的生态系统。K8s 的服务、反对和工具宽泛可用。

通过 K8s 咱们能够：

• 疾速部署利用
• 疾速扩大利用
• 无缝对接新的利用性能
• 节俭资源，优化硬件资源的应用

K8s 有如下特点：

• 可移植：反对私有云，公有云，混合云，多重云 multi-cloud。
• 可扩大：模块化，插件化，可挂载，可组合。
• 自动化：主动部署，主动重启，主动复制，主动伸缩 / 扩大。

云架构 & 云原生

①云和 K8s 是什么关系

云就是应用容器构建的一套服务集群网络，云由很多的大量容器形成。K8s 就是用来治理云中的容器。

②常见几类云架构

常见几类云架构如上图所示：

• On-Premises（本地部署）。
• IaaS（基础设施即服务）：用户：租用（购买 | 调配权限）云主机，用户不须要思考网络，DNS，硬件环境方面的问题；运营商：提供网络，存储，DNS，这样服务就叫做基础设施服务。
• PaaS（平台即服务 - 中间件）：MySQL/ES/MQ/…
• SaaS（软件即服务 - 浏览器页面）：钉钉，财务管理。
• Serverless：无服务，不须要服务器。站在用户的角度思考问题，用户只须要应用云服务器即可，在云服务器所在的根底环境，软件环境都不须要用户关怀。

如果感觉不好了解，举荐浏览这篇文章：如何艰深解释 IaaS、PaaS、SaaS 的区别：

https://www.zhihu.com/question/21641778/answer/62523535 

能够预感：将来服务开发都是 Serverless，企业都构建了本人的公有云环境，或者是应用私有云环境。③云原生

为了让应用程序（我的项目，服务软件）都运行在云上的解决方案，这样的计划叫做云原生。

云原生有如下特点：

• 容器化，所有服务都必须部署在容器中
• 微服务，Web 服务架构式服务架构
• CI/CD
• DevOps

K8s 架构原理

①K8s 架构

k8s 架构解释：

概括来说 K8s 架构就是 一个 Master 对应一群 Node 节点。上面咱们来逐个介绍 K8s 架构图中的 Master 和 Node。

Master 节点构造如下：

• apiserver 即 K8s 网关，所有的指令申请都必须要通过 apiserver。
• Scheduler 调度器，应用调度算法，把申请资源调度到某一个 Node 节点。
• Controller 控制器，保护 K8s 资源对象。
• etcd: 存储资源对象。

Node 节点构造如下：

• Kubelet 在每一个 Node 节点都存在一份，在 Node 节点上的资源操作指令由 Kubelet 来执行。
• Kube-proxy 代理服务，解决服务间负载平衡。
• Pod 是 K8s 治理的根本单元（最小单元），Pod 外部是容器，K8s 不间接治理容器，而是治理 Pod。
• Docker 运行容器的根底环境，容器引擎。
• Fluentd 日志收集服务。

在介绍完 K8s 架构后，咱们又引入了很多技术名词。不要焦急，先有整体概念，再各个击破。请急躁浏览下文，置信你肯定会有不一样的播种。

K8s 外围组件

①K8s 组件

K8s 是用来治理容器，然而不间接操作容器，最小操作单元是 Pod（间接治理容器）：

• 一个 Master 有一群 Node 节点与之对应。
• Master 节点不存储容器，只负责调度、网管、控制器、资源对象存储。
• 容器的存储在 Node 节点，容器是存储在 Pod 外部的）。
• Pod 外部能够有一个容器，或者多个容器。
• Kubelet 负责本地 Pod 的保护。
• Kube-proxy 负责负载平衡，在多个 Pod 之间来做负载平衡。

②Pod 是什么？解释如下：

• Pod 也是一个容器，这个容器中装的是 Docker 创立的容器，Pod 用来封装容器的一个容器，Pod 是一个虚拟化分组。
• Pod 相当于独立主机，能够封装一个或者多个容器。
• Pod 有本人的 IP 地址、主机名，相当于一台独立沙箱环境。

**③Pod 到底用来干什么？

通常状况下，在服务部署时候，应用 Pod 来治理一组相干的服务。一个 Pod 中要么部署一个服务，要么部署一组有关系的服务。一组相干的服务是指：在链式调用的调用连路上的服务。

**④Web 服务集群如何实现？

** 实现服务集群：只须要复制多方 Pod 的正本即可，这也是 K8s 治理的先进之处，K8s 如果持续扩容，只须要管制 Pod 的数量即可，缩容情理相似。

**⑤Pod 底层网络，数据存储是如何进行的？

具体如下：

• Pod 外部容器创立之前，必须先创立 Pause 容器。
• 服务容器之间拜访 localhost，相当于拜访本地服务一样，性能十分高。

⑥ReplicaSet 正本控制器

• 管制 Pod 正本「服务集群」的数量，永远与预期设定的数量保持一致即可。
• 当有 Pod 服务宕机时候，正本控制器将会立马从新创立一个新的 Pod，永远保障正本为设置数量。

正本控制器：标签选择器 - 抉择保护一组相干的服务（它本人的服务）

• ReplicationController 正本控制器：单选。
• ReplicaSet 正本控制器：单选，复合抉择。

selector：app = web
    Release = stable 

在新版的 K8s 中，倡议应用 ReplicaSet 作为正本控制器，ReplicationController 不再应用了。

⑦Deployment 部署对象

Deployment 部署对象如下：

• 服务部署构造模型
• 滚动更新

ReplicaSet 正本控制器管制 Pod 正本的数量。然而，我的项目的需要在一直迭代、一直的更新，我的项目版本将会不停的的发版。版本的变动，如何做到服务更新？
部署模型：

• ReplicaSet 不反对滚动更新，Deployment 对象反对滚动更新，通常和 ReplicaSet 一起应用。
• Deployment 治理 ReplicaSet，RS 从新建设新的 RS，创立新的 Pod。

⑧MySQL 应用容器化部署，存在什么样的问题？

问题如下：

• 容器是生命周期的，一旦宕机，数据失落
• Pod 部署，Pod 有生命周期，数据失落

Deployment 与 StatefulSet(有状态与无状态部署策略)

对于 K8s 来说，不能应用 Deployment 部署有状态服务。通常状况下，Deployment 被用来部署无状态服务，那么对于有状态服务的部署，应用 StatefulSet 进行有状态服务的部署。

什么是有状态服务？

• 有实时的数据须要存储。
• 有状态服务集群中，把某一个服务抽离进来，一段时间后再退出机器网络，如果集群网络无奈应用。

什么是无状态服务？

• 没有实时的数据须要存储。
• 无状态服务集群中，把某一个服务抽离进来，一段时间后再退出机器网络，对集群服务没有任何影响。

⑨StatefulSet

为了解决有状态服务应用容器化部署的一个问题：

• 部署模型
• 有状态服务

StatefulSet 保障 Pod 从新建设后，Hostname 不会发生变化，Pod 就能够通过 Hostname 来关联数据。

K8s 的服务注册与发现

①Pod 的构造是怎么的？

构造如下：

• Pod 相当于一个容器，Pod 有独立 IP 地址，也有本人的 Hostname，利用 Namespace 进行资源隔离，独立沙箱环境。
• Pod 外部封装的是容器，能够封装一个，或者多个容器（通常是一组相干的容器）。

②Pod 网络 具体如下：

• Pod 有本人独立的 IP 地址。
• Pod 外部容器之间拜访采纳 Localhost 拜访。
• Pod 外部容器拜访是 Localhost，Pod 之间的通信属于近程拜访(集群外部服务可见)。

**③Pod 是如何对外提供服务拜访的？

Pod 是虚构的资源对象（过程），没有对应实体（物理机，物理网卡）与之对应，无奈间接对外提供服务拜访。
那么该如何解决这个问题呢？
Pod 如果想要对外提供服务，必须绑定物理机端口。也就是说在物理机上开启端口，让这个端口和 Pod 的端口进行映射，这样就能够通过物理机进行数据包的转发。概括来说：先通过物理机 IP+Port 进行拜访，再进行数据包转发。–【NodePort】

④一组相干的 Pod 正本，如何实现拜访负载平衡？

咱们先明确一个概念，Pod 是一个过程，是有生命周期的。宕机、版本更新，都会创立新的 Pod。这时候 IP 地址会发生变化，Hostname 会发生变化，应用 Nginx 做负载平衡就不太适合了。所以咱们须要依赖 Service 的能力。

⑤Service 如何实现负载平衡？

简略来说，Service 资源对象包含如下三局部：

• Pod IP：Pod 的 IP 地址。
• Node IP：物理机 IP 地址。
• Cluster IP：虚构 IP，是由 K8s 形象出的 Service 对象，这个 Service 对象就是一个 VIP 的资源对象。

⑥Service VIP 更深刻原理探讨

具体如下：

• Service 和 Pod 都是一个过程，Service 也不能对外网提供服务。
• Service 和 Pod 之间能够间接进行通信，它们的通信属于局域网通信。
• 把申请交给 Service 后，Service 应用 iptable，ipvs 做数据包的散发。

⑦Service 对象是如何和 Pod 进行关联的？

具体如下：

• 不同的业务有不同的 Service。
• Service 和 Pod 通过标签选择器进行关联。

selector：app=x 抉择一组订单的服务 pod，创立一个 service；通过 endpoints 寄存一组 pod ip；

Service 通过标签选择器抉择一组相干的正本，而后创立一个 Service。

⑧Pod 宕机、公布新的版本的时候，Service 如何发现 Pod 曾经产生了变动？

每个 Pod 中都有 Kube-Proxy，监听所有 Pod。如果发现 Pod 有变动，就动静更新（etcd 中存储）对应的 IP 映射关系。

关键问题

①企业应用 K8s 次要用来做什么？

有如下三个方面：

• 自动化运维平台，守业型公司，中小型企业，应用 K8s 构建一套自动化运维平台，主动保护服务数量，放弃服务永远和预期的数据放弃一致性，让服务能够永远提供服务。这样最间接的益处就是降本增效。
• 充分利用服务器资源，互联网企业，有很多服务器资源「物理机」，为了充分利用服务器资源，应用 K8s 构建公有云环境，我的项目运行在云。这在大型互联网公司尤为重要。
• 服务的无缝迁徙，我的项目开发中，产品需要不停的迭代，更新产品。这就意味着我的项目不停的公布新的版本，而 K8s 能够实现我的项目从开发到生产无缝迁徙。

②K8s 服务的负载平衡是如何实现的？

• Pod 中的容器很可能因为各种起因产生故障而死掉。Deployment 等 Controller 会通过动态创建和销毁 Pod 来保障利用整体的健壮性。
• 换句话说，Pod 是软弱的，但利用是强壮的。每个 Pod 都有本人的 IP 地址。当 Controller 用新 Pod 代替产生故障的 Pod 时，新 Pod 会调配到新的 IP 地址。这样就产生了一个问题：如果一组 Pod 对外提供服务（比方 HTTP），它们的 IP 很有可能发生变化，那么客户端如何找到并拜访这个服务呢？
• K8s 给出的解决方案是 Service。Kubernetes Service 从逻辑上代表了一组 Pod，具体是哪些 Pod 则是由 Label 来筛选。Service 有本人 IP，而且这个 IP 是不变的。客户端只须要拜访 Service 的 IP，K8s 则负责建设和保护 Service 与 Pod 的映射关系。无论后端 Pod 如何变动，对客户端不会有任何影响，因为 Service 没有变。

③无状态服务个别应用什么形式进行部署？

Deployment 为 Pod 和 ReplicaSet 提供了一个 申明式定义方法，通常被用来部署无状态服务。Deployment 的次要作用：定义 Deployment 来创立 Pod 和 ReplicaSet 滚动降级和回滚利用扩容和索容暂停和持续。Deployment 不仅仅能够滚动更新，而且能够进行回滚，如果发现降级到 V2 版本后，服务不可用，能够迅速回滚到 V1 版本。