kubernetes基础知识

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一、kubernetes介绍

Kubernetes本质是一组服务器集群，它可以在集群的每个节点上运行特定的程序，来对节点中的容器进行过管理。它的目的就是实现资源管理的自动化，主要提供了以下的主要功能：

• 自我修复：一旦某个容器崩溃，能够在1秒中左右迅速启动新的容器

• 弹性伸缩：可以根据需要，自动对集群中正在运行的容器数量进行调整

• 服务发现：服务可以通过自动发现的形式找到它所依赖的服务

• 负载均衡：如果一个服务启动了多个容器，能够自动实现请求的负载均衡

• 版本回退：如果发现新发布的程序版本有问题，可以立即回退到原来的版本

• 存储编排：可以根据容器自身的需求自动创建存储卷

1.1、kubernetes组件

一个kubernetes集群主要由控制节点(master)、工作节点(node)构成，每个节点上都会安装不同的组件。

master：集群的控制平面，负责集群的决策

• ApiServer：资源操作的唯一入口，接收用户输入的命令，提供认证、授权、API注册和发现等机制

• Scheduler：负责集群资源调度，按照预定的调度策略将Pod调度到相应的node节点上

• ControllerManager：负责维护集群的状态，比如程序部署安排、故障检测、自动扩展、滚蛋更新等

• Etcd：负责存储集群中各种资源对象的信息

node：集群的数据平面，负责为容器提供运行环境

• Kubelet：负责维护容器的生命周期，即通过控制docker，来创建、更新、销毁容器

• KuberProxy：负责提供集群内部的服务发现和负责均衡

• Docker：负责节点上容器的各种操作

下面以部署一个nginx服务来说明Kubernetes系统各个组件调用关系：

1、首先要明确，一旦k8s环境启动之后，master和node都会将自身信息存储到etcd数据库中

2、一个nginx服务的安装请求会被发送到master节点的apiServer组件

3、apiServer组件会调用schedule组件来决定到底应该把这个服务安装到哪个node节点上

4、apiServer调用controller-manager去调度Node节点去安装nginx服务

5、Kubelet接收到指令之后，会通知docker，然后由docker来启动一个nginx的pod，pod是kubernetes的最小操作单元，容器必须跑在pod中

6、一个nginx服务就运行了，如果需要访问nginx，就需要通过kube-proxy来对pod产生访问的代理。这样，外界用户就可以访问集群中的nginx服务

1.2、Kubernetes概念

Master：集群控制节点，每个集群需要至少一个master节点来负责集群的管控

Node：工作负载节点，由master分配容器到这些node工作节点上，然后node节点上的docker负责容器的运行

Pod：kubernetes的最小控制单元，容器都是运行在pod中的，一个pod可以有1个或者多个容器

Controller：控制器，通过它来实现对pod的管理，比如启动pod、停止pod、伸缩pod的数量等等

Service：pod对外服务的统一入口，下面可以维护者同一类的多个pod

Label：标签，用于对pod进行分类，同一类pod会拥有相同的标签

NameSpace：命令空间，用来隔离pod的运行环境

二、 集群环境搭建

2.1、集群类型

Kubernertes集群大体分为两类：一主多从和多主多从

• 一主多从：一台master节点和多台node节点，搭建简单，但是有单机故障风险，适合用于测试环境

• 多主多从：多台master节点和多台node节点，搭建麻烦，安全性高，适合用于生产环境

2.2、安装方式

Kubernetes有多种部署方式，目前主流的方式有kubeadm、minikube、二进制包

• minikube：一个用于快速搭建单节点kubernetes的工具

• kubeadm：应该用于快速搭建kubernetes集群的工具

• 二进制包：从官网下载每个组件的二进制包，依次去安装

2.3、环境搭建

略

三、资源管理

3.1、资源管理介绍

在kubernetes中，所有的内容都抽象为资源，用户需要通过操作资源来管理kubernetes

• kubernetes的本质是一个集群系统，用户可以在集群中部署各种服务，所谓的部署服务，其实就是在kubernetes集群中运行一个个容器，并将指定的程序跑在容器中。

• kubernetes的最小管理单元是pod而不是容器，所以只能将容器放在Pod中，而kubernetes一般也不会直接管理Pod,而是通过Pod控制器来管理Pod的。

• Pod可以提供服务之后，就要考虑如何访问Pod中的服务，Kubernetes提供了Service资源实现这个功能

• 当然，如果Pod中程序的数据需要持久化，kubernetes还提供了各种存储系统

3.2、资源管理方式

• 命令式对象管理：直接使用命令去操作Kubernetes资源

kubectl run nginx-pod --image=nginx:1.17.1 --port=80

• 命令式对象配置：通过命令配置和配置文件去操作kubernetes资源

kubetcl create/patch -f nginx-pod.yaml

• 声明式对象配置：通过apply命令和配置文件去操作kubernetes资源

kubectl apply -f nginx-pod.yaml

3.2.1、命令式对象管理

kubectl命令

kubect是kubernetes集群的命令行工具，通过它能够对集群本身进行管理，并能够在集群上进行容器化应用的安装部署，kubectl命令的语法如下：

kubectl [command] [type] [name] [flags]

• command：指定要对资源执行的操作，例如：create、get、delete

• type：指定资源类型，比如：deployment、pod、service

• name：指定资源的名称，名称大小写敏感

• flags：指定额外的可选参数

 #查看所有pod
 kubectl get pod
 ​
 #查看某个pod
 kubectl get pod pod_name
 ​
 #查看某个pod,以yaml格式展示结构
 kubectl get pod pod_name -o yaml

资源类型

kubernetes中所有的内容都抽象为资源，可以通过--help查看详细的命令

kubectl --help

下面以一个namespace的创建和删除简单演示下命令的使用：

 #创建一个namespace
 [root@master01 ~]# kubectl  create namespace dev
 namespace/dev created
 ​
 #获取namespace
 [root@master01 ~]# kubectl  get ns
 NAME                   STATUS   AGE
 default                Active   3y20d
 dev                    Active   49s
 kube-node-lease        Active   3y20d
 kube-public            Active   3y20d
 kube-system            Active   3y20d
 kubernetes-dashboard   Active   3y20d
 ​
 #在此namespace下创建并运行一个nginx的pod   
 [root@master01 ~]# kubectl run nginx-pod --image=nginx:latest -n dev
 pod/nginx-pod created
 ​
 ​
 #查看新创建的pod
 [root@master01 ~]# kubectl get pod -n dev
 NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
 nginx-pod   1/1     Running   0          23s
 [root@master01 ~]# kubectl  describe pod -n dev
 ​
 ​
 #删除指定的pod
 [root@master01 ~]# kubectl  delete pod nginx-pod -n dev
 pod "nginx-pod" deleted
 ​
 #删除指定的namespace
 [root@master01 ~]# kubectl  delete ns dev
 namespace "dev" deleted

3.2.2、命令式对象配置

命令式对象配置就是使用命令配合配置文件一起来操作kubernetes资源

1）创建一个nginxpod.yaml，内容如下：

 apiVersion: v1
 kind: Namespace
 metadata:
     name: dev 
 ---
 ​
 ​
 apiVersion: v1
 kind: Pod
 metadata:
   name: nginxpod
   namespace: dev
 spec:
   containers:
   - name: nginx-containers
     image: nginx:1.17.1

2）执行create命令，创建资源：

 [root@master01 ~]# kubectl create -f nginxpod.yaml 
 namespace/dev created
 pod/nginxpod created

此时发现创建了两个资源对象，分别是namespace和pod

3）执行get命令，查看资源

 [root@master01 ~]# kubectl  get -f nginxpod.yaml 
 NAME            STATUS   AGE
 namespace/dev   Active   2m31s
 ​
 NAME           READY   STATUS              RESTARTS   AGE
 pod/nginxpod   0/1     ContainerCreating   0          2m30s

4）执行delete命令，删除资源对象

 [root@master01 ~]# kubectl  delete -f nginxpod.yaml 
 namespace "dev" deleted
 pod "nginxpod" deleted

此时发现两个资源对象被删除了

 [root@master01 ~]# kubectl  get -f nginxpod.yaml 
 Error from server (NotFound): namespaces "dev" not found
 Error from server (NotFound): namespaces "dev" not found

总结：命令式对象配置的方式操作资源，可以简单的认为：命令+yaml配置文件(里面是命令需要的各种参数)

3.2.3、声明式对象配置

声明式对象配置 跟命令式对象配置很相似，但是它只有一个命令apply

 #首先执行一次kubectl apply -f yaml文件，发现创建了资源
 [root@master01 ~]# kubectl  apply  -f nginxpod.yaml 
 namespace/dev created
 pod/nginxpod created
 ​
 #再次执行一次kubectl apply -f yaml文件，发现说资源没有变动
 [root@master01 ~]# kubectl  apply  -f nginxpod.yaml 
 namespace/dev unchanged
 pod/nginxpod unchanged

总结：

其实声明式对象配置就是使用apply描述一个资源最终的状态(在yaml中定义状态)

使用apply操作资源：

如果资源不存在，就创建，相当于kubectl create

如果资源已存在，就更新，相当于kubectl patch