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kubernetes基本架构和基本概念
2015年08月26日 Docker ⁄ 共 3736字 暂无评论 ⁄ 被围观 2,180 views+

kubernetes简介

Kubernetes 是 Google 团队发起的开源项目,它的目标是管理跨多个主机的容器,提供基本的部署,维护以及运用伸缩,主要实现语言为Go语言。Kubernetes是:

  • 易学:轻量级,简单,容易理解
  • 便携:支持公有云,私有云,混合云,以及多种云平台
  • 可拓展:模块化,可插拔,支持钩子,可任意组合
  • 自修复:自动重调度,自动重启,自动复制

Kubernetes构建于Google数十年经验,一大半来源于Google生产环境规模的经验。结合了社区最佳的想法和实践。在分布式系统中,部署,调度,伸缩一直是最为重要的也最为基础的功能。Kubernets就是希望解决这一序列问题的。Kubernets 目前在github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes进行维护。

任何优秀的项目都离不开好的架构和设计蓝图,kubernetes也一样。为了理解和使用Kubernets,我们需要了解Kubernetes的基本概念和作用。

架构设计

kubernetes_design

  • 节点:一个节点是一个运行Kubernetes中的主机。
  • 容器组:一个Pod对应于由若干容器组成的一个容器组,同个组内的容器共享一个存储卷(volume)。
  • 容器组生命周期:包含所有容器状态集合,包括容器组状态类型,容器组生命周期,事件,重启策略,以及replication controllers。
  • Replication Controllers:主要负责指定数量的pod在同一时间一起运行。
  • 服务:一个Kubernetes服务是容器组逻辑的高级抽象,同时也对外提供访问容器组的策略。
  • 卷:一个卷就是一个目录,容器对其有访问权限。
  • 标签:标签是用来连接一组对象的,比如容器组。标签可以被用来组织和选择子对象。
  • 接口权限:端口,ip地址和代理的防火墙规则。
  • web界面:用户可以通过web界面操作Kubernetes。
  • 命令行操作:kubecfg命令。

节点

什么是节点

在Kubernetes中,节点是实际工作的点,以前叫做Minion。节点可以是虚拟机或者物理机器,依赖于一个集群环境。每个节点都有一些必要的服务以运行容器组,并且它们都可以通过主节点来管理。必要服务包括docker,kubelet和网络代理。

容器状态

容器状态用来描述节点的当前状态。现在,其中包含三个信息:

主机IP

主机IP需要云平台来查询,Kubernetes把它作为状态的一部分来保存。如果Kubernetes没有运行在云平台上,节点ID就是必需的。IP地址可以变化,并且可以包含多种类型的IP地址,如公共IP,私有IP,动态IP,ipv6等等。

节点周期

通常来说节点有Pending,Running,Terminated三个周期,如果Kubernetes发现了一个节点并且其可用,那么Kubernetes就把它标记为Pending。然后在某个时刻,Kubernetes将会标记其为 Running。节点的结束周期称为 Terminated。一个已经terminated的节点不会接受和调度任何请求,并且已经在其上运行的容器组也会删除。

节点状态

节点的状态主要是用来描述处于 Running的节点。当前可用的有 NodeReachable

和 NodeReady。以后可能会增加其他状态。NodeReachable表示集群可达。NodeReady表示kubelet返回 StatusOk并且HTTP状态检查健康。

节点管理

节点并非Kubernetes创建,而是由云平台创建,或者就是物理机器、虚拟机。在Kubernetes中,节点仅仅是一条记录,节点创建之后,Kubernetes会检查其是否可用。在Kubernetes中,节点用如下结构保存:

{

"id": "10.1.2.3",

"kind": "Minion",

"apiVersion": "v1beta1",

"resources": {

"capacity": {

"cpu": 1000,

"memory": 1073741824

},

},

"labels": {

"name": "my-first-k8s-node",

},

}

Kubernetes校验节点可用依赖于id。在当前的版本中,有两个接口可以用来管理节点:节点控制和Kube管理。

节点控制

在Kubernetes主节点中,节点控制器是用来管理节点的组件。主要包含:

  • 集群范围内节点同步
  • 单节点生命周期管理

节点控制有一个同步轮寻,主要监听所有云平台的虚拟实例,会根据节点状态创建和删除。可以通过

--node_sync_period

标志来控制该轮寻。如果一个实例已经创建,节点控制将会为其创建一个结构。同样的,如果一个节点被删除,节点控制也会删除该结构。在Kubernetes启动时可用通过

--machines

标记来显示指定节点。同样可以使用

kubectl

来一条一条的添加节点,两者是相同的。通过设置

--sync_nodes=false

标记来禁止集群之间的节点同步,你也可以使用api/kubectl 命令行来增删节点。

容器组

在Kubernetes中,使用的最小单位是容器组,容器组是创建,调度,管理的最小单位。

什么是容器组

一个容器组使用相同的Dokcer容器并共享卷(挂载点)。一个容器组是一个特定运用的打包集合,包含一个或多个容器。

和运行的容器类似,一个容器组被认为只有很短的运行周期。容器组被调度到一组节点运行,知道容器的生命周期结束或者其被删除。如果节点死掉,运行在其上的容器组将会被删除而不是重新调度。(也许在将来的版本中会添加容器组的移动)。

容器组设计的初衷

资源共享和通信

容器组主要是为了数据共享和它们之间的通信。

在一个容器组中,容器都使用相同的网络地址和端口,可以通过本地网络来相互通信。每个容器组都有独立的ip,可用通过网络来和其他物理主机或者容器通信。

容器组有一组存储卷(挂载点),主要是为了让容器在重启之后可以不丢失数据。

容器组管理

容器组是一个运用管理和部署的高层次抽象,同时也是一组容器的接口。容器组是部署、水平放缩的最小单位。

容器组的使用

容器组可以通过组合来构建复杂的运用,其本来的意义包含:

  • 内容管理,文件和数据加载以及本地缓存管理等。
  • 日志和检查点备份,压缩,快照等。
  • 监听数据变化,跟踪日志,日志和监控代理,消息发布等。
  • 代理,网桥
  • 控制器,管理,配置以及更新

替代方案

为什么不在一个单一的容器里运行多个程序?

  • 1.透明化。为了使容器组中的容器保持一致的基础设施和服务,比如进程管理和资源监控。这样设计是为了用户的便利性。
  • 2.解偶软件之间的依赖。每个容器都可能重新构建和发布,Kubernetes必须支持热发布和热更新(将来)。
  • 3.方便使用。用户不必运行独立的程序管理,也不用担心每个运用程序的退出状态。
  • 4.高效。考虑到基础设施有更多的职责,容器必须要轻量化。

容器组生命周期

本小结将会简单描述容器状态类型,容器组生命周期,事件,重启策略和复制控制器。

状态值

pending

容器组已经被节点接受,但有一个或多个容器还没有运行起来。这将包含某些节点正在下载镜像的时间,这种情形会依赖于网络情况。

running

容器组已经被调度到节点,并且所有的容器都已经启动。至少有一个容器处于运行状态(或者处于重启状态)。

succeeded

所有的容器都正常退出。

failed

容器组中所有容器都意外中断了。

容器组生命周期

通常来说,如果容器组被创建了就不会自动销毁,除非被某种行为出发,而触发此种情况可能是人为,或者复制控制器所为。唯一例外的是容器组由 succeeded状态成功退出,或者在一定时间内重试多次依然失败。

如果某个节点死掉或者不能连接,那么节点控制器将会标记其上的容器组的状态为 failed。

举例

  • 容器组状态

    running

    ,有1容器,容器正常退出

    • 记录完成事件
    • 如果重启策略为:
      • 始终:重启容器,容器组保持

        running

      • 失败时:容器组变为

        succeeded

      • 从不:容器组变为

        succeeded

  • 容器组状态

    running

    ,有1容器,容器异常退出

    • 记录失败事件
    • 如果重启策略为:
      • 始终:重启容器,容器组保持

        running

      • 失败时:重启容器,容器组保持

        running

      • 从不:容器组变为

        failed

  • 容器组状态

    running

    ,有2容器,有1容器异常退出

    • 记录失败事件
    • 如果重启策略为:
      • 始终:重启容器,容器组保持

        running

      • 失败时:重启容器,容器组保持

        running

      • 从不:容器组保持

        running

        • 当有2容器退出
      • 记录失败事件
      • 如果重启策略为:
        • 始终:重启容器,容器组保持

          running

        • 失败时:重启容器,容器组保持

          running

        • 从不:容器组变为

          failed

  • 容器组状态

    running

    ,容器内存不足

    • 标记容器错误中断
    • 记录内存不足事件
    • 如果重启策略为:
      • 始终:重启容器,容器组保持

        running

      • 失败时:重启容器,容器组保持

        running

      • 从不:记录错误事件,容器组变为

        failed

  • 容器组状态

    running

    ,一块磁盘死掉

    • 杀死所有容器
    • 记录事件
    • 容器组变为

      failed

    • 如果容器组运行在一个控制器下,容器组将会在其他地方重新创建
  • 容器组状态

    running

    ,对应的节点段溢出

    • 节点控制器等到超时
    • 节点控制器标记容器组

      failed

    • 如果容器组运行在一个控制器下,容器组将会在其他地方重新创建

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