浅析Kubernetes的工作原理

先放一张Kubernetes的架构图：

整体来看，是一个老大，多个干活的这种结构，基本上所有的分布式系统都是这样，但是里面的组件名称就纷繁复杂，下面将一一解析。

1、元数据存储与集群维护

作为一个集群系统，总要有一个统一的地方维护整个集群以及任务的元数据。而且作为集群系统的控制节点，为了高可用性，往往存在多个Master，在多个Master中间，总要有一个Leader。

在Kubernetes里面，统一的存储使用etcd来保存，Leader的选举也是通过etcd进行，因而有apiserver有参数--etcd-servers，controller和scheduler都有参数--master string指向apiserver，并且有参数--leader-elect选举出Leader，也会有熟悉的--address ip。

2、API层与命令行

作为一个分布式系统，每一层都会有自己的API，但是对外往往需要一个统一的API接口层，一般除了酷酷的界面之外，为了自动化，往往会有一个命令行可以执行操作，其实命令里面封装的也是对API的调用。

对于Kubernetes，API层是一个单独的进程apiserver提供，认证和鉴权也是在这一层实现的，所有对于kubernetes的管理平台的访问都是通过apiserver这一层进行的。

对于命令行，kubernetes是kubectl，通过向apiserver调用执行操作，例如pod，service，deployment等。Kubernetes也有自己的类似package的管理，Kubernetes Helm，但是命令就变成了helm了。

3、调度

当运行一个容器的时候，放在哪台节点上，这个过程是调度。对于Kubernetes，调度是由一个单独的进程scheduler负责的。

Kubernetes也支持通过对Node设置Label，从而将pod放在某些节点上。另外kubernetes还有NodeAffinity：

• RequiredDuringSchedulingRequiredDuringExecution：在调度的时候必须部署到某些节点，运行期如果条件不满足则重新调度

• RequiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution ：在调度的时候必须部署到某些节点，运行期就算了。

• PreferredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution ：在调度的时候最好部署到某些节点，运行期就算了。

4、副本与弹性伸缩

容器如果部署无状态服务，一个好处就是可以多副本，并且可以弹性伸缩。

在Kubernetes里面，副本数目是以pod为单位的，由controller进程控制，可以通过创建一个Deployment来控制副本数。

Kubernetes也可以实现autoscaling。有一个组件Horizontal Pod Autoscaling，可以通过监控CPU的使用情况动态调整Pod的数量。

5、编排

为了能够通过编排文件一键创建整个应用，需要有编排功能。Kubernetes的编排是基于yml文件。

6、服务发现与DNS

容器平台的一个重要的功能是服务发现，也即当容器的地址改变的时候，可以自动进行服务之间的关联。

一般的服务发现首先要通过DNS将服务名和应用关联起来，可以基于DNS对一个服务的多个应用进行内部负载均衡，也有直接加一个内部负载均衡器来做这件事情。

Kubernetes的DNS组件是通过skyDNS实现的，负载均衡是通过将DNS转化为VIP，有个内置的负载均衡器kube-proxy来完成这件事情。

7、容器

Kubernetes支持Docker、RKT等多种容器格式。

8、网络

容器的网络配置有Docker Libnetwork Container Network Model（CNM）和Container Network Interface（CNI）两个阵营。Docker Libnetwork的优势就是原生，而且和Docker容器生命周期结合紧密；缺点也可以理解为是原生，被Docker“绑架”。Kubernetes属于CNI阵营，CNI的优势是兼容其他容器技术（e.g. rkt）及上层编排系统（Kuberneres & Mesos)，而且社区活跃势头迅猛，缺点是非Docker原生。

9、存储

Kubernetes可以创建Persistent Volumes，支持GCE，AWS，NFS，GlusterFS，Ceph等。

10、监控

容器的监控中Prometheus ＋cadvisor是主流的方案，而cadvisor来自Kubernetes的一个组件。

11、大数据与包管理

在kubernetes里面部署大数据可以参考https://github.com/kubernetes/examples

12、负载均衡

这里的负载均衡指的是外部负载均衡。在kubernetes中，外部负载均衡器是通过一个ingress controller根据请求进行创建，如果在云平台例如GCE，可创建云平台的负载均衡器，云平台的负载均衡器可通过NodePort连接到后端的Service。

13、节点

kubernetes的Node上跑的是kubelet。

14、升级与回滚

所有的容器平台对于容器多副本的升级全部都是要滚动升级，在Kubernetes里面，同样有对rolling update的支持。

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