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Kubernetes简介

什么是Kubernetes？

Kubernetes（通常简称为K8s）是一个开源的容器编排平台，旨在自动化应用程序的部署、扩展和管理。它最初由Google设计并开源，现在由Cloud Native Computing Foundation (CNCF) 维护。

Kubernetes的核心功能：

• 服务发现和负载均衡：Kubernetes可以使用DNS名称或自己的IP地址公开容器，并在多个容器间分配网络流量。
• 存储编排：自动挂载所选存储系统，如本地存储、公共云提供商等。
• 自动部署和回滚：可以描述已部署容器的所需状态，并以受控的速率将实际状态更改为期望状态。
• 自动完成装箱计算：指定每个容器所需的CPU和内存，Kubernetes将容器放置在最适合的节点上。
• 自我修复：重新启动失败的容器、替换和重新调度无响应的容器，以及杀死不符合健康检查的容器。
• 密钥与配置管理：在不重建镜像的情况下，管理密钥和应用程序配置。

为什么使用Kubernetes？

在容器化的现代应用环境中，Kubernetes提供了：

• 基础设施抽象，使开发人员专注于应用开发而非运维
• 基于声明式API的自动化
• 可移植性，支持多云和混合云环境
• 微服务架构的天然支持
• 企业级的高可用、伸缩和安全能力

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核心架构

Kubernetes采用主从架构设计，由以下部分组成：

控制平面（Control Plane）

控制平面负责管理集群的全局决策（如调度），以及检测和响应集群事件（如当Pod的副本数不满足要求时启动新的Pod）。

控制平面组件包括：

• kube-apiserver：暴露Kubernetes API，是整个系统的前端接口。
• etcd：一致且高可用的键值存储，用于保存所有集群数据。
• kube-scheduler：监视新创建的、未指定运行节点的Pod，并选择节点让Pod在上面运行。
• kube-controller-manager：运行控制器进程，处理集群中的常规任务。包括：
  • 节点控制器：当节点宕机时进行通知和响应
  • 副本控制器：维护正确数量的Pod副本
  • Endpoints控制器：填充Endpoints对象（即加入Service与Pod）
  • 服务账户和令牌控制器：为新的命名空间创建默认账户和API访问令牌
• cloud-controller-manager：与底层云提供商交互的控制器

工作节点（Node）

节点是Kubernetes中的工作机器，可以是物理机或虚拟机。每个节点包含运行Pod所需的服务，并由控制平面组件管理。

节点组件包括：

• kubelet：确保容器在Pod中运行。
• kube-proxy：维护节点上的网络规则，允许从集群内部或外部的网络会话与Pod通信。
• 容器运行时：负责运行容器的软件，如Docker、containerd或CRI-O。

通信架构

Kubernetes系统组件之间的通信分为以下几种方式：

1. API服务器与其他组件通信：所有组件通过API服务器进行通信，不直接相互通信。
2. 控制平面与节点通信：主要通过API服务器与kubelet进程通信。
3. API服务器与kubelet通信：
   • 获取Pod日志
   • 连接到运行中的Pod
   • 提供kubectl执行代理功能
4. API服务器与节点、Pod和服务的通信：默认使用普通的HTTP通信。

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基础组件

Pod

Pod是Kubernetes中最小的可部署计算单元，代表集群中运行的进程。

特点：

• 包含一个或多个容器，共享存储、网络和如何运行容器的规范
• Pod中的容器共享IP地址和端口空间
• Pod是短暂的，不会被重新调度到新节点，而是被一个相同的新Pod替代

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: nginx-pod
spec:containers:- name: nginximage: nginx:1.14.2ports:- containerPort: 80

ReplicaSet

ReplicaSet的目的是维护一组在任何时候都处于运行状态的Pod副本的稳定集合。

特点：

• 确保指定数量的Pod副本在任何时间运行
• 提供Pod的高可用性
• 通常不直接使用，而是使用Deployment

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:name: frontend
spec:replicas: 3selector:matchLabels:tier: frontendtemplate:metadata:labels:tier: frontendspec:containers:- name: php-redisimage: gcr.io/google_samples/gb-frontend:v3

Deployment

Deployment提供了对Pod和ReplicaSets的声明式更新。

特点：

• 描述期望状态
• 控制器以受控速率更改实际状态
• 支持回滚和版本控制
• 适合无状态应用部署

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: nginx-deployment
spec:replicas: 3selector:matchLabels:app: nginxtemplate:metadata:labels:app: nginxspec:containers:- name: nginximage: nginx:1.14.2ports:- containerPort: 80

Service

Service是一种抽象，定义了一组Pod的逻辑集合和访问它们的策略。

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